मैं अपने ADC को 5V से अधिक इनपुट वोल्टेज से बचाने में सक्षम होना चाहता हूं। नीचे दिखाए गए आउटपुट का निर्माण करने के लिए मैं सबसे सरल सुरक्षा सर्किट क्या बना सकता हूं?
मैं एडीसी इनपुट के लिए एक सुरक्षा क्लिपर सर्किट कैसे डिजाइन करूंगा?
जवाबों:
संभवतः सबसे सरल एक सरल जेनर सीमक है:
यह नकारात्मक वोल्टेज को लगभग -0.7 V तक सीमित कर देगा, हालांकि यह सीमा अच्छी तरह से नियंत्रित नहीं होगी।
संपादित करें: मैं R1 पर 100 ओम दिखाता हूं। यह सिर्फ एक डिफ़ॉल्ट मान है। आप उतने अधिक मूल्य चाहते हैं जितना आप उपयोग कर सकते हैं, आपको दिए गए सिग्नल की बैंडविड्थ और आपके एडीसी की इनपुट वर्तमान जरूरतों को देखते हुए। यह प्रतिरोध जितना अधिक होगा, उतने ही कम जेनर को ओवर-वोल्टेज स्थिति में डूबने की आवश्यकता होती है, इसलिए जेनर जितना छोटा (और कम लागत वाला) हो सकता है। आप जेनर के समानांतर एक संधारित्र जोड़ना चाह सकते हैं ताकि यह आपके एडीसी के लिए एंटी-एलियासिंग फिल्टर बनाने के लिए आर 1 के साथ संयोजन करे।
एक कम लागत वाला विकल्प यदि आपके पास 5 वी रेल है जो पर्याप्त वर्तमान को डुबो सकता है, और आपको सीमा मान 5 वी से थोड़ा ऊपर है:
आप इस उद्देश्य के लिए एक दोहरी पैकेज में दो डायोड खरीद सकते हैं। यदि आप चाहते हैं कि सीमा मान 5.7 V से 5.2 V के करीब हो, तो नियमित सिलिकॉन डायोड के बजाय स्कूटी डायोड का उपयोग करें।
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जैसा कि स्टीवन बताते हैं, यहां एक व्यापार बंद है। एक ज़ेनर कम वर्तमान स्तरों पर थोड़ा सा आचरण करना शुरू कर देगा, और जिस स्रोत को आप माप रहे हैं, वह आपको अपनी इच्छित क्लिपिंग प्राप्त करने के लिए इसे 5 वी तक चलाने के लिए पर्याप्त वर्तमान प्रदान करने में सक्षम होने की आवश्यकता है। यदि आपको क्लिपिंग शुरू करने से पहले 5.0 वी तक पहुंचने में सक्षम होने की आवश्यकता है, तो आपको 5.0 वी के बजाय 5.3 वी जेनर का उपयोग करने की आवश्यकता हो सकती है, और सुनिश्चित करें कि आपका स्रोत कम से कम 10 यूए प्रदान कर सकता है। फिर निश्चित रूप से आपको 5.5 V से नीचे क्लिप करने की गारंटी नहीं है।
दूसरी ओर, सकारात्मक रेल का डायोड कनेक्शन (मेरा दूसरा समाधान, चाहे बाहरी डायोड का उपयोग करना हो या जो आपके एडीसी इनप्टस में बनाए जाते हैं) केवल तभी काम करेंगे जब 5 वी रेल पर पर्याप्त भार डूबने के लिए हो। ओवरवॉल्टेज स्रोत द्वारा प्रदान किया गया करंट। कम-शक्ति वाले सर्किट में, ओवरवॉल्टेज आपकी 5 V आपूर्ति को नियमन से समाप्त कर सकता है और आपके सर्किट के अन्य भागों में सभी प्रकार के अप्रत्याशित व्यवहार का कारण बन सकता है।
R1 मान को बढ़ाकर आप वर्तमान को ओवरवॉल्टेज स्थिति में डूबने की आवश्यकता को सीमित कर सकते हैं। लेकिन ऐसा करने की आपकी क्षमता उस बैंडविड्थ द्वारा सीमित है जिसे आप अपने इनपुट सिग्नल और / या अपने ADC द्वारा आवश्यक इनपुट करंट में मापना चाहते हैं।
