Bagaimana rangkaian ini untuk menghubungkan sinyal 20V dengan mikrokontroler 3v3

Saya telah merancang rangkaian berikut untuk antarmuka sinyal 12-20V ke mikrokontroler yang berjalan pada 3,3 volt. Sinyal adalah 20V atau sirkuit terbuka.

Saya ingin sirkuit sekuat mungkin. Seharusnya bisa menangani EMI dan ESD.

sirkuit

R1 adalah untuk membatasi arus dan bias transistor.
C1 adalah untuk menerapkan filter low pass.
R2 digunakan untuk menarik basis transistor dan melepaskan kapasitor C1, input 20V adalah 20V atau rangkaian terbuka.
D1 digunakan untuk melindungi transistor dari tegangan negatif di pangkalan.
R3 adalah untuk menarik pin mikrokontroler.

Setiap komentar dan perbaikan pada sirkuit ini disambut baik.

Pertanyaan sampingan: Whats tegangan positif maksimum yang dapat ditoleransi oleh transistor ini. Datasheet menyatakan puncak arus basis menjadi 100mA. Jika basis dipertahankan pada 0,7 volt, maka input bisa sebanyak 1000 volt (10k ohm * 100mA). Tetapi jika input 1000 Volt, pembagi potensial membuat tegangan basis pada 500 volt. Dan Vcb maksimum menurut datasheet adalah 60 volt.

— Hassan Nadeem
sumber

Basis ke emitor diode akan memuat pembagi resistif, membatasi tegangan outputnya menjadi sekitar 0,7V. Jadi dalam kasus tegangan input tinggi Anda dapat mengabaikan R2 untuk menghitung tegangan input. Arus melalui R2 akan menjadi sekitar. 0,7 / 10k = 70uA, jadi voltase input dalam praktiknya hanya bergantung pada 100mA × 10k. Tapi hati-hati dengan disipasi daya total.

— jippie

Dioda adalah bias terbalik, ini dimaksudkan untuk melakukan dalam kasus tegangan negatif. Saya perlu R2 untuk melepaskan kapasitor.

— Hassan Nadeem

Saya mengetik tentang basis internal untuk emitor diode. Apakah Anda terbiasa dengan cara kerja BJT?

— jippie

@ Jippie saya yang buruk saya pikir Anda berbicara tentang D1.

— Hassan Nadeem

Saya sangat tertarik dengan penghubung sinyal baterai / alternator mobil, sudahkah Anda mempertimbangkan untuk menggunakan optocoupler? Mereka pada dasarnya sama dengan apa yang Anda miliki di sini, antarmuka gaya BJT. Saya bermaksud menggunakan pembagi tegangan sederhana dengan penjepit over-voltage dioda zener (setelah pembagi!) Dan nilai-nilai resistor yang cukup tinggi sehingga dioda zener akan bertahan dalam kondisi "ON" yang berkepanjangan jika itu terjadi. Saya juga akan memiliki kapasitor filter ESR rendah pada setiap input untuk menangani lonjakan tegangan ...

— KyranF

Jawaban:

Terlihat bagus untukku. Diode terbalik D1 adalah ide yang bagus. Jika Anda memiliki minimum 12V tersedia Anda mungkin ingin mengurangi R2. Rangkaian ini memiliki ambang batas mungkin 2V, Anda dapat dengan mudah membagi dua R2 atau R1 ganda.

Dalam kasus kelebihan tegangan sesaat ekstrim, tegangan basis-emitor (bias maju) tidak akan naik di atas volt atau lebih, bahkan dengan 100mA. Sepertinya dioda lain paralel dengan D1. Salah satu kelebihan dari BJT dalam aplikasi ini. Keterbatasan lebih cenderung menjadi peringkat tegangan R1.

Jika Anda ingin mempertimbangkan berkelanjutan tegangan lebih, Anda mungkin harus mempertimbangkan power rating dari R1. Jika beberapa orang idiot menghubungkannya ke hantaran listrik (kita biasanya dapat berasumsi bahwa sekitar 240VAC adalah idiot tegangan paling banyak yang akan memiliki akses juga- orang idiot dengan akses ke voltase lebih tinggi adalah semacam masalah yang bisa dihilangkan sendiri) maka R1 akan menghilang hampir 6W, jadi harus menjadi bagian yang besar secara fisik. Anda bisa menyelesaikan masalah itu dengan meningkatkan nilai R1 sehingga bagian yang lebih kecil bisa digunakan.

