¿Cómo funciona este circuito de entrada de 5-24V?

Su circuito actúa como una fuente de corriente de 5 a 10 mA para el optoaislador. Algo menos a voltajes más bajos.

El "truco" aquí es que el BFR30 es un JFET (Transistor de efecto de campo de unión) y NO un MOSFET más común (hoy en día), y se comporta de manera fundamentalmente diferente a un MOSFET. Ficha técnica del BFR30 aquí . Es esencialmente un dispositivo de "modo de agotamiento" que está completamente encendido cuando Vgs = 0 y requiere que Vgs sea negativo para apagarlo. Tomar Vgs positivo hace que fluya la corriente de gat (a diferencia de un mOSFET) como lo conduce el diodo de fuente de compuerta generalmente polarizado inversamente. (Igs absmax permitido es de 5 mA; consulte la hoja de datos).

Cuando la compuerta está conectada a la fuente, el transistor está ENCENDIDO y actúa como una fuente de corriente con Ids de 5 mA min y 10 mA max a Vds = 10V. Ver hoja de datos.

Para apagar el transistor, Vgs debe ser negativo.

Vds absmax se muestra como +/- 25V, por lo que establece el voltaje máximo permitido en su circuito.

La figura 3 muestra la corriente Id esperada en Vds = 10 V para varios valores de Vgs con curvas típicas mínimas y máximas mostradas.

La figura 4 muestra Ids contra Vgs para varios valores de Vds de 0 a 10V. Cuando Vds alcanza los 10 V, la corriente se ha aplanado para aproximarse a una fuente de corriente, cada vez más a medida que Vgs se toma cada vez más negativo.

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AGREGADO

P1: Entonces, ¿R18 solo actúa como un divisor de voltaje, reduciendo Vsupply - Vds @ 5mA max?

P2: ¿Sería suficiente un suministro de 5 V como entrada mínima?

En digamos 5mA, la caída en R18 = I x R = 0.005 x 100 = 0.5V, por lo que afecta el voltaje disponible, pero no mucho.
Su función principal es actuar como un limitador de corriente en picos de entrada sustanciales cuando D18 conduce; sin él, D18 intentará aceptar cualquier energía que se le envíe instantáneamente, lo que puede ser fatal.

Para diseñar un circuito como este o para ver si funcionará en determinadas condiciones, debe utilizar el valor del peor de los casos. Para los componentes, el "peor" puede ser el valor máximo o mínimo según cómo afecte al circuito.

En este caso, hay 3 partes no lineales en serie (diodo, GET, opto-diodo), por lo que un enfoque fácil es hacer un conjunto mínimo de suposiciones, conectar los parámetros del peor de los casos para ese conjunto de suposiciones y luego ver si funcionó bajo ese conjunto. conjunto de suposiciones, y qué tan cerca del límite está.

No pude encontrar un optoacoplador que coincidiera con los nombres dados, así que elegí el más barato que vende Digikey a modo de ejemplo. Precios aquí - LTV817, 37c en unos, 7.6c en cantidad de 10k.

Hoja de datos del BFR30 JFET aquí:
Hoja de datos del diodo BAV100 aquí:
Hoja de datos del pto LTV817 aquí:

Suponga: corriente de 5 mA.
Usando hojas de datos:

Opto-diodo Vf en el peor de los casos a 20 mA = 1,4 V (1,2 V típico).
Será algo más bajo a 5 mA PERO 1.4V está bien, como se verá.

Diodo BAV103 a 5 mA = aproximadamente 0,7 V. Use 0.8V por seguridad. Espere más bajo.

Caída R18 = 0.5V.

En Vin = 5V eso deja el balance para el FET = 5 - 0.5 - 0.7 - 1.4 = 2.4V.

Hoja de datos de JFET La Fig. 4 muestra Ids vs Vds típicos a Vgs = 0./ Vds ~= 1.25V a 4 mA Vds ~= 1.6v a 4.5 mA Vds = 2.25V a 5 mA

Esos son voltajes típicos. En Vgs = 0V y Vds = 10V, Ids es ~= 4/6/10 mA.

Revuelva todo eso y ase hasta que esté tierno y concluiría que, en el peor de los casos, es posible que no obtenga 5 mA y casi con seguridad obtendrá 4 mA.
La versión más económica de esta opto tiene un CTR del 50 % a 4 mA, por lo que obtendrá 2 mA en Vout opto = 10 V.

Si estaba tratando de obtener una oscilación de voltaje de riel a riel de 5V con un suministro de 5V, una resistencia de carga de 10k le dará una oscilación de 2x a 4x tanto como necesite por mA de entrada especificado.

Entonces, sí, funcionará a 5V en muchas aplicaciones.
Probablemente a 4V.
Volverse decididamente infeliz a 3V.