यह भी सच नहीं है कि जेनर वोल्टेज "वर्तमान के साथ बेतहाशा भिन्न होता है"। यह कहना अधिक सही होगा कि ज़ेनर थ्रेसहोल्ड के नीचे 10-100 यूए के आदेश पर एक छोटा रिसाव चालू है। एक बार जब जेनर हिमस्खलन ऑपरेशन में प्रवेश करता है, तो वोल्टेज वर्तमान के दशकों में बहुत स्थिर हो सकता है । यहाँ एक सेमी जेनर परिवार की विशिष्ट IV है:
ध्यान दें कि उच्च-मूल्य वाले zeners में कम-मूल्य वाले लोगों की तुलना में बेहतर स्थिरता होती है। और निश्चित रूप से थर्मल वेरिएशन भी हैं (1-2 वीवी / के वी के लिए ठेठ सेमी 5.1 पर वी) के बारे में चिंता करने के लिए कि क्या आप बहुत स्थिर कतरन वोल्टेज चाहते हैं।
धन्यवाद, मैं कोशिश करूँगा। वहाँ रोकनेवाला मूल्य के पीछे एक कारण है? जेनर डायोड 5V सही तक झुका है? क्या कोई पुराना डायोड दूसरे विकल्प के लिए काम करेगा? अगर मैं 5V आपूर्ति के लिए पर्याप्त करंट नहीं लगा सकता तो क्या होगा? साथ ही आपने आरेख बनाने के लिए किस सॉफ्टवेयर का उपयोग किया? वे बहुत अच्छे लग रहे हैं।
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३६:२६ पर थिनिपेटर
रोकनेवाला मान आपके एडीसी के इनपुट प्रतिबाधा (या वर्तमान इनपुट जरूरतों), नमूना दर और आपके द्वारा मापी जा रही इनपुट संकेत की आवश्यक बैंडविड्थ पर निर्भर करेगा। 100 सिर्फ सर्किटलैब संपादक में डिफ़ॉल्ट मान था।
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फोटॉन
इसके अलावा, ज़ेनर को 5 वी तक हुक नहीं किया गया है। यह जिस तरह से योजनाबद्ध (सिग्नल लाइन के लिए कैथोड, जमीन पर एनोड) में दिखाया गया है, वह ऊपर झुका हुआ है।
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फोटॉन
और अंत में, मैंने circuitlab.com पर स्कीमैटिक्स किया। सरल सर्किट के लिए अच्छा है, लेकिन जब आप एक घटक चाहते हैं तो निराशा होती है जो उनकी लाइब्रेरी में नहीं है (जैसे कि एडीसी)।
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फोटॉन
@waspinator, आप उसी आपूर्ति का उपयोग करते हैं जो आपके ADC को आपूर्ति कर रही है। ओवरवॉल्टेज स्थिति से आने वाले वर्तमान को आपके सर्किट में एडीसी और अन्य भागों की आपूर्ति पिन के माध्यम से डूबना होगा।
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फोटॉन
एक समय था जब मुझे लगा कि जेनर डायोड महान थे। अब मुझे पता है कि वे नहीं हैं। तथ्य की बात के रूप में वे बदबू आ रही है। इस डायोड में 250 soA पर 4% सहनशीलता है, इसलिए आप अपने पढ़ने के शीर्ष 200 mV को खो सकते हैं, लेकिन यह खराब हो जाता है: 10 zA जेनर वोल्टेज केवल 4.3 V पर है, यह एक 14% त्रुटि है। यदि आपका इनपुट अपेक्षाकृत उच्च प्रतिबाधा स्रोत से आता है, तो एक अवरोधक विभक्त की तरह आप शीर्ष 700 mV खो सकते हैं।
अधिकांश माइक्रोकंट्रोलर्स के पास I / O पिन पर क्लैंपिंग डायोड होते हैं:
