Solución resumida:
- Un solo transistor y 3 resistencias tomarán una señal de 0V \ "5V o más" y producirán una salida de 5V / 0V. Con un valor de resistencia de ejemplo, la carga en la señal es de aproximadamente 80 uA a 5V y 250 uA a 15V. Esto se puede reducir para decir 8 uA / 25 uA si se desea e incluso más bajo si es necesario. (Versión más grande del diagrama a continuación).
Una resistencia de 390 ohmios y un zener 4V7 harán lo que desee, siempre que pueda tolerar una carga de corriente de entrada de 25 mA.
El uso de un amplificador operacional permite resultados ligeramente mejores, pero la solución de un transistor debería ser completamente adecuada.
NUNCA permita que el diodo de sujeción / protección del CI lleve corriente durante el funcionamiento normal. Invita a la falta de confiabilidad y a la operación inesperada y posiblemente inaparente todos los días de la vida de su producto. Hacer esto durante el funcionamiento normal siempre viola las condiciones de la hoja de datos.
- PUEDE salirse con la suya o incluso unos 10's de uA y PUEDE PENSAR que se ha salido con la suya para transportar 100's de uA. CADA aplicación que utiliza los diodos de protección para transportar más de la mitad de una corriente en funcionamiento normal está violando las especificaciones de la hoja de datos e invitando a Murphy a almorzar.
Los resultados son impredecibles.
Ningún diseño profesional haría esto .
Las notas de la aplicación que lo recomiendan generalmente no son profesionales.
Vea la sección al final de esta respuesta.
Solución de transistor único:
La entrada se muestra como 5-15V pero cualquier cosa por encima de aproximadamente 4V funcionará.
Cuando vin = 4V Vbase = R2 / (R1 + r2) x 4V = 0.6V.
Esto es teóricamente adecuado, pero a 5V tiene una unidad más que suficiente.
Los valores R1 y R2 mostrados son sugerencias.
Se podrían usar valores de, por ejemplo, 100k y 560 k si se usara R3 apropiado y un transistor beta alto.
La salida es inversa a la entrada. es decir, Vout es bajo cuando Vin es alto.
R3 puede ser 10k o lo que sea adecuado.
Q1 a su medida. Usaría un BC337 o SMD equivalente (¿BC817?)
Si se desea una corriente de entrada muy baja, R1 y R2 se pueden aumentar mucho con cuidado. Por ejemplo, con R1 = 1 megaohmio, la corriente de entrada es de aproximadamente 15 uA a 15V y 5uA a 5 voltios. Si el transistor Q1 tiene una ganancia de corriente de 100 (muy segura, por ejemplo, para BC337-40), entonces Icollector = 500 uA, por lo que para un swing de 5V R3> = 10k, digamos que 22k arriba está bien.
¡Un hecho extremadamente valioso para saber sobre los divisores resistivos!
Un hecho poco apreciado es que la relación entre dos valores de resistencia N separados en una escala de resistencia estándar es casi constante.
Esto está implícito en la forma en que se eligen los valores de escala.
Los valores de resistencia E12 son
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 valores y luego la serie repite una escala 10 veces mayor.
Entonces, los valores de 56k y 10k que he mostrado para R2 y R1 están separados por 8 valores. es decir, comience en el valor 1 anterior y cuente hasta 9 lugares y obtendrá 5.6
CUALQUIERA dos valores separados por 9 tienen la misma relación (dentro de la tolerancia de la escala) y pueden usarse para formar un divisor equivalente.
por ejemplo, cualquiera de 56k / 10k, 68k / 12k, 82k / 15k 100k / 18k, etc.
Un diodo zener + una resistencia hará lo que desee siempre que la carga en el circuito de entrada sea aceptable. Si desea reducir la carga, un diseño basado en opamp sería mejor.
En la página 350 de la hoja de datos , proporciona niveles de voltaje de entrada altos y bajos. El nivel adecuado depende del pin de entrada que esté utilizando, pero el valor más seguro es> = 0.8 x Vdd o en Vdd = 5V, Vinhi> = 4V.
La hoja de datos también señala que Vin no debe ser mayor que Vdd + 0.3V ABSOLUTE MAXIMUM (incluso si no funciona correctamente) y en la práctica cualquier cosa por encima de Vdd sería arriesgado.
ADVERTENCIA:
La recomendación de Curd de usar una pinza de diodo para Vdd es una práctica común pero muy arriesgada, ya que inyectará corriente en el CI en lugares no intencionados por el fabricante durante el funcionamiento normal. Los resultados variarán y serán impredecibles. El uso de un Shottky en lugar de un diodo de silicio hace que esto sea menos riesgoso, pero aún así es desaconsejable, y viola incluso las especificaciones máximas absolutas del fabricante.
Abrazadera Zener:
Este circuito simple bien puede ser suficiente.
Lo importante es asegurarse de que Vout cumpla con sus especificaciones en todo momento. Muchas personas usan un diodo zener xx Volt y suponen que obtendrán XX voltios. A bajas corrientes, esto a menudo está lejos de ser cierto. Las curvas a continuación muestran el voltaje zener con corriente para los zeners típicos. Tenga en cuenta que el Zener 4V7 requiere aproximadamente 1 mA de corriente para conducirlo a más de 4V. Si diseñamos para un mínimo de 2 mA, todo debería estar bien. Esto produce un resultado quizás inesperado.
