負のベース-エミッタ電圧からNPNトランジスタを保護していますか?


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BC548トランジスタを使用して、5V RS-232極性信号(論理0 = + 5V、論理1 = -5V)を3.3V TTL極性(論理1 = 3.3V、論理0 = 0V)に変換する回路があります。

NOTゲートを形成するため、RS-232出力がハイのとき、出力がローになり、逆も同様です。

参考までに、RS-232デバイス(GPS受信機)は9600bpsで送信しており、Raspberry PiのUARTに接続されています。

私の回路は次のようになります。

ただし、この構成では、RS-232入力の負電圧により、トランジスタのベース-エミッタ接合の電圧が-5Vになります。BC548の最大Vbeは-6Vですが、ベース-エミッタ接合の負電圧を最小限に抑えてトランジスタを保護したいと思います。

いくつかの検索の後、Raspberry Piフォーラムで、負電圧からトランジスタを保護する次の回路を提案する投稿に出会いました。

回路を構築しましたが、成功しているようです。最低のVbe電圧は約-0.5Vです。私のデジタルマルチメーターは毎秒約5回しか更新せず、より明確に見るためのオシロスコープを持っていませんが、以前は-5V付近で最低のVbe電圧を示していました。

私の質問はこれです:

  1. ダイオードが配置されているのはなぜですか?正しく解釈すると、最低のVbeはダイオードの順方向降下と同じになり、グランドから抵抗R1を介して負電圧RS-232ピンに電流が流れることを意味します。ピンへの電流の流れをブロックするために、RS-232入力とR1の間に、またはR1とトランジスタQ1の間にダイオードを配置するのは意味がありませんか?

  2. 回路図では、私が使用した1N4148高速ダイオードを使用するように指示しています。1N4148の代わりに1N4001を使用することに不利な点はありますか?9600bpsは、各ビットの長さが約100uSであり、1N4001の典型的な逆回復時間が2uSであることを意味します。1N4148の典型的な逆回復時間は4nSです。1N4148の方がスイッチング速度が速いのは明らかですが、この状況では本当に違いがありますか?

回答:


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ダイオードは最適な位置にあり、適切なタイプです。

入力が負のときに導通し、入力が正のときにトランジスタのベースが導通するのと同じです。47K抵抗は、通常のRS-232 負荷の約1/10です。電圧をブロックすることもできますが、-100Vスパイク(ESDによると)が1N4148を破壊し、EB接合部を破壊し、不可逆的な損傷を引き起こす可能性があります。

また、1N4148はこのアプリケーションに適したダイオードです。これは、「スイッチングダイオード」、低静電容量、高速逆回復です。1N4001も、少なくとも低速のボーレートでは問題なく動作する可能性があります。200ミリアンペア定格非常に高い電圧があったとしても手段は、抵抗弧までアップ少なくともオーバー、トランジスタが完全に保護された入力に現れるように、。


優秀な。ありがとうございました。RS-232入力とR1の間に2番目の1N4148(「D2」)を挿入すると、トランジスタに負の電圧がまったく見られないようにするための不利な点はありますか?説明した状況でD2が故障した場合でも、D1はR1を介してRS-232ピンに電流を供給することができます。これはトランジスタも保護しませんか?
heypete 14

ケーブルの容量が-0.5ではなく-5または-10に充電されるため、ケーブルが長くボーレートが高い場合は、少し不利になる可能性がありますが、それ以外は確かに合理的なアプローチです。RS-232は '1'(-V)でアイドル状態になるため、トランスミッタ側の電力を節約できます。
スペロペファニー14

総ケーブル長は約10mであり、ボーレートは9600bpsのみであるため、ケーブル容量が問題にならないことを願っています。それが機能しない場合、大したことはありませんが、壊滅的な障害を引き起こす可能性のある状況を作成したくないことを確認したかったです(電圧ブロッキングダイオードについて説明したESDシナリオなど)。
heypete 14

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補遺:D2がインストールされていると、物事はうまくいくようで、私のメーターによるとVbeはゼロか正のどちらかです。ご協力ありがとうございます。
heypete 14

さらに補遺:より良く、より制御された方法でRS-232からTTLへの変換を実行し、安価で小型のチップが存在します。たとえば、MAX3232は、わずかな外付けコンデンサを数個必要とするだけで、問題を非常にエレガントに解決します。
heypete
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