Tensão crescente

Eu tenho um sinal binário, 0V a 1.4V, que não posso mudar diretamente. Quais circuitos (em uma placa de circuito impresso) posso usar para aumentar 1,4V para pelo menos 2,5V.

Preciso de um transistor? Acho que estou procurando por um interruptor que "feche" quando houver 1,4V? Eu sou um noob completo em eletrônica, mas estou bem em física e em entender as equações

Você está pedindo um shifter de nível lógico.

Existem chips empacotados que fazem tudo por você, mas também não é difícil construir você mesmo a partir de peças discretas. Há muitas maneiras de fazer isso, cada uma com diferentes vantagens e desvantagens.

Acho esse esquema, do AN10441 da NXP Semiconductors, uma maneira bastante elegante de obter essa função:

Este esquema mostra o deslocador de nível lógico em um barramento I²C, que possui duas linhas de sinal. Se você precisar mudar apenas uma linha, precisará de apenas um MOSFET e dois resistores pull-up, um no seu portão e outro no seu dreno. Da mesma forma, se você precisar de mais linhas deslocadas, basta adicionar um MOSFET e um par de resistores de pull-up a cada linha.

Para o exemplo mostrado no esquema, com níveis lógicos de 3,3 V e 5 V, qualquer MOSFET de sinal pequeno funcionará, como o onipresente 2N7000. A maioria dos MOSFETs genéricos possui um V _{GS (th)} máximo alto demais para trabalhar com seu nível lógico de 1,4 V. Você precisará procurar algo mais especializado, como um Vishay TN0200K ou um Zetex (Diodes, Inc.) ZXMN2B14FH .

Os valores dos resistores de pull-up (R _p ) dependem um pouco da aplicação, mas terão uma ampla faixa mesmo assim. 10 kΩ é um valor popular aqui, oferecendo uma boa relação entre velocidade, ruído e consumo de corrente. Eu pude ver usando um valor tão baixo quanto 1 kΩ em determinadas circunstâncias e valores ao norte de 1 MΩ em outras.

A nota do aplicativo descreve como o circuito funciona, mas para parafrasear:

• Com o deslocamento de nada conectado à linha de dados, os resistores pull-up elevam a linha de dados ao nível lógico de baixa tensão (V _DD1) de um lado e ao nível lógico de alta tensão (V _DD2 ) do outro.

• Quando o lado de baixa tensão baixa a linha de sinal, arrasta o pino da fonte do MOSFET para baixo. Como o portão é amarrado alto, isso faz com que o MOSFET seja ativado quando o V _GS ultrapassa o limite de V _{GS (th)} , por isso ele conduz, arrastando o lado de alta tensão para baixo também.

• Quando o lado de alta tensão quer fazer o mesmo, é mais complicado. Esse esquema de circuito se baseia no fato de que todo MOSFET possui um diodo parasita embutido, o que é mostrado no símbolo MOSFET do esquema acima. (O símbolo MOSFET nem sempre é desenhado com o diodo parasita aparecendo, mas está sempre lá.) Ao arrastar o pino de drenagem para baixo, o lado de alta tensão faz com que esse diodo conduz, o que indiretamente arrasta o pino de fonte do lado de baixa tensão , causando o mesmo que no caso anterior.

Essa tendência do circuito de "andar alto" por padrão pode não ser apropriada para todas as aplicações. Se uma extremidade puder ficar desconectada e o dispositivo deixado conectado não estiver ativando a linha de dados para baixo, a linha de dados passará para o nível alto. Isso é bom para I²C, pois o alto nível lógico é a condição ociosa normal. Se sua linha de dados não funcionar dessa maneira, mas nenhuma das extremidades puder ser desconectada e pelo menos uma extremidade estiver sempre ativando a linha para baixo quando desejar que a linha seja baixa, esse circuito ainda funcionará.

Nota : Corrigido problema de inversão lógica.

2ª Atualização : Faixa de tensão de saída fixa, usando MOSFET em vez de BJT

Os princípios básicos do problema, como você o descreveu, parecem ser chamados de "shifter de nível lógico" ou conversor. A essência é que você possui um sinal de lógica digital (binária) em um determinado nível de sinal e deseja adaptá-lo a outro nível de sinal.

Os sinais lógicos digitais são normalmente classificados de acordo com a família lógica original a que pertencem. Os exemplos incluem TTL (baixo: 0, alto: + 5V), CMOS (baixo: 0, alto: 5 a 15V), ECL (baixo: -1,6, alto: -0,75), LowV (baixo: 0V, alto: +3,3 )

Idealmente, você também deve estar ciente do limite de comutação. Por exemplo, níveis de tensão do sinal lógico que mostram os níveis de tensão lógica TTL nos dois primeiros gráficos.

Se você deseja amplificar um sinal lógico que é 0 ou 1,4V, um único transistor pode ser configurado como um interruptor eletrônico para atuar como um conversor de nível.

