¿Cómo funciona este circuito generador de pulsos RC?

En este video de Ben Eater, usa un circuito RC para crear un generador de "pulso de escritura" de botón pulsador para su EEPROM (discutido alrededor de la marca de 14 minutos) que garantiza que el pulso de escritura se ajuste a los requisitos de tiempo de la hoja de datos.

El esquema del circuito es:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Sin embargo, no entiendo cómo funciona este circuito. Ben afirma en el video que la resistencia de 1k es para permitir que el capacitor se autodescargue, pero para mí parece que no hay forma de que la corriente fluya fuera del capacitor cuando el botón está abierto, ya que ambos extremos del capacitor están conectados a +5V a través de las resistencias. Tampoco entiendo cómo se vacía el capacitor la próxima vez que se presiona el botón.

Entonces, ¿cómo es que este circuito puede crear el pico inverso único para el pulso de escritura que se ve en el osciloscopio en el video, y qué hace exactamente la resistencia de 1k?

Si no hay R1, todo lo que tiene es una serie R2 + Cdespués de abrir el interruptor. Con R1, tienes una resistencia en paralelo. Todavía lo tienes incluso cuando el interruptor está cerrado.
@aconcernedcitizen Entonces, cuando se abre el interruptor, la fuente de voltaje se vuelve irrelevante y puede ignorarse, ¿y la corriente fluye en el bucle con las dos resistencias y el capacitor?
No, la tapa aún está descargada y se cargará, pero solo por un tiempo breve. Sin embargo, alcanzará su punto máximo por encima del suministro si la salida está a la derecha de C. Pequeña prueba (que podría haberlo hecho usted mismo, simulador gratuito en este sitio).
@aconcernedcitizen Eso me deja más confundido. ¿Hacia dónde fluye la corriente del capacitor cuando el interruptor está abierto?

Respuestas (4)

La corriente fluye en dos caminos, uno cuando el interruptor está cerrado y luego inverso cuando el interruptor está abierto (mientras que C1 tiene carga).

Cuando el interruptor se cierra en t0, C1 no tiene carga y actúa como un cortocircuito. Entonces, en t0, la salida estará efectivamente conectada a tierra. A medida que C1 se carga, el voltaje en la salida aumentará a 5 V y, por lo tanto, obtendrá un pulso inverso.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Cuando SW1 está abierto, C1 puede autodescargarse a través de R1 y R2.

Suspiro. Otra cosa mala de Ben Eater.

La forma en que esto funciona:

  • Inicialmente, la tapa se descarga inicialmente a través de R1 y R2 y está a 5V. La salida también es de 5V.
  • Cierre el interruptor, la tapa descargada se lleva instantáneamente a tierra. Esto trae el lado derecho - la salida - a tierra también.
  • Mientras el interruptor aún está cerrado, la tapa se carga a través de los 680 ohmios del voltaje de suministro. El tiempo de carga es de 1,1 RC, o unos 750 ns.

Ahora, aquí hay otra razón por la cual los videos de Ben Eater son tan incendiarios:

  • Cuando se abre el interruptor, el 1k levanta rápidamente el lado izquierdo de la tapa. Mientras tanto, el lado derecho, la salida, supera los 7 V, luego se descarga de nuevo a 5 V a través del 680 y 1k.

¿Adivina qué? Acabas de freír tu chip (o si lo golpeas suficientes veces con ese pico positivo, eventualmente lo harás). ¿Por qué? 7 V (Vcc + 2,0 V) es la clasificación máxima absoluta para cualquier E/S en este chip, y este circuito supera eso. Además, las Condiciones de funcionamiento recomendadas establecen que Vi(h) debe ser Vcc + 0,3 V como máximo .

Lo que eso significa es que el fabricante del chip no quiere que los diodos de protección ESD entren en juego a menos que, ya sabes, el chip necesite protección contra un evento ESD real.

En definitiva, Ben Eater te ha mostrado un mal diseño que estresa el chip.

Aquí hay algo que no hará eso ( simularlo aquí ):

ingrese la descripción de la imagen aquí

El diodo sujeta el voltaje positivo al soltar el botón para que no llegue al chip y lo dañe.

Puede argumentar todo lo que quiera que el chip en sí tiene protección, pero puede que no sea suficiente, y cuando llega el momento, la hoja de datos del fabricante es el documento rector. Sin el diodo de captura, este generador de impulsos es marginal y está fuera de las especificaciones máximas absolutas y recomendadas.

