Solution résumée:
- Un seul transistor et 3 résistances prendront un signal 0V \ "5V ou plus" et produiront une sortie 5V / 0V. Avec un exemple de valeur de résistance, la charge sur le signal est d'environ 80 uA à 5 V et 250 uA à 15 V. Cela peut être réduit à 8 uA / 25 uA si désiré et même plus bas si nécessaire. (Version plus grande du diagramme ci-dessous).
Une résistance de 390 ohms et un zener 4V7 feront ce que vous voulez à condition que vous puissiez tolérer une charge de courant d'entrée de 25 mA.
L'utilisation d'un ampli op permet des résultats légèrement meilleurs mais la solution à un transistor devrait être tout à fait adéquate.
NE JAMAIS laisser la diode de serrage / protection du CI transporter du courant pendant le fonctionnement normal. Vous invitez à un manque de fiabilité et à un fonctionnement inattendu et peut-être inapparent tous les jours de la vie de votre produit. Faire cela pendant le fonctionnement normal viole toujours les conditions de la fiche technique.
- Vous POUVEZ vous en sortir avec quelques uA ou même quelques 10 uA et vous PENSEZ que vous vous en sortez en les utilisant pour transporter 100 uA. CHAQUE application qui utilise les diodes de protection pour transporter plus de la moitié d'une bouffée de courant en fonctionnement normal enfreint les spécifications de la fiche technique et invite Murphy à déjeuner.
Les résultats sont imprévisibles.
Aucun design professionnel ne ferait cela .
Les notes d'application qui le recommandent ne sont généralement pas professionnelles.
Voir la section à la fin de cette réponse.
Solution à transistor unique:
L'entrée est indiquée comme 5-15V mais tout ce qui est supérieur à 4V fonctionnera.
Lorsque vin = 4V Vbase = R2 / (R1 + r2) x 4V = 0,6V.
C'est théoriquement suffisant, mais à 5 V, vous avez plus qu'assez de disque.
Les valeurs R1 et R2 indiquées sont des suggestions.
Par exemple, des valeurs de 100 k et 560 k pourraient être utilisées si un transistor R3 approprié et un bêta élevé étaient utilisés.
La sortie est inverse de l'entrée. c'est-à-dire que Vout est faible lorsque Vin est élevé.
R3 peut être 10k ou quoi que ce soit.
Q1 pour convenir. J'utiliserais un BC337 ou un équivalent SMD (BC817?)
Si un courant d'entrée très faible est souhaité, R1 et R2 peuvent être considérablement augmentés avec un certain soin. par exemple, avec R1 = 1 mégohm, le courant d'entrée est d'environ 15 uA à 15 V et 5 uA à 5 Volt. Si le transistor Q1 a un gain de courant de 100 (très sûr, par exemple pour BC337-40), alors Icollector = 500 uA, donc pour un swing 5V R3> = 10k, disons que 22k up est OK.
Un fait extrêmement précieux à savoir sur les séparateurs résistifs !!!
Un fait peu apprécié est que le rapport entre deux valeurs de résistance N écartées sur une échelle de résistance standard est à peu près constant.
Cela est implicite dans la façon dont les valeurs d'échelle sont choisies.
Les valeurs de résistance E12 sont
1
1,2
1,5
1,8
2,2
2,7
3,3
3,9
4,7
5,6
6,8
8,2
(10, 12, 15 ...)
12 valeurs, puis la série répète une échelle 10 fois plus élevée.
Donc - les valeurs 56k et 10k que j'ai montrées pour R2 et R1 sont séparées de 8 valeurs. c'est-à-dire commencer à la valeur 1 ci-dessus et compter jusqu'à 9 places et vous obtenez 5,6
TOUTES les deux valeurs à 9 ont le même rapport (dans la tolérance de l'échelle) et peuvent être utilisées pour former un diviseur à peu près équivalent.
par exemple, 56k / 10k, 68k / 12k, 82k / 15k 100k / 18k etc.
Une diode zener + une résistance feront ce que vous voulez tant que la charge sur le circuit d'entrée est acceptable. Si vous souhaitez réduire la charge, une conception basée sur un ampli op serait préférable.
La page 350 de la fiche technique donne des niveaux de tension d'entrée élevés et faibles. Le niveau qui convient dépend de la broche d'entrée que vous utilisez, mais la valeur la plus sûre est> = 0,8 x Vdd ou à Vdd = 5V, Vinhi> = 4V.
La fiche technique note également que Vin ne doit pas être supérieur à Vdd + 0,3 V ABSOLU MAXIMUM (même s'il ne fonctionne pas correctement) et en pratique, tout ce qui dépasse Vdd serait risqué.
ATTENTION:
La recommandation de Curd d'utiliser une pince à diode pour Vdd est une pratique courante mais très risquée car elle injectera du courant dans le circuit intégré à des endroits non voulus par le fabricant pendant le fonctionnement normal. Les résultats varieront et seront imprévisibles. L'utilisation d'un Shottky plutôt que d'une diode au silicium rend cela moins risqué mais toujours mal avisé et il viole même les spécifications maximales absolues du fabricant.
Pince Zener:
Ce simple circuit pourrait bien suffire.
L'important est de s'assurer que Vout répond à vos spécifications à tout moment. Beaucoup de gens utilisent une diode zener xx Volt et supposent qu'ils obtiendront XX Volts. Aux faibles courants, cela est souvent loin d'être vrai. Les courbes ci-dessous montrent la tension zener avec le courant pour les zeners typiques. Notez que le zener 4V7 nécessite environ 1 mA de courant pour le conduire au-dessus de 4V. Si nous concevons pour 2 mA minimum, tout devrait bien se passer. Cela produit un résultat peut-être inattendu.
