Melindungi transistor NPN dari tegangan basis-emitor negatif?

Saya memiliki sirkuit yang mengubah sinyal polaritas 5V RS-232 (logis 0 = + 5V, logis 1 = -5V) menjadi 3,3V TTL polaritas (logis 1 = 3.3V, logis 0 = 0V) menggunakan transistor BC548.

Ini membentuk gerbang NOT sehingga ketika output RS-232 tinggi, itu menarik output rendah dan sebaliknya.

Untuk referensi, perangkat RS-232 (penerima GPS) mentransmisikan pada 9600bps dan terhubung ke UART Raspberry Pi.

Rangkaian saya terlihat seperti ini:

Namun, konfigurasi ini menghasilkan transistor yang melihat tegangan -5V melintasi persimpangan basis-emitor karena tegangan negatif dari input RS-232. BC548 memiliki Vbe maksimum -6V, tetapi saya ingin melindungi transistor dengan meminimalkan tegangan negatif di persimpangan basis-emitor.

Setelah beberapa pencarian saya menemukan posting di forum Raspberry Pi yang menyarankan rangkaian berikut untuk melindungi transistor dari tegangan negatif:

Saya telah membangun rangkaian dan tampaknya berhasil: tegangan Vbe terendah sekitar -0,5V. Multimeter digital saya hanya memperbarui sekitar 5 kali per detik dan saya tidak memiliki osiloskop untuk melihat sesuatu dengan lebih jelas, tetapi sebelumnya menunjukkan tegangan Vbe terendah sekitar -5V.

Pertanyaan saya adalah ini:

Mengapa dioda ditempatkan di tempat itu? Jika saya menafsirkan hal-hal dengan benar, itu berarti bahwa Vbe terendah akan sama dengan drop maju dioda dan bahwa akan ada aliran arus dari tanah melalui resistor R1 ke tegangan negatif RS-232 pin. Tidakkah lebih masuk akal untuk menempatkan dioda antara input RS-232 dan R1, atau antara R1 dan transistor Q1, sehingga dapat menghalangi aliran arus apa pun ke dalam pin?
Skema mengatakan untuk menggunakan dioda berkecepatan tinggi 1N4148, yang telah saya gunakan. Apakah ada kerugian menggunakan 1N4001 dan bukannya 1N4148? 9600bps berarti setiap bit memiliki panjang sekitar 100uS dan 1N4001 memiliki waktu pemulihan balik yang khas sebesar 2uS. 1N4148 memiliki waktu pemulihan terbalik yang khas sebesar 4nS - jelas 1N4148 lebih cepat saat beralih tetapi apakah itu benar-benar membuat perbedaan dalam konteks ini?

transistors diodes npn

— heypete
sumber

Dioda berada di posisi terbaik, dan merupakan tipe yang sesuai.

Itu melakukan ketika input negatif, sama seperti basis transistor melakukan ketika input positif. Resistor 47K adalah sekitar 1/10 dari beban RS-232 normal . Satu juga bisa memblokir tegangan, tetapi kemudian lonjakan -100V (ESD katakan) dapat memecah 1N4148 dan memecah persimpangan EB, menyebabkan kerusakan permanen.

Juga, 1N4148 adalah dioda yang sesuai untuk aplikasi ini. Ini adalah "switching diode", kapasitansi rendah dan pemulihan mundur cepat. A 1N4001 juga kemungkinan akan bekerja dengan baik, setidaknya pada baud rate yang lambat. The Peringkat 200mA berarti bahwa bahkan jika tegangan yang sangat tinggi akan muncul di input transistor sepenuhnya dilindungi, setidaknya sampai busur resistor lebih ,.

— Spehro Pefhany
sumber

Luar biasa. Terima kasih. Apakah akan ada kerugian menempatkan 1N4148 ("D2") kedua antara input RS-232 dan R1, sehingga dapat mencegah transistor dari melihat tegangan negatif sama sekali? Jika D2 gagal dalam situasi yang Anda jelaskan, maka D1 masih dapat memasok arus ke pin RS-232 melalui R1. Bukankah ini juga melindungi transistor?

— heypete

Bisa dibayangkan bisa sedikit merugikan jika kabelnya panjang dan baud rate tinggi karena kapasitansi kabel akan dibebankan ke -5 atau -10 bukannya -0,5, tetapi selain itu, itu tentu pendekatan yang masuk akal. Karena RS-232 idle di '1' (-V), itu bisa menghemat daya di ujung pemancar.

— Spehro Pefhany

Total panjang kabel sekitar 10m dan baudrate hanya 9600bps, jadi semoga kapasitansi kabel tidak menjadi masalah. Jika tidak berhasil, bukan masalah besar, tapi saya ingin memastikan saya tidak akan membuat situasi yang dapat mengakibatkan kegagalan bencana (seperti skenario ESD yang Anda sebutkan untuk dioda pemblokiran tegangan dengan sendirinya).

— heypete

Tambahan: dengan D2 hal-hal yang diinstal tampaknya berfungsi dengan baik dan Vbe adalah nol atau positif menurut meter saya. Sekali lagi terima kasih atas bantuannya.

— heypete

Tambahan tambahan: ada chip yang melakukan konversi RS-232-ke-TTL dengan cara yang lebih baik, lebih terkontrol dan murah dan kecil. A MAX3232, misalnya, hanya membutuhkan beberapa kapasitor eksternal kecil dan menyelesaikan masalah dengan cukup elegan.

— heypete