Cómo limitar el voltaje negativo en el pin de entrada uC

Estoy tratando de diseñar un detector de metales de inducción de pulso para aumentar un poco mis habilidades de EE.

Empecé a esbozar la etapa de transmisión, que es solo un MOSFET que cambia la corriente a través de una bobina de búsqueda y limita la fuerza contraelectromotriz para su posterior procesamiento.

Lo que quiero lograr es tirar de un pin en mi microcontrolador alto (+ 5V) cuando comienza el pulso de transmisión y tirarlo de nuevo a bajo (GND) cuando se establece la fuerza contraelectromotriz, es decir, el voltaje se vuelve negativo en el punto de prueba 2 (TP2 ).

Por lo tanto, el pin del microcontrolador está conectado al punto de prueba 3 (TP3) y el problema que tengo es que el transistor todavía está abierto (?) y el voltaje cae a -12 V, lo que mata el pin de entrada en el microcontrolador.

Entonces, mi pregunta es, ¿cómo podría mejorar el diseño para tener solo +5V o GND en el pin de entrada de los microcontroladores? Ya intenté colocar un diodo después del emisor, pero aún deja un voltaje negativo de aproximadamente -0.7V ...

¡Gracias por cualquier consejo!

PD: el diodo TVS sujeta el voltaje a +/- 12V

Esquemático puntos de prueba

RESPUESTA A LA RESPUESTA

esquema actualizado

Respuestas (2)

Como dice Andy, el gran pulso negativo romperá el emisor base (y dañará el transistor), por lo general, están clasificados para un máximo inverso de ~ 5V.

La idea que tienes no es tan mala, con un par de cambios en el valor de los componentes puede funcionar. Básicamente, debe aumentar la impedancia que ingresa a la base, agregar un diodo de protección en la unión be y reducir la impedancia en la salida del transistor (esto lo hace menos susceptible a cualquier cosa que trabaje en su contra, ruido, etc.)

Además, cuando simule bobinas, recuerde incluir cualquier resistencia de bobina y capacitancia paralela; esto puede marcar una gran diferencia en su simulación (es decir, la EMF inversa probablemente será mucho menor en la vida real si se trata de una gran bobina enrollada a mano, si tiene un medidor LCR úselo para obtener algunas medidas)

Algo como esto (solo tomé los bits relevantes) es un comienzo. Obviamente, las resistencias de 1k y 47k pueden ser solo una, estaba siguiendo su esquema e iba a agregar la otra parte, pero decidí no hacerlo. La salida al uC está invertida, pero esto es trivial de compensar en el firmware (o puede tomar la salida del emisor aún si lo prefiere, con un valor de resistencia más bajo):

ingrese la descripción de la imagen aquí

Simulación:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Una última cosa: su entrada uC tolerará un voltaje negativo pequeño y probablemente tendrá cierta protección de entrada (los detalles estarán en la hoja de datos), por lo que hasta alrededor de -0.3V probablemente estará bien.

muchas gracias por tu explicacion detallada! ¿Puedo preguntar si todavía se necesitan los diodos antiparalelos (D3, D4)? Según tengo entendido, el diodo de protección bloquea el voltaje en la unión BE, ¿verdad? Mi intención es tomar la señal sujeta de la base y alimentarla a un amplificador operacional :)
Todavía se necesitan D3/D4 (o similares) si desea limitar la entrada opamp, sí. Si toma la señal opamp de la unión de R1/R6, entonces la resistencia de 47k (R1) aísla efectivamente el efecto de sujeción de esta unión (es decir, aún verá la gran oscilación negativa; simule y compruébelo usted mismo. Debido a R1 , la parte Q1 casi no tiene efecto en el resto del circuito), por lo que trataría la parte opamp por separado y diseñaría en consecuencia.
hola, lo intenté (vea mi pregunta actualizada) pero cuando agrego los diodos antiparalelos en la unión entre la resistencia de 1k y 47k, parece que el voltaje cae en el diodo y el transistor no cambia para que el "to_uc" el nodo siempre está en ~ 5V :(
Lo siento, no estaba claro: si lo está haciendo así, también debe "aislar" los diodos de la misma manera que el transistor. La colocación de una resistencia de valor similar (por ejemplo, 47k) entre la unión y los diodos evitará que afecten al transistor.

Creo que la gran fuerza contraelectromotriz negativa de la bobina en realidad está rompiendo la región del emisor base de Q1.

¿Por qué no tomas la señal MCU de la salida de U1? Puede haber un ligero retraso (alrededor de un microsegundo o menos) antes de que el pulso real llegue a la bobina, pero puede tener esto en cuenta con un micro sin problema.

hola, el problema con el retraso es que la ventana de muestreo es de unos 10 microsegundos después de la back-emf. El objetivo es medir la curva de voltaje inducido (uV a mV) de las corrientes de Foucault después de que el pico haya decaído a un cierto nivel. Por lo tanto, quiero iniciar un temporizador corto tan pronto como se establezca la fuerza contraelectromotriz e iniciar el muestreo cuando el temporizador se agote.
@sled así que inicia el temporizador y espera un poco más. Desde el final del pulso de excitación hasta el punto real en el que comienza la fuerza contraelectromotriz va a ser una fracción de un microsegundo y constante y si no es constante entonces hay algo mal o su MD está sentado sobre un cofre de oro. Tal vez puedas vincular un documento que diga lo contrario.
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