— Spehro Pefhany
sumber

Satu-satunya sumber tegangan lebih adalah EMI. Jadi saya pikir resistor standar akan bekerja dengan baik. Saya tidak mengikuti paragraf pertama dari komentar Anda. Saya memiliki minimum 12V tersedia (itu berasal dari aki mobil) tapi saya tidak mendapatkan apa yang akan mengurangi R2. Peduli menguraikan?

— Hassan Nadeem

Beralih di sekitar 2V, yang agak rendah (6V harus cukup rendah untuk baterai mobil), jadi mungkin Anda ingin menggeser ambang batas hingga 4V atau lebih. Ini menambah sedikit kekebalan kebisingan. Seringkali Anda akan melihat seri Zener di sirkuit industri karena alasan ini, tapi saya pikir hanya mengubah resistor 2: 1 tidak masalah dalam kasus ini.

— Spehro Pefhany

@SpehroPefhany LOL pada para idiot yang menghilangkan diri. Satu-satunya komentar tambahan adalah waktu respons. Dengan nilai tutup dan resistor yang relatif besar OP mungkin ingin memastikan bahwa rangkaian bereaksi cukup cepat untuk aplikasi. Dia memang menyebutkan penyaringan lowpass sehingga dia mungkin sudah mempertimbangkannya, tetapi tidak ada salahnya untuk memeriksa ulang.

— John D

Saya merancang sirkuit yang sangat mirip sendiri ketika saya membutuhkan beberapa input "kasar". Namun, saya menggunakan R1 = R2 = 100k (bukan 10k). Benar-benar tidak membutuhkan banyak input saat ini untuk memenuhi Q1 dengan R3 = 10K. Kurangi C1 dengan faktor yang sama jika Anda ingin menjaga frekuensi sudut yang sama.

Jika Anda ingin beberapa histeresis untuk meningkatkan karakteristik switching, Anda dapat mempertimbangkan menempatkan resistor 100Ω antara emitor dan ground Q1, dan kemudian mengikat ujung bawah R2 ke persimpangan itu.

— Dave Tweed
sumber

+1 untuk metode penambahan histeresis. Sungguh menakjubkan apa yang bisa dilakukan oleh bisikan paling sedikit dari umpan balik positif untuk menenangkan input yang lambat dan / atau berisik.

— Russell McMahon

Sirkuit terlihat OK untuk penggunaan yang tidak terlalu menuntut.
Pada ekstrem ekstrem itu bisa gagap.

Respons frekuensi terhadap sinyal input dan waktu naik dan turun yang dapat diterima tidak ditentukan dan jika perlu diketahui.

Vbe dari Q1 akan menjepit basis di ~ = 1V maks.
Ibe dapat dibatasi dengan menggunakan katakanlah dua dioda dari persimpangan R1-R2 ke ground dan resistor kecil (katakanlah 100 Ohm) dari titik ini ke basis Q1 sehingga dioda menjepit besar transien Vin hingga sekitar 1,5 - 2 V dan basis klem transistor. untuk mengatakan 0.7V.
Contoh: Jika transient drive input ke 1000V, I_R1 = 100 mA.
Jika dua dioda menjepit ujung bawah R1 atas mengatakan 2V, arus basis kemudian
(2V-Vbe) / 100R = 13 mA.
Nilai dapat disesuaikan agar sesuai.

Resistor memiliki peringkat tegangan yang tidak tergantung pada disipasi.
Pada tegangan yang sangat tinggi, nilai tegangan R1 menjadi penting.
Pembuangan dalam R1 adalah ~ = V ^ 2 / R jadi 1 Watt pada 100V dengan R1 = 10K.
Pada 1000V R1 disipasi adalah V ^ 2 / R = 1.000.000 / 10.000 = 100 Watt.
Anda tidak ingin memiliki hadiah itu lama atau harus menyediakan resistor yang dapat menangani kondisi mapan itu.
Ini TIDAK diperlukan untuk ESD. Jika Anda pernah mendapatkan situasi di mana tegangan sangat tinggi kadang-kadang hadir selama lebih dari milidetik, Anda dapat menggunakan input yang diaktifkan yang dimatikan dalam kondisi tegangan sangat tinggi.

JIKA waktu respons tidak perlu tinggi, R1 dapat dinaikkan nilainya agar sesuai dengan kondisi tegangan yang lebih tinggi.

— Russell McMahon
sumber