总结解决方案:
- 单个晶体管和3个电阻将接收0V \“ 5V或更高”信号,并产生5V / 0V输出。通过示例电阻值,信号负载在5V时约为80 uA,在15V时约为250 uA。如果需要,可以降低到8 uA / 25 uA,如果需要,甚至可以降低到更低。(下图的大图)。
390欧姆电阻和4V7齐纳二极管将满足您的要求,只要您能够承受25 mA的输入电流负载即可。
使用运算放大器可以得到更好的结果,但是一个晶体管的解决方案应该是完全足够的。
在正常工作期间,切勿让IC的钳位/保护二极管携带电流。在产品的整个生命周期中,您都在引起不可靠和意外的操作,并且可能会导致不明显的操作。在正常操作期间执行此操作始终会违反数据表条件。
- 您可能会得到少量的uA甚至几十个uA,而您可能会认为使用它们来携带100的uA可以摆脱。在正常工作状态下,使用保护二极管承载超过一半电流的每一种应用都违反了数据手册的规格,并邀请墨菲共进午餐。
结果是不可预测的。
没有专业的设计可以做到这一点。
推荐它的应用笔记通常不专业。
请参阅此答案末尾的部分。
单晶体管解决方案:
输入显示为5-15V,但高于4V的任何电压均可使用。
当vin = 4V时Vbase = R2 /(R1 + r2)x 4V = 0.6V。
从概念上讲,这是足够的,但在5V电压下,您的驱动器绰绰有余。
建议的R1和R2值是建议。
如果使用适当的R3和高β晶体管,则可以使用例如100k和560k的值。
输出与输入成反比。即当Vin为高电平时,Vout为低电平。
R3可以是10k或任何合适的值。
Q1适合。我会使用等效的BC337或SMD(BC817?)
如果需要非常低的输入电流,可以谨慎地大幅度提高R1和R2。例如,当R1 = 1兆欧时,在15V时输入电流约为15uA,在5V时输入电流约为5uA。如果晶体管Q1的电流增益为100(例如BC337-40非常安全),则Icollector = 500 uA,因此对于5V摆幅R3> = 10k,则说22k可以。
有关电阻分压器的一个非常有价值的事实!!!
有点不为人所知的事实是,在标准电阻器标度上分开放置的两个电阻器值N之比大约恒定。
这在选择比例值的方式中是隐含的。
E12电阻值为
1
1.2
1.5
1.8
2.2
2.7
3.3
3.9
4.7
5.6
6.8
8.2
(10、12、15 ...)
12个值,然后该系列将比例放大10倍。
所以-我为R2和R1显示的56k和10k值相隔8个值。例如,从上面的1值开始,加起来9个位,您将获得5.6。
任何相隔9个值的两个值具有相同的比率(在标度的公差范围内),并可用于形成大约等效的分频器。
例如56k / 10k,68k / 12k,82k / 15k,100k / 18k等。
只要输入电路上的负载可以接受,齐纳二极管+电阻就可以满足您的要求。如果要减少负载,则基于运放的设计会更好。
数据表的第350页提供了高和低输入电压电平。哪个级别合适取决于您使用的输入引脚,但最安全的值是> = 0.8 x Vdd或在Vdd = 5V时,Vinhi> = 4V。
数据手册还指出,Vin不得大于Vdd + 0.3V的绝对最大值(即使无法正确运行),实际上,超过Vdd的任何操作都是有风险的。
警告:
Curd建议在Vdd上使用二极管钳位,但这种做法很冒险,因为它将在正常工作期间在制造商不希望的地方向IC注入电流。结果将有所不同,并且是不可预测的。使用Shottky而不是硅二极管可以降低这种风险,但仍然不建议这样做,甚至违反了绝对最大制造商的规格。
齐纳钳
这种简单的电路可能就足够了。
