Divisor de tensão zero ou baixa corrente para identificação do interruptor

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É possível projetar um circuito divisor de tensão com interruptores que usem corrente zero ou corrente muito baixa? Seria bom usar um transistor para conectar / desconectar a extremidade da corda do resistor do terra?

fundo

O circuito fará duas coisas. Cada chave no circuito ativará um IC (ATMEGA328P) usando um transistor para enviar um pino de interrupção LOW. Quando o IC acordar, o ADC fará uma amostragem das tensões provenientes do circuito, permitindo que o IC saiba qual botão foi pressionado.

Todo o projeto será operado por bateria e ter esse divisor de tensão pode afetar significativamente a vida útil da bateria.

O projeto 1) lê os arquivos de um cartão SD, 2) entra no modo de espera, 3) ativa e reproduz sons quando um dos 16 botões é pressionado, e 4) entra no modo de espera e repete o processo começando em # 3 ao pressionar o botão. Prevejo que, quando estiver em execução, tenha um consumo de corrente significativo.

Circuito divisor de tensão existente

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Possível solução de transistor

Colocar um transistor entre o final da corda do resistor e o terra, e pressionar o botão para ativar o transistor, conecta o final da corda da tensão ao terra. Isso resultará em uma leitura inicial de tensão de 5V e, quando o transistor estiver ligado, a tensão de leitura real será a tensão pretendida. Não tenho ideia se isso vai funcionar.

possível circuito divisor de tensão com transistor

Outras soluções

Pela pergunta 28897, eu poderia usar valores altos de resistores como 10 MOhm. Mas isso ainda terá um sorteio atual de centenas de nA. Eu prefiro zero.

LucasMcGraw
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Se você usar uma bateria de 1000mAh com 5V e 10 MOhm, a bateria durará 228 anos ou 6 anos com uma pequena célula de lítio com botão de 30 mAh. Cada amostra que você coletar com um ADC também carregará ou descarregará uma tampa. Além disso, as impedâncias de entrada ADC nos controladores tendem a estar na faixa de 10K, e você estará cobrando um limite com todas as amostras. Dado isso, você tem certeza de que sua solução nA seria realmente um impacto notável na vida útil da bateria?
22812 Scott Seidman
Você está certo, considerando que a soma da corrente de repouso do regulador de tensão e do próprio MCU (quando adormecido) é provavelmente de pelo menos 10 uA. Só estou tentando reduzir qualquer dreno de corrente desnecessário.
LucasMcGraw
@ n.taco Alguns dados adicionais ajudariam. Qual é a sua voltagem máxima da bateria? Qual é a sua voltagem Vcc? Como o uC é alimentado (através de um regulador linear, modo de comutação ou diretamente da bateria)?
Nick Alexeev
A fonte da bateria provavelmente será de 4 células D. O regulador de tensão é um Maxim MAX667 (regulador linear de tensão) que fornecerá energia para todos os dispositivos (nenhum dispositivo verá a tensão da bateria, exceto o regulador). Vcc é 5V.
LucasMcGraw
@ n.taco BTW, escreva designadores de componentes nos seus esquemas. É muito mais fácil dizer "Q23" do que "3º BJT inferior da direita". Leia isto . Seu risco de hipertensão aumenta consideravelmente, se você não seguir estas diretrizes no EE.SE. Aviso justo.
Nick Alexeev

Respostas:

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Nova resposta

Sua abordagem pode funcionar. Mas, seu segundo esquema tem um bug, eu acho. O ADC sempre verá V ser do transistor, que é sempre 0,7V ou mais.

Essa variação não deve ter esse problema, porque existe um resistor R39 entre a base e o ADC.

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Resposta antiga, que não era uma resposta

O divisor pode ser trocado com um transistor para economizar bateria. No entanto, tem que ser um interruptor lateral alto. Se você alternar no chão, a tensão da bateria aparecerá no pino A / D, o que pode danificar a entrada.

(Originalmente, o esquema foi publicado neste tópico .)

Nick Alexeev
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Como essa idéia funcionaria com a restrição de que os comutadores ligassem o transistor?
LucasMcGraw
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Substitua o sinal digital divider On/Off, que controla o transistor, por um interruptor manual. Que tal isso?
Nick Alexeev
1. Estou tendo dificuldades para ver como estender isso para identificar qual opção está pressionada. Para comutadores N, eu não precisaria ter N transistores mais resistores para dividir a tensão? 2. Se Vcc <= tensão máxima ADC, eu seria capaz de mudar o terra? Nesse caso, a tensão no ADC começa em 5V, mas diminui para a tensão dividida, correto?
LucasMcGraw
@NickAlexeev Eu vejo o bug, obrigado por apontar isso; Eu também não percebi que isso poderia ser feito com um transistor. Parece ótimo, estarei testando este fim de semana.
LucasMcGraw
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Você nem precisa de um transistor para desconectar a corda do resistor, basta conectá-lo a um pino de saída do MCU. Defina-o com o mesmo valor que a outra extremidade da cadeia e usará corrente quase zero. Eu usei essa abordagem e funciona bem.

