Zusammenfassende Lösung:
- Ein einzelner Transistor und 3 Widerstände nehmen ein 0V "5V oder mehr" Signal auf und erzeugen einen 5V / 0V Ausgang. Mit einem beispielhaften Widerstandswert beträgt die Last des Signals etwa 80 uA bei 5 V und 250 uA bei 15 V. Dies kann auf Wunsch auf 8 uA / 25 uA reduziert und bei Bedarf sogar noch gesenkt werden. (Größere Version des Diagramms unten).
Ein 390-Ohm-Widerstand und ein 4V7-Zener machen das, was Sie wollen, vorausgesetzt, Sie können eine Eingangsstrombelastung von 25 mA tolerieren.
Die Verwendung eines Operationsverstärkers ermöglicht etwas bessere Ergebnisse, aber die eine Transistorlösung sollte völlig ausreichend sein.
Lassen Sie die Klemm- / Schutzdiode des IC während des normalen Betriebs NIEMALS Strom führen. Sie laden zu Unzuverlässigkeit und unerwartetem und möglicherweise unscheinbarem Betrieb an allen Tagen des Lebens Ihres Produkts ein. Dies während des normalen Betriebs zu tun, verstößt immer gegen die Datenblattbedingungen.
- Sie können mit ein paar uA oder sogar ein paar 10 uA davonkommen und Sie können denken, Sie haben es geschafft, sie zu verwenden, um 100 ua zu tragen. JEDE Anwendung, die die Schutzdioden verwendet, um im normalen Betrieb mehr als einen halben Hauch Strom zu transportieren, verstößt gegen die Datenblattspezifikationen und lädt Murphy zum Mittagessen ein.
Ergebnisse sind unvorhersehbar.
Kein professionelles Design würde dies tun .
App-Notizen, die es empfehlen, sind normalerweise unprofessionell.
Siehe Abschnitt am Ende dieser Antwort.
Einzeltransistorlösung:
Der Eingang wird als 5-15 V angezeigt, aber alles über 4 V funktioniert.
Wenn vin = 4 V Vbase = R2 / (R1 + r2) x 4 V = 0,6 V.
Dies ist normalerweise ausreichend, aber bei 5 V haben Sie mehr als genug Antrieb.
Die angezeigten R1- und R2-Werte sind Vorschläge.
Werte von zB 100k und 560k könnten verwendet werden, wenn ein geeigneter R3- und High-Beta-Transistor verwendet würde.
Die Ausgabe ist umgekehrt zur Eingabe. dh Vout ist niedrig, wenn Vin hoch ist.
R3 kann 10k sein oder was auch immer passt.
Q1 passend. Ich würde ein BC337- oder SMD-Äquivalent verwenden (BC817?)
Wenn ein sehr niedriger Eingangsstrom gewünscht wird, können R1 und R2 mit einiger Sorgfalt stark erhöht werden. zB mit R1 = 1 Megaohm beträgt der Eingangsstrom etwa 15 uA bei 15 V und 5 uA bei 5 Volt. Wenn der Transistor Q1 eine Stromverstärkung von 100 hat (sehr sicher für z. B. BC337-40), dann ist Icollector = 500 uA, also für einen 5-V-Schwung R3> = 10k, also sagen wir, 22k ist in Ordnung.
Eine äußerst wertvolle Tatsache über Widerstandsteiler zu wissen !!!
Eine wenig anerkannte Tatsache ist, dass das Verhältnis zwischen zwei Widerstandswerten, die N auf einer Standardwiderstandsskala voneinander entfernt sind, ungefähr konstant ist.
Dies hängt mit der Auswahl der Skalenwerte zusammen.
Die E12-Widerstandswerte sind
1
1,2
1,5
1,8
2,2
2,7
3,3
3,9
4,7
5,6
6,8
8,2
(10, 12, 15 ...)
12 Werte und dann wiederholt die Serie eine 10x höhere Skala.
Also - die 56k- und 10k-Werte, die ich für R2 und R1 gezeigt habe, sind 8 Werte voneinander entfernt. Beginnen Sie also mit dem obigen Wert 1 und zählen Sie 9 Plätze hoch, und Sie erhalten 5,6
JEDE zwei Werte im Abstand von 9 haben das gleiche Verhältnis (innerhalb der Toleranz der Skala) und können verwendet werden, um einen ungefähr äquivalenten Teiler zu bilden.
zB 56k / 10k, 68k / 12k, 82k / 15k, 100k / 18k usw.