Ah, y una cosa más: Cambia el rebote . Ben tuvo suerte con su muestra (o al menos con lo que estaba dispuesto a mostrar en video), pero ¿en el mundo real? Oscilarán durante algunos milisegundos antes de establecerse. Más aquí: https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/switch-bounce-how-to-deal-with-it/

casi 10 para valores grandes de 7, y la eprom, probablemente ya tenga ese diodo.
Si un ingeniero trabajara para mí y me propusiera contar con el diodo de protección de entrada para atrapar un pico como este, no estaría trabajando para mí por mucho tiempo.
Su ganancia, nadie quiere un jefe innumerable, analfabeto e inmune a la razón.
La suposición aquí es que la inductancia del cable acopla Back EMF a través de C en las abrazaderas comunes de 10k>diodo>10k>diodo utilizadas en todos los CMOS (con grandes tolerancias) diseñados para transitorios kV ESD, dado que estos diminutos diodos solo están clasificados para 5 mA CC y esto es transitorio, no veo razón para agregar un diodo
además, una carga de 5V no va a poner más de 5mA a través de esa resistencia de 1K.
Si haces R1 >> R2, entonces el pico positivo se puede minimizar. Esta ventaja es realmente la única razón por la que vale la pena mencionar este circuito.
Si los diodos de protección de E/S de chip son tan buenos (narrador: no lo son), toda la categoría de productos de dispositivos TVS de acción rápida sería innecesaria. Ahora pregúntese: cuando sus sistemas se están muriendo en el campo y la falla se atribuye a una sobrecarga excesiva en el chip pad, ¿quiere ser el ingeniero (probablemente junior) que le explique a la persona de FA en la reunión ejecutiva por qué pensó que este circuito de mierda salir de YouTube fue una buena idea?
Tu error es que R2 = 680R, no 680k.
@hacktastical Mi impresión general ha sido que TVS tiene una capacitancia bastante alta que limita la respuesta de frecuencia (si es necesario) y está bien para casos de baja energía (pero no tan bien cuando se requiere más). ¿Me equivoco aquí?
@jonk: hay dispositivos TVS diseñados para HDMI y otras interfaces de alta velocidad que tienen una capacitancia muy baja. TI fabrica algunos que son de 0,25 pF, por ejemplo, que brindan una protección de +/- 12 kV. enlace: ti.com/product/TPD4E02B04
@hacktastical Genial! Tendré que revisar el manejo de la energía, ahora.
@hacktastical Bueno, veo un límite de 400 nC en 5 ns y también un límite de 136 uJ en 8 us. ¡Al menos lo especifican!
@James gracias: revisé la simulación y el texto. Sigue siendo malo: más de 7 V sin el diodo.
Dejando de lado la sobretensión, ¿el rebote del interruptor sería realmente un problema? Parece que eso solo daría como resultado múltiples escrituras de los mismos datos (ya que literalmente se ingresan con interruptores DIP).
@hacktastical, ¿puedes explicar cómo/por qué el lado derecho de la tapa pasa a 7V? Lo vi en tu sim, pero no estoy siguiendo lo que está pasando.
@ riptusk331 El diodo suprime el pico positivo. Retire el diodo y pruébelo, verá el pico a 7V.
@hacktastical sí, lo siento, debería haber sido más claro. Quité el diodo en el sim y observé el pico de 7V. Estaba preguntando por qué y cómo se produce ese pico de 7V. mi comentario significó que no entiendo cómo se produce ese pico y por qué el diseño sin el diodo da como resultado. (Puedo publicar esto como una pregunta adecuada si lo prefiere)

Antes de cambiar, cierre ambos lados de la tapa a +5V.

El interruptor se cierra, ambos lados de la tapa caen instantáneamente a 0 V y luego el lado derecho de la tapa se carga a +5 V a través de R2.

El interruptor se abre, el lado derecho de la tapa salta instantáneamente hasta aproximadamente +7 V y el lado izquierdo de la tapa salta instantáneamente hasta aproximadamente +2 V. (Hay momentáneamente todavía +5V a través de la tapa).

Cap ahora se descarga en un circuito cerrado a través de ambas resistencias. LHS de cap se eleva a +5V. El lado derecho de la tapa cae a +5V.

Ahora listo para el próximo cierre del interruptor.

Condición inicial Vc=5V, pero justo después del cierre, 0V

Condición final Vc=0V después de cerrado, respuesta transitoria T=R2*C1 para una caída del 64 %. La corriente en el cierre está limitada a 5V/R2 en el cierre, mientras que R1 actúa cuando está abierto para descargar la tapa.

Este es un circuito de pulso de borde negativo diferenciador.

Por lo tanto, un pulso negativo agudo a 0V con una caída exponencial a 5V.

Si uno quisiera limitar la tasa de repetición de estos pulsos, aumentar R1 a 10 Meg daría como resultado una recarga T de solo 10 ms, por lo que un límite grande de xx uF durante solo unos segundos debido a la autofuga de R.

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