आप उन का उपयोग कर सकते हैं। यदि आपका सिग्नल कम प्रतिबाधा आउटपुट से आता है, तो आप बहुत अधिक करंट के खिलाफ क्लैंपिंग डायोड की सुरक्षा के लिए एक श्रृंखला अवरोधक जोड़ना चाहेंगे। 50 mA को अक्सर निरपेक्ष अधिकतम रेटिंग के रूप में निर्दिष्ट किया जाता है। यदि आप 15 kΩ के अवरोधक का उपयोग करते हैं, तो आप वर्तमान को 20 V इनपुट के लिए 1 mA तक सीमित कर देंगे। फोटॉन ठीक ही इंगित करता है कि वर्तमान बहुत अधिक नहीं होना चाहिए। ऐसा इसलिए है क्योंकि आप करंट को इंजेक्ट कर रहे हैं, जहाँ वोल्टेज एक वोल्टेज रेगुलेटर से आता है, और जो केवल करंट को सोर्स कर सकता है, इसे सिंक नहीं। इसलिए यदि कोई बाहरी स्रोत करंट लगाता है तो नियामक का भार उसे जमीन तक पहुंचाने में सक्षम होना चाहिए।
जैसा कि पेटपॉल्सन बताते हैं कि बहस है कि क्या यह स्वीकार्य अभ्यास है। डेटाशीट कह सकती है कि अधिकतम इनपुट Vcc + 0.3 V है, लेकिन यह क्लैंपिंग डायोड के लिए अधिकतम 20 mA भी कह सकता है (उदाहरण के लिए यह PIC नियंत्रक) । इसका मतलब यह हो सकता है कि क्लैंपिंग डायोड वोल्टेज ड्रॉप 0.3 V से कम है, उदाहरण के लिए यदि वे 'Schottky's।
वैसे भी, आप हमेशा Vcc से क्लैंप करने के लिए अपने खुद के बाहरी डायोड का उपयोग कर सकते हैं। यह Schottky डायोड केवल 10 mA पर 100 mV ड्रॉप करता है, इसलिए यह इनपुट को एक सुरक्षित मान से क्लैंप करेगा। 15 kΩ रेसिस्टर के लिए मत भूलना। कम उत्पादन प्रतिबाधा स्रोत।
यदि आपका इनपुट वोल्टेज नकारात्मक नहीं है, तो जमीन क्लैंप की आवश्यकता नहीं है।
जब आप एक माइक्रोकंट्रोलर पर क्लैंपिंग डायोड का उपयोग करते हैं, तो क्या आप (ज्यादातर मामलों में) पिन इनपुट वोल्टेज की निरपेक्ष अधिकतम रेटिंग का उल्लंघन नहीं करते हैं? मेरे मन में रसेल का जवाब है (नीचे स्क्रॉल करें 'सेक्शन जेनर क्लैंप' और 'प्रोटेक्शन डायोड्स')।
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पेटपल्सेन
@PetPaulsen - ने मेरा उत्तर अपडेट कर दिया।
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स्टीवनवह
जहाँ मैं क्लिपर डायोड के लिए Vcc स्रोत सकता है? USB पोर्ट या माइक्रोकंट्रोलर स्रोत ठीक है?
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जंप
@waspinator - Vcc जहां क्लैम्पिंग डायोड होना चाहिए वही Vcc होता है जो आपके ADC डिवाइस को पावर देता है (मुझे लगता है कि यह माइक्रोकंट्रोलर होगा)। यदि आप USB के 5 V से माइक्रोकंट्रोलर को पावर कर रहे हैं तो क्लैंपिंग डायोड उसी पर जाता है।
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स्टीवनव जूल
@ ThePhoton जैसा कि आप और स्टीवन बताते हैं कि बहुत ज्यादा करंट पॉजिटिव रेल पर वोल्टेज रेगुलेटर के साथ समस्या पैदा कर सकता है, क्या यह ग्राउंडिंग क्लैंप के लिए भी सही है जो अंडरस्क्रेट्स को कम करता है?
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साद