Eine Zenerdiode + ein Widerstand machen das, was Sie wollen, solange die Belastung des Eingangsschaltkreises akzeptabel ist. Wenn Sie die Last reduzieren möchten, ist ein opamp-basiertes Design besser.
Die Auf Seite 350 des Datenblattes hohe und niedrige Eingangsspannungspegel angegeben. Welcher Pegel passt, hängt davon ab, welchen Eingangspin Sie verwenden. Der sicherste Wert ist jedoch> = 0,8 x Vdd oder bei Vdd = 5 V Vinhi> = 4 V.
Das Datenblatt stellt außerdem fest, dass Vin nicht größer als Vdd + 0,3 V ABSOLUTES MAXIMUM sein darf (auch wenn es nicht richtig funktioniert) und in der Praxis alles über Vdd riskant wäre.
WARNUNG:
Die Empfehlung von Curd, eine Diodenklemme für Vdd zu verwenden, ist gängige Praxis, aber sehr riskant, da sie an Stellen, die der Hersteller während des normalen Betriebs nicht beabsichtigt hat, Strom in den IC einspeist. Die Ergebnisse variieren und sind unvorhersehbar. Die Verwendung einer Shottky-Diode anstelle einer Siliziumdiode macht dies weniger riskant, aber immer noch schlecht beraten, und es verstößt sogar gegen die absolute maximale Herstellerspezifikation.
Zenerklemme:
Diese einfache Schaltung kann durchaus ausreichen.
Wichtig ist, dass Vout jederzeit Ihren Spezifikationen entspricht. Viele Menschen verwenden eine xx Volt Zenerdiode und gehen davon aus, dass sie XX Volt erhalten. Bei niedrigen Strömen ist dies oft alles andere als wahr. Die folgenden Kurven zeigen die Zenerspannung mit dem Strom für typische Zenere. Beachten Sie, dass der 4V7-Zener etwa 1 mA Strom benötigt, um ihn auf über 4 V zu bringen. Wenn wir für mindestens 2 mA ausgelegt sind, sollte alles in Ordnung sein. Dies führt zu einem möglicherweise unerwarteten Ergebnis.
5 V in. I = 2 mA. Vzener erwartet = 4V2.
R = (5 V - 4,2) / 0,002 A = 0,8 / 0,002 = 400 Ohm.
Sagen wir 390 Ohm = Standard-E12-Widerstandswert.
Bei 15 V erwarten wir einen Strom von ÜBER (15-5) / 400 = 25 mA.
25 mA können mehr sein, als Sie zulassen möchten.
Ein niedrigerer Vin-Bereich ermöglicht einen niedrigeren Imin-Imax-Bereich, und Vin min einige Volt über 5 V würde ebenfalls sehr hilfreich sein.
Leistung im Widerstand = V x I = (15-5) x 25 mA = 250 mW = 500 mW Widerstand.
Zenerstrom-Spannungskurven V02 x2.jpg
Beispiel Zener-Datenblatt
SCHUTZDIODEN:
Viele Menschen kennen die Datenblattunterscheidung zwischen "Absolutmaximum" und empfohlenen Betriebsbedingungen nicht oder ignorieren sie einfach.
Absolute Maximalwerte sind diejenigen, bei denen das Gerät garantiert ohne Beschädigung überlebt. Ein korrekter Betrieb ist nicht garantiert.
Der betreffende PIC erlaubt Vdd + 0,3 V an seinen Pins als absolute maximale Bewertung. Der Betrieb ist in diesem Zustand nicht garantiert.
In den meisten Datenblättern ist eindeutig angegeben, dass die Eingangsspannungen im Normalbetrieb den Bereich von Masse bis Vdd nicht überschreiten dürfen. Dieses Datenblatt kann auf mehreren hundert Seiten angezeigt werden oder nicht. Es ist immer noch falsch, dies zu tun.
Viele Leute haben gedacht, dass Bedenken hinsichtlich der Schutzdiodenströme unbegründet sind. Nur einige von ihnen haben den Tag, an dem sie das dachten, bereut und die meisten haben wahrscheinlich gelebt, um es zu bereuen oder nicht :-).
