Dijital bir sinyal nasıl ters çevrilir


29

Dijital bir sinyali ters çevirmek için bir yola ihtiyacım var, yani giriş yüksekse, çıkışın düşük olmasını istiyorum ve giriş düşükse çıkışın yüksek olmasını istiyorum.

Bunun tek bir PNP transistörüyle yapılabileceğini düşünüyorum, ancak bunu burada doğrulamak istedim. Uğraştığım gerilimler 5V'tan az.


Bir BJT invertörün ayrıntılı tedavisi: EE 307 Bölüm 2 MoHAT Projesi - "Bu sayfanın amacı, bir BJT invertörün temel işlemleriyle ilgilenenlere rehberlik etmektir."
Peter Mortensen

Yanıtlar:


34

Veya, yine de dijital sinyallerden bahsettiğinizden beri bir invertör kullanıyorsunuz .

görüntü tanımını buraya girin

Agirişi (olacaktır daha fazla girişi olan kapılar için A, B, Cvs.) Yverilir. Eğer şemanızı çok fazla karmaşıklaştırmazsa, sembolü sola giriş ile yerleştirin.

NXP'nin tek girişli invertörleri vardır . Sadece dört bağlantı: güç kaynağı, toprak, giriş ve çıkış.

Yine de, bir transistör ve iki dirençle yapılabilir. Basit bir şematik, ancak yine de birkaç basit hesaplama yapmanız gerekiyor. İnvertör ile tamamen aynı bağlantılara sahip olacaksınız.
BTW, bir PNP bir seçenektir, ancak daha sıklıkla bir NPN kullanılacaktır.

düzenle (yorumunuzu yeniden yazın)

görüntü tanımını buraya girin

Giriş sinyali yüksekse, R2 ve transistörün taban verici bağlantı noktasından (akım, geçit değil) geçen akım olacaktır. Bu akım yükseltilecektir ve R1'den geçen kolektör akımı, voltajın düşmesine neden olacak ve böylece çıkış düşük olacaktır. Giriş yüksek, çıkış düşük.
Giriş sinyali düşükse, herhangi bir temel akım olmaz ve toplayıcı akım olmaz. R1'den hiçbir akım geçilmezse voltaj düşmesi olmaz, böylece çıkış + V değerinde olur. Düşük giriş, yüksek çıkış.

Bu zaten biraz daha ileri, ancak yorumda söylediğim gibi çıktıyı asimetrik olarak zımparalamak . Çıkış bir kapasitöre bağlanırsa, yüksek bir çıkış seviyesi, kapasitörün R1 üzerinden yükleneceği anlamına gelir; bu, R1C zaman sabiti ile üssel bir eğime neden olur. Çıkış düşük olduğunda, kondansatör çok daha düşük bir dirençle boşaltılacak ve eğim çok daha dik olacaktır. Bu farkı, simetrik kaynak / evre kabiliyetine sahip CMOS kapılarında elde edemezsiniz.

Transistör versiyonunun girişi ayrıca yüksek olduğunda (küçük) bir akım çekecektir. CMOS versiyonu hem yüksek hem de düşük olduğunda sadece küçük bir kaçak akıma sahip olacaktır.

Genel olarak, bütünleşik mantık kapısı kazanır.


Burada kesinlikle kafam karıştı, ancak kapıya güç verildiğinde bir NPN açılıyor ve güç sağlandığında bir PNP kapanıyor. Sinyal büyütme için bir NPN kullanmak mantıklıdır, ancak sinyalin tersine çevrilmesine neden olmaz. Düşünceler?
Matt Ruwe

2
Kapılar MOSFET'ler içindir, BJT'ler için değil. NFET'ler açılır ve PFET'ler kapanır. Ancak kaynağın doğru bağlandığından emin olmalısınız. Bir NPN ve bir PNP
BJT'ler ve