5V pulg. I = 2 mA. Vzener esperado = 4V2.
R = (5V - 4.2) /0.002 A = 0.8 / 0.002 = 400 ohmios.
Digamos 390 ohmios = valor estándar de resistencia E12.
A 15 V esperamos que la corriente sea aproximadamente (15-5) / 400 = 25 mA.
25 mA puede ser más de lo que desea permitir.
Un rango más bajo de Vin permitirá un rango más bajo de Imin-Imax y Vin min a unos pocos voltios por encima de 5V también sería de gran ayuda.
Potencia en resistencia = V x I = (15-5) x 25 mA = 250 mW = resistencia de 500 mW.
Curvas de voltaje de corriente Zener V02 x2.jpg
Ejemplo de hoja de datos zener
DIODOS DE PROTECCION:
Muchas personas desconocen o simplemente ignoran la distinción de la hoja de datos entre las calificaciones de "Máximo absoluto" y las condiciones de operación recomendadas.
Las clasificaciones máximas absolutas son aquellas en las que se garantiza que el dispositivo sobrevivirá sin daños. El funcionamiento correcto no está garantizado.
El PIC en cuestión permite Vdd + 0.3V en sus pines como una clasificación máxima absoluta. La operación no está garantizada durante esta condición.
La mayoría de las hojas de datos especifican claramente que durante la operación normal los voltajes de entrada no deben exceder el rango de tierra a Vdd. Esta hoja de datos puede o no ser así en sus cientos de páginas. Todavía está mal hacerlo.
Muchas personas han pensado que las preocupaciones sobre las corrientes de diodos de protección no tienen fundamento. Solo algunos de ellos se lamentaron el día que pensaron eso y la mayoría probablemente vivieron para lamentarse o no :-).
Tenga en cuenta que la nota de aplicación Atmel (malvada) aquí usa una resistencia de 1 megaohmio (¡conectada a la red eléctrica de CA!) Y la nota de la aplicación Microchip aquí: las figuras 10-1 10-2 al menos tienen la gracia de decir "... La corriente a través de los diodos de sujeción deben mantenerse pequeños (en el rango de micro amplificadores). Si la corriente a través de los diodos de sujeción es demasiado grande, corre el riesgo de que la parte se bloquee ". Atiende cientos de uA NO es "dentro del rango de microamperios".
PERO engancharse es el menor de tus problemas. SI bloquea la parte (acción SCR desencadenada por las corrientes en el sustrato IC), el IC a menudo se convierte en una ruina humeante y se da cuenta de que algo puede estar mal.
El problema con las corrientes de diodos corporales es cuando NO obtienes una ruina humeante inmediata. Lo que sucede es que el IC nunca fue diseñado para aceptar corriente entre el pin de entrada y el sustrato, la capa sobre la que se coloca el IC. Cuando subes Vin> Vdd, la corriente fluye eficazmente del ICV propiamente dicho hacia un país de las hadas fantasma del que el iC no es consciente y para el que el diseñador no ha diseñado y por lo general no puede diseñar. Una vez allí, tiene pequeñas potencias configuradas que normalmente nunca están allí y la corriente puede regresar a los modos de circuito adyacentes, a nodos no muy adyacentes o incluso a lugares a cierta distancia, dependiendo de qué tan grandes sean las corrientes y qué voltajes estén configurados. La razón por la que esto es difícil de describir y precisar es porque no está diseñado y es esencialmente irrelevante. Un efecto es inyectar corrientes en nodos flotantes que no tienen una ruta de salida formal. Éstos pueden actuar como puertas para los FET, formales o accidentales, que activan o desactivan partes semirraatorias de su circuito. Qué partes ? ¿Cuando? ¿Con qué frecuencia? ¿Cuánto tiempo? Que duro Respuesta: quién puede decir / nadie puede decirlo: no está diseñado y no se puede firmar.
P: ¿Esto realmente sucede?
A: Oh si!
P: ¿Lo he visto suceder?
A: si.
Comencé lo que ahora ha resultado ser una cruzada de más de una década para que la gente se dé cuenta de esto (aunque debería haberlo sabido) después de haber sido muy mordido.
Tenía un circuito en serie asíncrono relativamente simple que no me causó ningún conflicto. La operación del procesador fue intermitente o semi aleatoria. Código falló a veces y no otras veces. Nada fue estable. ¿El problema? Conducción de diodos corporales, por supuesto. Copié un circuito simple de una nota de aplicación suministrada con un producto y nos fuimos.
Si haces esto sin el debido cuidado, te morderá.
Si lo hace con cuidado, inteligencia y diseño, es probable que no lo muerda. Pero puede.
Esto es similar a pasar la línea central hacia el tráfico continuo para adelantar, hecho con cuidado y no con demasiada frecuencia y dejando lo que pueden ser márgenes lo suficientemente buenos, por lo general, no morirá. Si lo haces, probablemente no te sorprendas :-). Así sucede con la conducción del diodo corporal. "El rango de microamperios de Microchips" puede estar bien. El 1 megaohmio de Atmel fuera de la red eléctrica es un accidente esperando a suceder.