Beachten Sie, dass der (böse) Atmel-Anwendungshinweis hier einen 1-Megaohm-Widerstand (an das Wechselstromnetz angeschlossen!) Und den Microchip- Anwendungshinweis hier verwendet - Abb. 10-1 10-2 zumindest die Gnade zu sagen: "... Der Strom durch Die Klemmdioden sollten klein gehalten werden (im Mikroverstärkerbereich). Wenn der Strom durch die Klemmdioden zu groß wird, besteht die Gefahr, dass das Teil einrastet. " Atmels Hunderte von uA sind NICHT "im Mikroampere-Bereich".
ABER das Einrasten ist das geringste Ihrer Probleme. Wenn Sie das Teil einrasten lassen (SCR-Aktion, die durch Ströme in das IC-Substrat ausgelöst wird), verwandelt sich der IC häufig in eine rauchende Ruine und Sie erkennen, dass möglicherweise etwas nicht stimmt.
Das Problem mit Körperdiodenströmen ist, wenn Sie NICHT sofort eine rauchende Ruine bekommen. Was passiert ist, dass der IC niemals dafür ausgelegt war, Strom zwischen Eingangsstift und Substrat aufzunehmen - die Schicht, auf der der IC liegt. Wenn Sie Vin> Vdd erhöhen, fließt der Strom effektiv aus dem eigentlichen ICV in ein Phantom-Märchenland, das dem iC nicht bekannt ist und für das der Designer nicht entworfen hat und normalerweise nicht entwerfen kann. Sobald Sie dort sind, haben Sie kleine Potentiale eingerichtet, die normalerweise nie vorhanden sind, und Strom kann in benachbarte Schaltungsmodi, nicht ganz benachbarte Knoten oder sogar in entfernte Entfernungen zurückfließen, je nachdem, wie groß die Ströme sind und welche Spannungen eingerichtet sind. Der Grund, warum dies schwer zu beschreiben und festzuhalten ist, ist, dass es völlig ungestaltet und im Wesentlichen nicht gestaltbar ist. Ein Effekt besteht darin, Ströme in schwebende Knoten zu injizieren, die keinen formalen Ausgabepfad haben. Diese können als Gates für FETs fungieren - formale oder zufällige, die halbzufällige Teile Ihrer Schaltung ein- oder ausschalten. Welche Teile? Wann? Wie oft? Wie lange? Wie hart? Antwort - wer kann sagen / niemand kann sagen - es ist nicht entworfen und nicht gestaltbar.
F: Passiert das tatsächlich?
A: Oh ja!
F: Habe ich gesehen, dass es passiert ist?
A: Ja.
Ich begann einen Kreuzzug von mehr als einem Jahrzehnt, um die Leute darauf aufmerksam zu machen (obwohl ich mich dessen wohl bewusst sein sollte), nachdem ich sehr stark davon gebissen worden war.
Ich hatte eine relativ einfache asynchrone serielle Schaltung, die mir endlose Unruhen verursachte. Der Prozessorbetrieb war intermittierend oder halb zufällig. Code manchmal fehlerhaft und nicht zu anderen Zeiten. Nichts war stabil. Das Problem? Natürlich Körperdiodenleitung. Ich hatte eine einfache Schaltung aus einem Anwendungshinweis kopiert, der mit einem Produkt geliefert wurde, und wir gingen.
Wenn Sie dies ohne die gebotene Sorgfalt tun, wird es Sie beißen.
Wenn Sie es mit Sorgfalt, Intelligenz und Design tun, kann es Sie möglicherweise nicht beißen. Aber vielleicht.
Dies ist vergleichbar mit dem Überfahren der Mittellinie in den laufenden Verkehr, um zu überholen - vorsichtig und nicht zu oft ausgeführt und mit ausreichend guten Margen werden Sie normalerweise nicht sterben. Wenn Sie dies tun, werden Sie wahrscheinlich nicht überrascht sein :-). So ist es auch mit der Körperdiodenleitung. Der Mikroampere-Bereich der Mikrochips "ist möglicherweise in Ordnung. Das 1-Megaohm-Netz von Atmel ist ein Unfall, der darauf wartet, passiert zu werden.