NXP'ye gelince, çok küçük bir özgürlük odasına sahipsiniz. Zamanlama, fan girişi, fan çıkışı, giriş gürültüsü marjları, aksaklıklar vb. Gibi kısıtlamalar vardır. Bu durumda, bir transistör kullanmak daha kolaydır. Sırf bu kısıtlamalar tarafından kilitlenmediğiniz için.
Standart Sandun

@Matt - cevabımı düzenledi.
stevenvh

1
@sandundhammika, Kendinizinkini inşa ederseniz, hala fan-out ve gürültü marjı konusunda sınırlarınız var (fan-in burada geçerli değildir). Ancak bu sınırların ne olduğunu kendiniz için hesaplamanız gerekir. Hazır kapıyı kullanırsanız öğrenmek için veri sayfasını okuyabilirsiniz. Ayrıca, güç tüketiminin (başka bir tipik sistem kısıtı) kullanıma hazır kapı için daha iyi olması muhtemeldir.
Photon

24

Evet, bu tek bir transistör ve dirençle yapılabilir, ancak dijital sinyalleri ters çevirmek için özel olarak tasarlanmış çipler vardır. İşin garibi, onlara invertör denir . Örneğin 74HC04'ü inceleyin. Bu size tek bir 14 pinli pakette altı ayrı invertör verir. Bireysel transistörlerin geldiği aynı paket olan küçük SOT-23 paketlerinde bulunan tek invertörler (ve diğer küçük mantık kapıları) da vardır.

Kendi invertörünüzü yapmaya çalışmak için çok az neden var, ama evet, mümkün.

Yoruma cevap olarak eklendi:

Dediğim gibi, basit bir invertörün temeli olarak tek bir bipolar transistör kullanılabilir. En azından transistöre ve bir baz rezistöre ihtiyacınız var. Bütünlüğü sağlamak için, çıkışa ne bağlanacağını, gerekli yükü sağlayacağını bilmediğiniz sürece gerekli olduğunu varsaymanız gereken bir çıkış yükü direnci de ekleyeceğim. Özellikle bir PNP transistörü hakkında sihir yoktur. NPN de aynı şekilde kullanılabilir. İşte her birinin nasıl kullanılacağı:

Her birinin 4 bağlantıya sahip olduğunu unutmayın: güç, toprak, giriş ve çıkış. İkisi arasındaki fark, girişi hangi yöne yüklediği ve çıkışın hangi yöne aktif olarak sürdüğüne karşı yük tarafından pasif olarak çekildiğidir. Bu konuları umursamıyorsanız, iki devre fonksiyonel olarak eşdeğerdir.

Ancak, bu daha kolaydır:

Aynı zamanda daha hızlı, daha az kararlı devlet gücü alıyor, daha yüksek emiş empedansına sahip ve daha küçük. Yukarıdaki invertörlerin yaptığı aynı dört bağlantıya sahiptir. Bunun gibi tekli kapılar, tekli transistörlerin geldiği aynı paket olan SOT-23 paketlerinde mevcuttur. Bu sadece bir harici kısım, bypass başlığı gerektirir. Çıkışı her iki yönde de aktif olarak çalıştığından, bir yük direncine ihtiyacı yoktur.

Gerçekten, dijital sinyallerin genel olarak ters çevrilmesi için, kendi invertörünüzü yapmak, normal uygulamalar için saçmadır.

Şematik çizim hakkında konu dışı:

Senaryo gerçekten sadece üç satır. İşte bütün dosya:

@Eko kapalı
rem
rem MAKE_SCHEM_GIF
rem
rem Ham Eagle çıktısından güzel bir şekilde filtrelenmiş bir şematik GIF dosyası oluşturur
rem /temp/a.tif. Sonuçta ortaya çıkan GIF dosyası /temp/b.gif olacak ve
rem gri skala.
rem
image_filter /temp/a.tif /temp/b.img -shrink 5
image_copy /temp/b.img /temp/b.gif -form -gray
image_disp /temp/b.gif -zoom 1 -dev orta

Bu çok özel bir kerelik bir komut dosyası, ancak amaç için yeterince iyi çalışıyor. Eagle'ta şemayı \ temp \ a.tif resim dosyasına aktarıyorum, \ temp \ b.gif adlı betiği çalıştırın. Görüntü dışa aktarma için Kartal ayarı 600 DPI ve tek renklidir. Gerçekten, hepsi bu kadar. Muhtemelen olduğundan daha karmaşık bir ses.