(src: mctylr )

Na sua aplicação, a saída é a saída de nível 5V (0 ou 5V, dependendo do status baixo / alto) e M1pode ser um transistor MOSFET comum de modo de aprimoramento de canal N de sinal pequeno, o orifício de passagem de plástico 2N7000 no TO-92 e Embalagem SMT.

Os resistores R2devem ter 330Kohms (os detalhes adicionais do componente do resistor não são críticos, por exemplo, tolerância de 1 ou 5%, classificação de 1/8 a 1/4 Watts são bons).

Os valores de resistência do resistor não são particularmente críticos, escolhi um valor padrão aproximado para que, se M1não estiver conduzindo, a saída fique abaixo de ~ 0,8 V, enquanto M1estiver conduzindo (ou seja, a entrada é de 1,4V, 'alta') e, em seguida, a saída será de aproximadamente 5V. Escolhi o valor usando uma rápida simulação SPICE.

V3é uma fonte de tensão de + 1,4V e V2é uma fonte de tensão de + 5V.

Os outros valores (tolerância e potência) são valores comuns do componente de furo passante usados ​​para selecionar o componente do mundo real, mas não são críticos neste aplicativo.

Esse é um circuito muito simples e pequeno, custando cerca de 25 centavos ou menos por três partes eletrônicas comuns.

Como você não mencionou nenhum requisito de alta velocidade (ou seja, velocidade de comutação), isso deve funcionar na maioria dos casos simples.

Adotei essa abordagem de usar um MOSFET em vez de um transistor de junção bipolar, pois tive problemas para fazer um único BJT dar o balanço de tensão desejado ao alternar. Do ponto de vista do projeto, o bom dos FETs (e MOSFETs) é que eles são dispositivos controlados por tensão (em termos de um modelo de design), em vez de controlados por corrente como o BJT.

Você pode construir um shifter de nível lógico (como é chamado) com alguns componentes discretos (transistores e resistores) ou pode optar por uma solução de um componente, ou seja, um IC. A maioria dos CIs não aceita tensões de entrada tão baixas quanto 1,4 V, mas achei o FXLP34 da Fairchild que sim. (Você deseja o FXLP34P5X, as outras versões têm pacotes sem chumbo e, portanto, são mais difíceis de soldar)
Diagrama de conexão:

A é onde você fornece o sinal de entrada de baixo nível, Y é o seu sinal de saída de "alto" nível. Vcc1 é sua conexão de 1,4 V, conecte a tensão de saída necessária a Vcc (até 3,6 V).
Pode ser difícil obter o dispositivo em pequenas quantidades, talvez um distribuidor possa fornecer algumas amostras.

PS: sim, esse pequeno cursor também está presente na imagem na folha de dados :-)

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Uma peça alternativa, caso o espaço para PCB seja um prêmio: o OnSemi NLSV1T34 está disponível em um DFN Damn Small ™ de 1,2 mm x 1 mm . Para os mortais também no SOT-353 .

Para alterar a tensão, você pode usar um transformador confiável de corda manual. Vá a uma livraria e pegue uma cópia do Manual de Licenças de Classe Geral da ARRL para o rádio amador. Ele ensina como fazer isso.

Para o comutador controlado por tensão, a Panasonic cria um IC chamado gatilho 1381 baseado em tensão. Ele foi projetado para desligar um interruptor quando a tensão cair abaixo de um determinado nível (geralmente para desligar aparelhos quando a bateria acabar). Está disponível na Solarbotics .

Se você quer apenas um comutador que feche quando o sinal lógico for 1.4V e abra quando for 0V, precisará de muito pouco:

O transistor será ligado quando o nível lógico estiver alto e desligado quando estiver baixo. Você pode conectar o que quiser controlar entre a fonte de alimentação e o coletor do transistor. Isso pode ser apenas um resistor se você quiser fazer um sinal lógico que vai entre o terra e a fonte, embora o sinal seja invertido do sinal lógico de entrada. Ou pode ser um LED com resistor limitador de corrente apropriado em série, ou muitas outras coisas. Se a coisa que está sendo conduzida puder ser indutiva, um diodo deve ser adicionado do coletor à energia para capturar a corrente de recuo quando o indutor é desligado.

Isso coloca cerca de 1 mA na base do transistor quando ligado. Calculando um ganho garantido de cerca de 50 para o transistor, a saída é boa para até 50 mA para manter o transistor funcionando como um comutador.

A tensão de energia é independente dos níveis lógicos de entrada e precisa apenas não exceder a especificação máxima de Vce do transistor, que é de 40V neste exemplo.

Você tem controle sobre a forma de onda do lado de baixa tensão? Nesse caso, talvez seja possível usar um circuito duplo de tensão retificadora para carregar a bomba na tensão mais alta. O único problema com essa abordagem é que você precisa que a saída lateral de baixa tensão passe de uma sinalização "alta / baixa" para uma sinalização "portadora / sem portadora".