重要的是确保Vout始终符合您的规格。许多人使用xx伏的齐纳二极管,并假设他们将获得XX伏。在低电流下,这通常是不正确的。下面的曲线显示了典型齐纳二极管的齐纳电压和电流。请注意,4V7齐纳二极管需要大约1 mA的电流才能将其驱动到4V以上。如果我们设计的最小电流为2 mA,则应该一切正常。这可能会产生意想不到的结果。
5V输入。i= 2 mA。预期的Vzener = 4V2。
R =(5V-4.2)/0.002 A = 0.8 / 0.002 = 400欧姆
说390欧姆=标准E12电阻值。
在15 V时,我们期望电流约为(15-5)/ 400 = 25 mA。
25 mA可能会超出您的允许范围。
Vin的范围越小,Imin-Imax范围越小,Vin min高于5V几伏也有很大帮助。
电阻输入功率= V x I =(15-5)x 25 mA = 250 mW = 500 mW电阻。
齐纳电流电压曲线V02 x2.jpg
齐纳数据表示例
保护二极管:
许多人不知道或只是忽略数据表中“绝对最大”额定值和建议工作条件之间的区别。
绝对最大额定值是保证设备在不损坏的情况下能够生存的最大额定值。不保证正确操作。
有关的PIC允许其引脚上的Vdd + 0.3V作为绝对最大额定值。在这种情况下不能保证操作。
大多数数据手册明确规定,在正常工作期间,输入电压不应超过接地电压至Vdd范围。此数据表可能有也可能没有数百页。这样做仍然是错误的。
许多人认为,有关保护二极管电流的担忧是毫无根据的。他们中只有一部分人对他们认为如此的日子感到羞耻,而大多数人可能都生活在对或不对它感到羞耻的地方:-)。
注意,(邪恶)爱特梅尔应用笔记这里 采用的是1兆欧电阻器(连接交流电源!)和Microchip应用笔记这里-无花果10-1 10-2至少有风度地说“...的电流通过钳位二极管应保持较小(在微安范围内)。如果流过钳位二极管的电流过大,则可能会导致器件闩锁。” Atmel的数百uA并非“在微安范围内”。
但是闩锁是您最少的问题。如果闩锁了该部件(电流流入IC基板,触发SCR动作),则IC常常会变成抽烟的废墟,您会意识到可能有问题。
人体二极管电流的问题是当您没有立即吸烟时。发生的事情是,该IC从未被设计为接受输入引脚和基板之间的电流-放置该IC的层。当您提高Vin> Vdd时,电流实际上会从ICV适当地流入幻象仙境中,这是iC所不知道的,而设计人员通常不会这样做。到达那里后,您将拥有很小的电位器,而这些电位器通常不会在那里存在,并且电流可以流回相邻的电路模式,不完全相邻的节点,甚至流回到相距较远的位置,具体取决于电流的大小和设置的电压。很难描述和固定下来的原因是因为它完全是未设计的,而且基本上是无法设计的。一种效果是将电流注入没有正式输出路径的浮动节点中。这些可能会充当FET的门-正式或偶然的FET,它们会导通电路的半随机部分或从其导通。哪一部分?什么时候?多常?多久?有多难 答案-谁能说/没人能说-它的设计无可辩驳。
问:这真的发生了吗?
哦,是的!
问:我见过这种情况吗?
答:可以。
在被严重咬伤之后,我开始了现在被证明是长达1年的十字军东征,让人们意识到这一点(即使我应该非常了解它)。
我有一个相对简单的异步串行电路,没有引起冲突。处理器操作是间歇性的或半随机的。代码有时而不是其他时候出错。没有什么是稳定的。问题?当然,体二极管导通。我从产品随附的应用笔记中复制了一个简单的电路,然后我们就走了。
如果您在没有适当注意的情况下这样做,则会咬住您。
如果您谨慎而明智地进行设计,那么它很可能不会咬您。但是可能。
这类似于将中心线拉入正在进行的交通中以超车-谨慎而不是太频繁地完成,并留出足够好的利润,通常您不会丧命。如果您这样做,您可能不会感到惊讶:-)。体二极管导通也是如此。微芯片的“微安范围”可能还可以。Atmel的1兆欧关掉电源是一个意外事故,要适合自己。