保护NPN晶体管免受基极-发射极负电压影响?


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我有一个电路,使用BC548晶体管将5V RS-232极性信号(逻辑0 = + 5V,逻辑1 = -5V)转换为3.3V TTL极性(逻辑1 = 3.3V,逻辑0 = 0V)。

它形成一个非门,因此当RS-232输出为高电平时,它将输出拉低,反之亦然。

作为参考,RS-232设备(一个GPS接收器)以9600bps的速度传输并连接到Raspberry Pi的UART。

我的电路看起来像这样:

但是,由于RS-232输入的负电压,这​​种配置会导致晶体管在基极-发射极结两端看到-5V的电压。BC548的最大Vbe为-6V,但我想通过最小化基极-发射极结两端的任何负电压来保护晶体管。

经过一番搜索之后,我在Raspberry Pi论坛上发现了一个帖子,该帖子建议使用以下电路来保护晶体管免受负电压影响:

我已经构建好电路,并且看起来很成功:最低的Vbe电压约为-0.5V。我的数字万用表每秒仅更新约5次,并且我没有示波器看得更清楚,但是以前显示的最低Vbe电压约为-5V。

我的问题是这样的:

  1. 为什么将二极管放置在原处?如果我正确地解释了情况,则意味着最低的Vbe与二极管的正向压降相同,并且会有电流从地通过电阻R1流入负电压RS-232引脚。将二极管放置在RS-232输入和R1之间或R1和晶体管Q1之间是否更有意义,以阻止任何电流流入该引脚?

  2. 原理图说要使用我使用的1N4148高速二极管。使用1N4001代替1N4148有什么缺点吗?9600bps表示每个位的长度约为100uS,1N4001的典型反向恢复时间为2uS。1N4148的典型反向恢复时间为4nS-显然1N4148的开关速度更快,但是在这种情况下真的有所作为吗?

Answers:


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二极管处于最佳位置,并且是适当的类型。

输入为负时导通,与输入为正时晶体管基极导通相同。47K电阻约为正常RS-232 负载的 1/10 。一个人也可以阻断电压,但是一个-100V的尖峰电压(ESD说)可以击穿1N4148并击穿EB结,从而造成不可逆转的损坏。

同样,1N4148是适合该应用的二极管。它是一个“开关二极管”,低电容和快速反向恢复。1N4001可能也可以正常工作,至少在低波特率下。该200毫安评级,即使非常高的电压为手段,出现在输入晶体管被充分保护,至少直到电阻圆弧过度,。


优秀。谢谢。在RS-232输入和R1之间放置第二个1N4148(“ D2”)是否有任何不利之处,从而完全防止晶体管看到任何负电压?如果D2在您描述的情况下发生故障,则D1仍将能够通过R1向RS-232引脚提供电流。这样还不能保护晶体管吗?
heypete 2014年

如果电缆较长且波特率较高,可能会有点不利,因为电缆电容将被充电至-5或-10而不是-0.5,但是除此之外,这当然是一种合理的方法。由于RS-232在'1'(-V)处空闲,因此可以节省发送器端的功率。
Spehro Pefhany 2014年

电缆总长度约为10m,波特率仅为9600bps,因此希望电缆电容不会成为问题。如果它不起作用,那没什么大不了的,但是我想确保我不会造成可能导致灾难性故障的情况(例如您自己提到的分压二极管的ESD情况)。
heypete 2014年

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附录:安装了D2后,一切似乎正常,根据我的仪表,Vbe为零或正。再次感谢你的帮助。
heypete 2014年

进一步的附录:存在以更好,更可控的方式执行RS-232到TTL转换的芯片,而且价格便宜且体积小。以MAX3232为例,它只需要几个小的外部电容器,就可以很好地解决这个问题。
heypete
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