5V in. I = 2 mA. Vzener attendu = 4V2.
R = (5V - 4,2) /0,002 A = 0,8 / 0,002 = 400 ohms.
Disons 390 ohms = valeur de résistance E12 standard.
À 15 V, nous nous attendons à ce que le courant soit ENVIRON (15-5) / 400 = 25 mA.
25 mA peut être plus que ce que vous souhaitez autoriser.
Une plage inférieure de Vin permettra une plage Imin-Imax inférieure et Vin min quelques volts au-dessus de 5V serait également très utile.
Puissance en résistance = V x I = (15-5) x 25 mA = 250 mW = résistance 500 mW.
Courbes de tension de courant Zener V02 x2.jpg
Exemple de fiche technique zener
DIODES DE PROTECTION:
Beaucoup de gens ignorent ou ignorent simplement la distinction de la fiche technique entre les cotes «maximum absolu» et les conditions de fonctionnement recommandées.
Les valeurs maximales absolues sont celles auxquelles l'appareil est garanti pour survivre sans dommage. Le bon fonctionnement n'est pas garanti.
Le PIC concerné autorise Vdd + 0,3 V sur ses broches en tant que valeur maximale absolue. Le fonctionnement n'est pas garanti dans cette condition.
La plupart des fiches techniques précisent clairement que pendant le fonctionnement normal, les tensions d'entrée ne doivent pas dépasser la masse à la plage Vdd. Cette fiche technique peut ou ne peut pas le faire dans ses plusieurs centaines de pages. Il est toujours faux de le faire.
Beaucoup de gens ont pensé que les préoccupations concernant les courants de diode de protection sont sans fondement. Seuls certains d'entre eux ont sévi le jour où ils le pensaient et la plupart ont probablement vécu ou non :-).
Notez que la (mauvaise) note d'application Atmel utilise ici une résistance de 1 mégohm (connectée au secteur!) Et la note d'application Microchip ici - les figures 10-1 10-2 ont au moins la grâce de dire "... Le courant traversant les diodes de serrage doivent rester petites (dans la plage des micro-amplis). Si le courant traversant les diodes de serrage devient trop important, vous risquez de verrouiller la pièce. " Atmels des centaines d'UA n'est PAS "dans la plage de microampères".
MAIS le verrouillage est le moindre de vos problèmes. SI vous accrochez la pièce (action SCR déclenchée par des courants dans le substrat du circuit intégré), le circuit intégré se transforme souvent en une ruine fumante et vous vous rendez compte que quelque chose peut éventuellement ne pas fonctionner.
Le problème avec les courants de diode corporelle est lorsque vous n'obtenez PAS une ruine immédiate de fumer. Ce qui se passe, c'est que le CI n'a jamais été conçu pour accepter le courant entre la broche d'entrée et le substrat - le chapeau de couche sur lequel le CI est posé. Lorsque vous augmentez Vin> Vdd, l'effet actuel s'échappe de l'ICV proprement dit dans un pays féerique fantôme que l'iC ignore et que le concepteur n'a pas conçu et ne peut généralement pas concevoir. Une fois là-bas, vous avez un petit potentiel installé qui n'est jamais normalement là et le courant peut refluer dans des modes de circuit adjacents, des nœuds pas tout à fait adjacents ou même dans des emplacements éloignés en fonction de la taille des courants et des tensions établies. La raison pour laquelle cela est difficile à décrire et à cerner est qu'il est totalement non conçu et essentiellement indesignable. Un effet est d'injecter des courants dans des nœuds flottants qui n'ont pas de chemin de sortie formel. Ceux-ci peuvent agir comme des portes pour les transistors FET - formels ou accidentels, qui permettent d'activer ou de désactiver des parties semi-aléatoires de votre circuit. Quelles parties? Quand? À quelle fréquence? Combien de temps? Quelle difficulté? Réponse - qui peut dire / personne ne peut dire - c'est indesignable et non signable.
Q: Cela se produit-il réellement?
R: Oh oui!
Q: L'ai-je vu arriver?
R: Oui.
J'ai commencé ce qui s'est avéré être une croisade de plus d'une décennie pour sensibiliser les gens à cela (même si j'aurais dû bien le savoir) après avoir été très gravement mordu par cela.
J'avais un circuit série asynchrone relativement simple qui ne m'a pas causé de conflits. Le fonctionnement du processeur était intermittent ou semi-aléatoire. Le code a parfois fait défaut et pas d'autres fois. Rien n'était stable. Le problème? La conduction des diodes corporelles, bien sûr. J'avais copié un simple circuit à partir d'une note d'application fournie avec un produit et nous sommes partis.
Si vous faites cela sans soin, cela vous mordra.
Si vous le faites avec soin, intelligence et design, cela risque de ne pas vous mordre. Mais peut.
Cela revient à tirer sur la ligne médiane dans la circulation en cours pour dépasser - fait avec soin et pas trop souvent et en laissant ce qui peut être des marges suffisamment bonnes, vous ne mourrez généralement pas. Si vous le faites, vous ne serez probablement pas surpris :-). Il en va de même pour la conduction des diodes corporelles. La plage de microampères de Microchips "est peut-être OK. Le 1 mégohm hors tension d'Atmel est un accident qui attend de se produire.