niveles de entrada digital basados ​​en otro circuito (¿usando un interruptor de transistor?)

En primer lugar, hagamos algunas suposiciones sobre el esquema interno que usted desconoce. Hay un interruptor, dado. Y ha medido algunos voltajes, con el interruptor cerrado y abierto. Estos me sugieren algo como esto:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

En otras palabras, parece que hay una resistencia desplegable y que un lado del interruptor está conectado a un punto casi ideal.$+3.25\:\text{V}$Fuente de voltaje. La razón por la que sugerí$33\:\text{k}\Omega$para el menú desplegable interno se debe a sus medidas. (Lo que puede no ser perfectamente preciso, pero probablemente suficiente). Midió el voltaje a través del interruptor, cuando estaba abierto, como$3.15\:\text{V}$. Entonces, suponiendo que su voltímetro presente$1\:\text{M}\Omega$impedancia (una suposición común, que carece de mejor información) esto solo significa resolver$3.25\cdot\frac{x}{x+1\:\text{M}\Omega}=3.15\:\text{V}$. y obtengo$x\approx 31.7\:\text{k}\Omega$. El menú desplegable podría ser$10\:\text{k}$, aunque. No sé mucho acerca de su medidor. Pero la idea básica sigue siendo la misma. Parece que hay una resistencia desplegable del lado bajo con el botón conectado al lado alto. El punto medio probablemente se usa internamente (se muestra con la flecha) para cualquier propósito, que puede ser simplemente alimentar el circuito interno.

Ahora, antes de continuar, es posible que no haya ninguna resistencia desplegable. Puede ser que esta sea la resistencia que presenta el circuito al que apunta la flecha, cuando la resistencia en serie de su voltímetro se inserta entre la fuente de alimentación y el circuito. Y si hay una resistencia desplegable, entonces en paralelo con el circuito, presenta algo del orden de lo que estoy mostrando arriba. Solo quiero asegurarme de que no asumas que tengo razón. Este es solo un "modelo" que estoy usando para ilustrar sus medidas.

El hecho de que un$330\:\Omega$La resistencia se puede agregar en serie con SW solo significa que el circuito señalado por la flecha probablemente no consuma más de$1\:\text{mA}$. Podrías jugar con muchos valores diferentes. Pero no creo que sea necesario.

Lo principal es esto:

^{simular este circuito}

El signo de interrogación gigante ahora se completará para usted:

^{simular este circuito}

Eso debería usar casi cualquier par NPN de caja de chatarra. NO necesitan ser emparejados para$\beta$o$I_\text{SAT}$o mucho de cualquier otra cosa y también debería funcionar bien en un amplio rango de temperatura ambiente.

La fuga del pin de E/S en el peor de los casos (configurado como una entrada) para el ATmega32U4 es$1\:\mu\text{A}$. Entonces el$39\:\text{k}\Omega$Las resistencias que he usado no deberían verse afectadas por más de aproximadamente$40\:\text{mV}$debido a una fuga en el pin de E/S. Y no veo ningún problema con eso.

El circuito funcionará igual de bien en$3.3\:\text{V}$y$5.0\:\text{V}$rieles de fuente de alimentación desde el lado ATmega. El pin de E/S a la MCU desde este circuito simplemente usará el voltaje del riel dado, por lo que los niveles de voltaje de E/S coincidirán con los requisitos para el pin de E/S de la MCU.

El circuito también tiene una histéresis sustancial. Exceso de temperatura y BJT no coincidentes, debe haber al menos una banda que sea$200\:\text{mV}$de ancho, pero probablemente más que eso por un margen justo.

Hay un filtro RC de la fuente de alimentación ATmega ($C_1$y$R_7$) para ayudar a evitar que el ruido del ATmega ingrese al circuito. También hay un condensador añadido ($C_2$) desde el lado del interruptor para ayudar a moderar el ruido también desde ese lado.

Hay mucha histéresis en el circuito y, por lo tanto, mucho espacio para ajustar los valores de la resistencia (con el costo de un margen algo menor frente a las variaciones de la pieza). Así que no se preocupe mucho por encontrar los valores exactos.

La idea básica del circuito no es compleja. si solo miras$Q_1$,$Q_2$, y$R_3$-$R_6$, puede ver que el circuito se ve "equilibrado".