1
@MattRuwe "yeterli" olur ancak Olin'in amacı, özel bir çipin daha iyisini yapmasıdır (yükselme ve düşme süresi daha simetrik olacaktır). Bir PNP, Vdd'ye "çekebilir", ancak PNP çıkışın yüzmesine izin verdiğinde geri çekmek için bir şeye ihtiyacınız vardır. Bu "bir şey" empedansına bağlı olarak yükselme / düşme zamanında asimetri yaratacaktır.
ajs410

Anladım, mantıklı
Matt Ruwe

1
Şematik görünüşün nasıl benimkinden daha güzel? :-)
stevenvh

4
@ stevenvh: Olmalı çünkü ben daha iyiyim. Cidden, ben Eagle kullanıyorum ve biraz özen gösteriyorum. Eagle'da çizdikten sonra şemayı 600 DPI'da bir görüntü dosyasına dışa aktarırım, ardından filtreyi 5x daraltan bir betiği çalıştırıyorum ve sonucu gri skalalı bir GIF dosyasına yazıyorum. Bu, sonucu piksel yapıları olmadan makul bir boyutta yapar. Satırları biraz bulanıklaştırır, bu da takma ve görünür pikselleme yapmama tradeofudur.
Olin Lathrop

1
@ abdullah: Cevaplamak için ek bakınız.
Olin Lathrop

8

İşte CMOS sinyalleri için çalışan bazı direnç değerleri:

Bu parçayı buldum çünkü eski bir "LCD Dijital Sırt Çantası" nı bir Arduino'ya bağlamak istedim. Arduino pozitif seri sinyaller veriyor ve dijital sırt çantası ters sinyaller istiyor. LCD denetleyicisinin daha yeni sürümünde ters / ters çevrilmiş bir köprü var, ancak benim değil. Benzer şekilde, yazılım aracılığıyla ters seri sinyaller üretmek mümkündür, ancak standart olmayan bir kütüphanenin çalıştırılmasını içerir. Standart Serial.writekomutları kullanmak istedim .

Başlangıçta 4001 CMOS dörtlü NOR kapısında invertör olarak 4 NOR'dan birini bağladım, ancak bu durum breadboard'umda çok yer kaplıyor ve kullanılmayan tüm girişleri toprağa bağlamanız gerektiği için kablolama. (Paket üzerindeki 14 pimin 3'ü dışında hepsini bağlamam gerektiğini düşünüyorum; kullanılmayan 3 NOR'daki çıkışlar hariç her şey.)

Daha basit bir çözüm istiyorum. @ Stevenvh tarafından sağlanan devreyi kullandım.

Buraya bağlı:

görüntü tanımını buraya girin

9600 baud'da 5V CMOS mantığıyla uğraşıyorum, bu yüzden giriş empedansı çok yüksek / akım çok düşük. Sadece 9600 baud'a geçtiğim için, transistörlü eviricinin asimetrik davranışının beni çok fazla üzdüğünü sanmıyorum.

Girişteki 100K'lık bir rezistörün (stevenvh'in diyagramındaki R2) çalıştığını ve R1'deki çekme direnci olarak 3.3k direnç kullandığını buldum. Hesaplamalarıma göre (I = V / R, 5/3300) bu kurulum ON (açık) durumunda <= 1,5 mA (Transistörün iç direncinden dolayı biraz daha az) çekecektir. Bir direnç hala bir LCD ile bir sinyal almasını sağlayabilirsiniz.


4

İşte CMOS yöntemini nasıl yaptığınız:

şematik

bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik

Güç demiryolu voltajı, kapı arıza voltajından daha düşük olduğu sürece istediğiniz kadar yükselebilir.

Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.