Protéger le transistor NPN de la tension négative de l'émetteur de base?

J'ai un circuit qui convertit les signaux de polarité RS-232 5 V (logique 0 = + 5 V, logique 1 = -5 V) en polarité TTL 3,3 V (logique 1 = 3,3 V, logique 0 = 0 V) à l'aide d'un transistor BC548.

Il forme une porte NON afin que lorsque la sortie RS-232 est élevée, il tire la sortie vers le bas et vice-versa.

Pour référence, l'appareil RS-232 (un récepteur GPS) transmet à 9600 bps et est connecté à l'UART d'un Raspberry Pi.

Mon circuit ressemble à ceci:

Cependant, cette configuration fait que le transistor voit une tension de -5 V aux bornes de la jonction base-émetteur en raison de la tension négative de l'entrée RS-232. Le BC548 a un Vbe maximum de -6V, mais je voudrais protéger le transistor en minimisant les tensions négatives à travers la jonction base-émetteur.

Après quelques recherches, je suis tombé sur un post sur les forums Raspberry Pi qui suggère le circuit suivant pour protéger le transistor contre les tensions négatives:

J'ai construit le circuit et il semble réussir: la tension Vbe la plus basse se situe autour de -0,5V. Mon multimètre numérique ne se met à jour qu'environ 5 fois par seconde et je n'ai pas d'oscilloscope pour voir les choses plus clairement, mais il montrait auparavant la tension Vbe la plus basse à environ -5V.

Mes questions sont les suivantes:

Pourquoi la diode est-elle placée là où elle est? Si j'interprète les choses correctement, cela signifie que le Vbe le plus bas serait le même que la chute directe de la diode et qu'il y aurait un courant passant de la terre à travers la résistance R1 dans la broche RS-232 de tension négative. Ne serait-il pas plus logique de placer la diode entre l'entrée RS-232 et R1, ou entre R1 et le transistor Q1, de manière à bloquer tout flux de courant dans la broche?
Le schéma dit d'utiliser une diode haute vitesse 1N4148, que j'ai utilisée. Y a-t-il un inconvénient à utiliser un 1N4001 au lieu d'un 1N4148? 9600 bps signifie que chaque bit a une longueur d'environ 100 uS et le 1N4001 a un temps de récupération inverse typique de 2 uS. Le 1N4148 a un temps de récupération inverse typique de 4nS - il est clair que le 1N4148 est plus rapide à la commutation, mais cela fait-il vraiment une différence dans ce contexte?

transistors diodes npn

— heypete
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La diode est dans la meilleure position et est d'un type approprié.

Il conduit lorsque l'entrée est négative, le même que la base du transistor conducteur lorsque l'entrée est positive. La résistance 47K représente environ 1/10 d'une charge RS-232 normale . On pourrait également bloquer la tension, mais un pic de -100 V (disons ESD) pourrait briser le 1N4148 et briser la jonction EB, causant des dommages irréversibles.

De plus, une 1N4148 est une diode appropriée pour cette application. C'est une "diode de commutation", une faible capacité et une récupération inverse rapide. Un 1N4001 pourrait également fonctionner correctement, au moins à des vitesses de transmission lentes. La valeur nominale de 200 mA signifie que même si une tension très élevée devait apparaître à l'entrée, le transistor est entièrement protégé, au moins jusqu'à ce que la résistance soit arquée.

— Spehro Pefhany
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Excellent. Je vous remercie. Y aurait-il un inconvénient à mettre un deuxième 1N4148 ("D2") entre l'entrée RS-232 et R1, de manière à empêcher le transistor de voir la moindre tension négative? Si D2 venait à échouer dans la situation que vous décrivez, alors D1 serait toujours en mesure de fournir du courant à la broche RS-232 via R1. Cela ne protégerait-il pas également le transistor?

— heypete

Cela pourrait en théorie être un peu désavantageux si le câble était long et les débits en bauds élevés parce que la capacité du câble sera chargée à -5 ou -10 au lieu de -0,5, mais à part cela, c'est certainement une approche raisonnable. Étant donné que RS-232 tourne au ralenti à «1» (-V), il pourrait économiser de l'énergie à l'extrémité de l'émetteur.

— Spehro Pefhany

La longueur totale du câble est d'environ 10 m et la vitesse de transmission n'est que de 9600 bps, donc j'espère que la capacité du câble ne sera pas un problème. Si cela ne fonctionne pas, ce n'est pas grave, mais je voulais m'assurer que je ne créerais pas une situation qui pourrait entraîner une défaillance catastrophique (comme le scénario ESD que vous avez mentionné pour la diode de blocage de tension en lui-même).

— heypete

Addendum: avec D2 installé, les choses semblent bien fonctionner et le Vbe est soit nul, soit positif selon mon compteur. Merci encore pour votre aide.

— heypete

Autre complément: il existe des puces qui effectuent la conversion RS-232 en TTL d'une manière meilleure et plus contrôlée et sont peu coûteuses et petites. Un MAX3232, par exemple, ne nécessite que quelques petits condensateurs externes et résout le problème avec élégance.

— heypete