Valores máximos de las resistencias para el inversor de transistores (puerta NOT)

Question

Tengo mi circuito configurado de esta manera porque voy a conectar el pin GPIO de mi microcontrolador 8051 al punto donde se cruzan tres resistencias (R2, R3 y R4), y el microcontrolador sólo da salida a mi elección de alta impedancia y tierra, nunca a VCC. El 500K se incluyó en este circuito porque estaba simulando que el micro producía una salida de alta impedancia.

Aparte de 500K, ¿cuáles serían los valores máximos absolutos de las resistencias que puedo utilizar para R1, R2 y R3? El dispositivo de destino necesita una entrada de al menos 3,5V para una lógica alta y menos de 3V para una lógica baja.

¿Es mi lógica más o menos correcta si hago los siguientes cálculos?:

 Target voltage wanted for logic high (3.5V)
 divided by 
 Target device leakage current
 Then
 Result divided by sum of Result + R1 times 5V = Target voltage?

Lo pregunto porque voy a hacer funcionar este circuito con una fuente regulada de 5V que se alimenta de pilas.

Answer 1

R2 depende de la fuga del controlador cuando es de alta impedancia, ya que el divisor creado por ellos debe superar Vbe de Q1 (alrededor de 500mV). Usted modela el controlador como atado a 5V cuando es alta Z, pero la fuga a tierra es lo que importa en este escenario ya que la fuga a la alimentación sólo ayuda en esta situación ya que está en paralelo con R2. A grandes rasgos, la resistencia de R2 debe ser menos de 5 veces la resistencia de fuga a tierra para lograr estos 500mV con una alimentación de 5V.

R1 depende de la fuga del objetivo, ya que crea un divisor de tensión cuando va a alta. Por lo tanto, debe ser menos de la mitad de lo que la fuga del objetivo a GND es para lograr 3,5V de suministro de 5V.

Compruebe la hoja de datos para la estimación de la fuga como 500k es probablemente un poco bajo. Yo diría que son unos cuantos megaohmios como mínimo. A continuación hay un enlace a una simulación en línea en vivo donde se puede ver el flujo de corriente y jugar con los valores fácilmente. Por último, considere cuánto le importan unos pocos uA adicionales frente a cuánto le importa que la cosa funcione el 100% del tiempo.

Simulación de Falstad .

Answer 2

Consideremos el caso cuando la salida del MCU es LOW (tierra) la base del transistor está ahora a cero voltios. Q1 está apagado ahora podemos determinar el valor de R1.

R1 depende de la corriente que consuma el dispositivo conectado a la salida, ya que no has especificado ninguna corriente, asumiré que el dispositivo consume 10 uA (en el peor de los casos).

La salida debe estar por encima de los 3,5 V para que el dispositivo la interprete como un nivel HIGH y por supuesto hay que dejar un margen de error y mayor corriente y lo mantendré al menos a 4 V.

Con mi suposición sólo queda 1 V para que R1 caiga (Vcc-4 V) = 1 V. Conociendo la tensión y la corriente a través de R1.

R1 se puede calcular R1 = 1V/1uA = 100 kohms este valor depende de la corriente puede ser mayor si la corriente es menor de 10 uA pero si no lo es entonces aumentarlo por encima de este valor puede resultar en un nivel lógico de salida indefinido.

R2 debe ser cinco o diez veces menor que la resistencia de fuga en la entrada de alta impedancia o 100-50k para los 500k mostrados en el esquema.

Answer 3

Creo que simplificar el circuito ayudará a entender lo que "importa".
1 - La entrada será simulada por un interruptor a tierra de esta manera cuando se cierra, proporciona tierra y cuando se abre proporciona "Z alta".
2 - Se elimina el 500K (R4 no es necesario).
3 - La carga de salida se supone de 10 ua.
4 - Fuente de alimentación 5V.
5 - Ganancia del transistor = 10.

En estas condiciones, el valor de R1 es (5-3,8V)/10ua = 120K. Con esta resistencia y el colector en gnd, Ic = 5V/120k = 42ua. Suponiendo una ganancia de 10, hace que la Ibe = 4,2ua y con Vbe = .65V, (R2 + R3) = (5 - .65V)/4,2ua = 1,036k.

Ahora puedes "jugar" con los valores de R2 y R3. Puedes hacer que R3 = 36k y R2 = 1 mega, o R3 = 100K y R2 = 936K, etc.