保护 NPN 晶体管免受负基极-发射极电压的影响?

电器工程 晶体管 二极管 npn
2022-01-15 02:18:51

我有一个使用 BC548 晶体管将 5V RS-232 极性信号(逻辑 0 = +5V,逻辑 1 = -5V)转换为 3.3V TTL 极性(逻辑 1 = 3.3V,逻辑 0 = 0V)的电路。

它形成一个非门,因此当 RS-232 输出为高电平时,它将输出拉低,反之亦然。

作为参考,RS-232 设备(GPS 接收器)以 9600bps 的速度传输并连接到 Raspberry Pi 的 UART。

我的电路如下所示:

然而,由于 RS-232 输入的负电压,这​​种配置会导致晶体管在基极-发射极结上看到 -5V 的电压。BC548 的最大 Vbe 为 -6V,但我想通过最小化基极-发射极结上的任何负电压来保护晶体管。

经过一番搜索,我在 Raspberry Pi 论坛上发现了一篇帖子,其中建议使用以下电路来保护晶体管免受负电压的影响:

我已经构建了电路,它似乎是成功的:最低 Vbe 电压约为 -0.5V。我的数字万用表每秒只更新大约 5 次,我没有示波器可以更清楚地看到事物,但它之前显示的最低 Vbe 电压约为 -5V。

我的问题是这样的:

  1. 为什么二极管放在它所在的位置?如果我解释正确,这意味着最低 Vbe 将与二极管的正向压降相同,并且将有电流从接地通过电阻器 R1 流入负电压 RS-232 引脚。将二极管放置在 RS-232 输入和 R1 之间或 R1 和晶体管 Q1 之间是否更有意义,以阻止任何电流流入引脚?

  2. 原理图上说要使用我用过的 1N4148 高速二极管。使用 1N4001 而不是 1N4148 有什么缺点吗?9600bps 表示每个位长约 100us,而 1N4001 的典型反向恢复时间为 2us。1N4148 的典型反向恢复时间为 4ns——显然 1N4148 的开关速度更快,但在这种情况下它真的有什么不同吗?

1个回答

二极管处于最佳位置,并且是合适的类型。

它在输入为负时导通,与输入为正时晶体管基极导通相同。47K 电阻约为正常 RS-232负载的 1/10 。也可以阻止电压,但随后 -100V 尖峰(ESD 说)可能会击穿 1N4148 并击穿 EB 结,从而造成不可逆转的损坏。

此外,1N4148 是适合此应用的二极管。它是一个“开关二极管”,低电容和快速反向恢复。1N4001 也可能工作正常,至少在低波特率下。200mA 额定值意味着即使输入端出现非常高的电压,晶体管也受到完全保护,至少在电阻器电弧放电之前是这样