Pero fíjate que si$Q_1$se supone que está encendido entonces$Q_1$El cobrador tira hacia abajo$R_4$causando$Q_2$estar apagado _ Con$Q_2$ off , su colector está "abierto" y así$R_3$y$R_5$son libres de suministrar corriente base a$Q_1$de modo que, de hecho, está **encendido*. En otras palabras, es una suposición estable.

Pero también tenga en cuenta que lo contrario también es cierto, si asumió que$Q_2$está encendido _ Entonces eso también sería una suposición estable para un razonamiento similar.

Cuando tienes un circuito como ese, no sabes en qué dirección irá.

Ahora, agregué$R_1$(que tiene otro propósito del que hablaré más adelante) y$C_2$a un lado. Esto significa que al momento del encendido,$Q_2$está prácticamente garantizado que estará apagado y, por lo tanto, el circuito saldrá del encendido con$Q_1$ en y$Q_2$ apagado _ Dado que la salida se toma de$Q_1$'s coleccionista, y desde$Q_1$se enciende como encendido , la salida al pin de E/S debe ser "BAJO" y leerse como "0". Ese es el caso sin nada más que perturbe el circuito.

Luego agregué$R_2$para hacer un puente entre este circuito y el interruptor de su otro circuito. Cuando el otro circuito se encienda (su interruptor esté encendido), entonces habrá alrededor de un$2500\:\frac{\text{V}}{\text{s}}$aumento de voltaje en el capacitor$C_2$a medida que la corriente se filtra a través$R_2$. Así que no pasa mucho tiempo hasta que$Q_2$La base de se eleva lo suficiente como para comenzar a encenderlo. La corriente a través$R_2$comenzará cerca de$33\:\mu\text{A}$pero como alguna corriente alimenta la base de$Q_2$y drena a través$R_1$, caerá quizás tan bajo como$25\:\mu\text{A}$. La mitad de eso se hundirá$R_1$, pero queda suficiente para activar$Q_2$. Y como$Q_2$se activa, su colector se hundirá$Q_1$suministro base a través de$R_5$. Ya que, a lo sumo,$R_5$solo puede suministrar sobre$120\:\mu\text{A}$y dado que incluso completamente saturado y un$\beta\approx 10$la base de$Q_2$necesidades$\le 12\:\mu\text{A}$. Y eso se suministra fácilmente. No sólo eso, tan pronto como$Q_1$es sacado por este proceso,$R_6$y$R_4$empezar a suministrar corriente de base adicional en$Q_2$para colocarlo en el estado activado . Y ahí es donde permanece... mientras el circuito externo continúe suministrando algo de corriente adicional.

Una vez que el dispositivo externo esté apagado,$R_2$ya no suministra corriente. Incluso podría retirar algunos. Pero eso depende de su dispositivo externo. Supongamos que no hay corriente a través de$R_2$. Cuando eso ocurre, y aquí está el otro propósito de$R_1$,$R_1$comenzará a drenar$C_2$y hundirá suficiente corriente para tirar$Q_2$ apagado _ Así que este es el otro propósito de$R_2$. Es necesario para permitir que el circuito vuelva a su estado predeterminado.

Calcular su valor es importante. Demasiado pequeño de un valor y se mantendrá$Q_2$ apagado sin importar lo que suceda con el circuito externo. Un valor demasiado grande y no puede absorber suficiente corriente para que el circuito funcione correctamente y se reinicie. Entonces el valor de$R_2$es importante, su valor determina la posición central de la histéresis, y dado que hay variaciones en las partes del transistor y detalles de la temperatura ambiente de los que preocuparse, no quiere meterse demasiado con su valor.

Sin embargo, puede reducir la histéresis aumentando los valores de$R_3$y$R_4$. Una histéresis más estrecha proporcionará menos rechazo de ruido pero permite más espacio para el cambio con$R_2$, también.

Con el circuito anterior, hágalo funcionar a temperaturas por debajo de la temperatura ambiente y hasta$55^\circ\text{C}$y sobre variaciones parciales de$\beta$de 100 a 300 y un factor de variación de 5 en las corrientes de saturación para los BJT, el siguiente gráfico de histéresis se simula como:

(En la simulación,$R_7$tiene el papel de$R_2$en el esquema que se muestra arriba).

Este cuadro sugiere que es bastante seguro usar piezas de la caja de chatarra. Y si aumentaste$R_3$y$R_4$a$560\:\text{k}\Omega$la parte inferior de la banda de histéresis cambia de centrada alrededor$6\:\mu\text{A}$a estar centrado alrededor$9\:\mu\text{A}$. Un montón de histéresis, todavía.