Saída tri-state para três níveis analógicos?

Existe um circuito que pode transformar uma saída em três estados (baixo, alto-Z, alto) em três níveis de tensão?

Idealmente, o circuito usará apenas passivos e diodos.

Um divisor de tensão simples através do pino faria o trabalho?

             Vdd
              |
              R
              |
tri-state-----+-------out
              |
              R
              |
             Vss

Sim, você pode conectar um divisor de tensão ao pino de saída, por exemplo, usando resistores iguais. Isso fornecerá metade da tensão de alimentação quando a saída for HIGH-Z e a normal HIGH e LOW quando a saída estiver nesses estados. Dois resistores, nenhum diodo necessário.

Um simples divisor de potencial funcionará e é comumente usado para isso.

Níveis Vhigh, Vlow, Vdd / 2 para 1,0, Z respectivamente.

Lembre-se de que a transição de 0/1 para Z será relativamente lenta porque não é ativada ativamente (apenas a constante de tempo RC); ou, em outras palavras, o estado Z tem uma capacidade de unidade baixa (5k$\Omega$ resistência da fonte).

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Utilizo o mesmo arranjo no laboratório de eletrônica digital para demonstrar aos meus alunos a idéia da saída em três estados (do buffer unidirecional 74LS244). Para visualizar diretamente o estado de saída, conectamos dois LEDs em série a cada resistor. Assim, quando a saída está desligada (HI), os dois LEDs acendem. Em baixa ou alta tensão de saída, um deles é desviado pelo transistor interno e apaga-se. Também conectamos uma rede de LEDs (dois LEDs - vermelho e verde, em paralelo) entre as saídas do chip e o divisor de tensão. Além disso, substituímos o divisor de tensão por um potenciômetro e movemos seu controle deslizante; no estado HI, produz uma tensão variando entre os trilhos.

Você pode substituir o divisor de tensão por um resistor conectado entre a saída e alguma tensão entre os trilhos (geralmente 1 / 2Vcc). No laboratório, conectamos à saída de um gerador de pulsos (quando a saída está no estado HI, vemos a pulsação; caso contrário, vemos alta ou baixa tensão, dependendo do sinal de entrada).

É possível obter uma saída baixa / flutuante / alta com três tensões entre os trilhos, usando o circuito de quatro resistores mostrado abaixo (observe que apenas um dos resistores R4 será necessário; qual deles dependerá da tensão de saída desejada quando a saída for flutuando). O circuito abaixo produzirá 1/2/3 volts quando a saída for baixa / flutuante / alta.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Supondo que VS seja a alta tensão de alimentação / saída e as tensões superior / média / inferior desejadas sejam VT, VM e VB, respectivamente, atribua valores a R1 e R2 de modo que R1 / R2 = VB / (VS-VT) [neste por exemplo, 10k / 20k = 1V / (5V-3V)]. Os resistores podem ser escalados para cima e para baixo juntos, conforme conveniente. Em seguida, atribua R3 para que VB / R1 + VB / R3 = (VS-VB) / R2 [neste exemplo, 1V / 10K + 1V / 10K = (5V-1V) / 20K.] Isso fará com que a saída produza o tensões corretas para os casos 'alto' e 'baixo', mas não necessariamente para o caso 'flutuante'.

Se as tensões 'flutuantes' estiverem muito baixas, adicione R4a para aumentá-las; se estiver muito alto, adicione R4b para abaixá-lo. Neste exemplo, é necessário aumentar a tensão. Quando a saída está na tensão correta, 0,2mA fluirá através de R1 e 0,15mA através de R2. Isso significa que 0,05mA deve fluir através da sequência de séries de R4a + R3 que possui 3 volts, portanto a resistência total dessa sequência deve ser de 60K; R4a deve, portanto, ser 50K.