(Em seu diagrama, forneça o próprio terra ao transistor e conecte o pino do MCU à parte inferior da corda do resistor).

pjc50
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Você está se referindo ao segundo diagrama ou ao primeiro?
LucasMcGraw
Além disso, se os dois pinos forem ALTOS, haverá alguma queda de tensão no divisor?
LucasMcGraw
Primeiro diagrama (editei sua postagem para incluí-la diretamente). Se ambas as extremidades forem altas, a tensão em todos os pontos ao longo do divisor será alta e nenhuma corrente fluirá.
Pjc50
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É possível projetar um circuito divisor de tensão com interruptores que usa corrente zero ...

Isso deve funcionar, sem necessidade de troca de aterramento. Um divisor é conectado à bateria somente quando um interruptor é fechado e a entrada ADC é puxada para o terra quando todos os interruptores estão abertos.

Para 5V Vcc, a entrada ADC é:

  • 5.0V = SW1 fechado
  • 3.3V = SW2 fechado
  • 1.7V = SW3 fechado
  • 0V = todos os interruptores abertos

Obviamente, você pode ajustar os valores do resistor ao seu gosto.

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Alfred Centauri
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Essa abordagem pode ser boa se alguém estiver usando opções de qualidade. Pode ser muito ruim se alguém estiver usando cúpulas de carbono em uma placa de PC, pois a resistência de um botão pressionado levemente pode ser menor que 1K, ou mais que 100K, ou em qualquer outro local, e essa resistência pode parecer permanecer razoavelmente estável por uma fração significativa de segundo. Embora seja geralmente bom para o sistema ignorar a pressão dos botões de luz, é geralmente irritante ter um leve toque em um botão para ser interpretado como um botão totalmente diferente.
Supercat 30/11
Concordo; usando um resistor sensível à pressão em vez de uma aproximação razoável do geniune, aberto quando desligado, curto quando ligado, o interruptor , neste circuito, levará a resultados imprevisíveis.
Alfred Centauri
Em muitas aplicações, um contato de domo de carbono, mesmo que se comporte como um resistor sensível à pressão, pode ser usado como um comutador (embora adicionar alguma histerese de hardware ou semi-hardware, certamente possa ajudar). Eu só queria garantir que os leitores soubessem que esse não é um desses aplicativos.
Supercat 30/11
De fato e, infelizmente, é uma distinção que precisa ser feita. Só porque algo é chamado de "switch" não significa necessariamente que é uma boa aproximação de um switch ideal.
Alfred Centauri
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Dado dois pinos de E / S com limites de comutação razoavelmente consistentes, pode-se conectar uma tampa aterrada a cada pino do processador por meio de um pequeno resistor, amarrar uma tampa em cada extremidade da coluna do resistor e fazer com que cada comutador conecte uma derivação à VDD ou ground (o que for mais conveniente; assumirei o VDD para esta discussão). Tenha resistência significativa entre as extremidades e o primeiro comutador. Em algum momento em que nenhum botão for pressionado, aterre os dois pinos por tempo suficiente para descarregar as tampas; então flutue um e defina o outro para VDD. Tempo quanto tempo leva para o pino flutuante mudar de estado. Se os limites das entradas diferirem, repita o teste para a outra entrada. Depois aterre os dois pinos e faça-os flutuar - este é o estado inativo.

Depois que um pino mudar de estado, aterre os dois pinos o tempo suficiente para descarregar a tampa e flutue-os. Tempo quanto tempo leva para cada pino mudar de estado. A proporção desse tempo para a linha de base medida acima informa a resistência de cada pino ao VDD. Verifique se a soma das duas medições está razoavelmente próxima da resistência total da corda (caso contrário, o botão não está fazendo um bom contato, portanto, a leitura pode estar com defeito).

Se o processador puder extrair corrente excessiva quando as entradas estiverem flutuando para longe dos trilhos, pode ser uma boa ideia descarregar periodicamente as tampas, mesmo quando nenhum botão for pressionado. Se isso for feito, as correntes inativas do sistema devem ser bem mínimas.

supercat
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Idéia interessante. Os capacitores não estão consumindo corrente continuamente?
precisa saber é o seguinte
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@ n.taco: Aumentar a tensão em uma tampa em uma certa quantidade requer a adição de uma quantidade de carga (em coulombs) igual à mudança na tensão (em volts) vezes a capacitância (em farads). Diminuir a tensão requer a remoção da carga. Um ampère representa um coulomb por segundo. Carregar um capacitor e descarregar sua carga no terra a uma taxa periódica exigirá uma quantidade de corrente igual à carga por ciclo vezes a frequência. Se o capacitor passa a maior parte do tempo sentado em uma tensão constante, no entanto, ele usa essencialmente corrente zero durante esse tempo.
Super12