Ist es sicher, im Ausgangsmodus eine kleine Spannung an einen GPIO-Pin anzulegen?

Ich möchte einen Lautsprecher in Reihe mit einem 10uF-Elektrolytkondensator von einem Mikrocontroller aus ansteuern und habe mich gefragt, was passieren wird, wenn der GPIO-Pin niedrig wird, da der Kondensator versuchen wird, sich zu entladen. Ist es sicher ? Oder muss ich mit einem Widerstand einen alternativen Pfad zur Masse erstellen?

Würden Sie einen Ausgangsstift gegen Masse kurzschließen und ihn hoch treiben? Verwenden Sie einen Puffertransistor und erwarten Sie keine Wunder der High-Fidelity!
Warum der 10-uF-Kondensator? Wenn Sie einen Tiefpassfilter wünschen, benötigen Sie sowohl einen Widerstand als auch einen Kondensator (für einen klassischen RC-LPF). Andernfalls scheint dies ein XY-Problem zu sein.
@Andyaka Ich baue kein High-Fidelity- oder irgendein Gerät, sondern versuche nur, mich mit der MCU-Programmierung vertraut zu machen, und wollte einige Töne erzeugen.
@Andyaka, verwenden Sie keinen Puffertransistor, da dies keine Push-Pull-Wunder bewirkt. Dafür braucht man zwei Transistoren. Wenn Sie kritisieren wollen, schauen Sie dabei nicht albern drein. Außerdem soll das Experimentieren und Lernen angeleitet und gefördert werden.
@ TonyM Es gibt viele Beispiele für billige Lofi-Treiber, die einen einzelnen Emitterfolger verwenden, bei dem Gleichstrom durch den Lautsprecher fließt, der Strom jedoch durch einen Widerstand begrenzt wird. Auch wenn Sie den io-Pin möglicherweise nicht beschädigen, wird der gesamte Gleichstrom, der in den Chip-Power-Pin aufgenommen wird, ernsthaft beginnen, den vom Chip zugelassenen Maximalwert zu untergraben. Kurz gesagt, Sie sind es wahrscheinlich, die angesichts dessen, was Sie gerade gebellt haben, ein bisschen albern aussehen!
Ich gehe davon aus, dass op den Serienkondensator als DC-Vorspannungsblockierkappe für das Audiosignal verwendet.
@Andyaka, du gehst wieder ins Stromlimit, versuche es bei 350 Ausrufezeichen pro Tag zu halten. OP sollte Dinge ausprobieren, eine großartige Möglichkeit, schnell zu lernen, MCU wird in Ordnung sein.
@ TonyM basierend darauf, dass du sagst, der Op sollte es selbst ausprobieren, es ist, als würde man den ganzen Grund untergraben, warum diese Seite existiert, Alter !!! Hoffe ich habe noch ein paar übrig.
@Andyaka, ah, jetzt versuchst du nur, mich zu erwischen, anstatt einen gültigen Punkt zu machen. Take it easy, langer Tag und Abschied...

Antworten (3)

Nein, es ist nicht sicher. Die MCU wird auf lange Sicht versagen.

Beispielsweise darf der Senkenstrom für AVR-Mikrocontroller nicht größer als 20 mA sein. Sie müssen also sicherstellen, dass der Entladestrom nicht höher wird.

Ich würde empfehlen, den Lautsprecher über einen Treiber anzuschließen, der ein Transistor oder ein Verstärker sein könnte.

Wenn der MCU-I/O-Pin als Ausgang konfiguriert ist, verwendet er einen Push-Pull-Treiber („Totempfahl“). Diese besteht aus einem FET von der Vdd-Versorgung des Chips zum I/O-Pin und einem weiteren FET vom I/O-Pin zur GND-Versorgung des Chips.

Wenn der Stift hoch treibt, liefert er einen Strom an Vdd (gibt ihn aus), und wenn er niedrig treibt, senkt er einen Strom an GND (gibt ihn ein). Diese Ströme sollten im Datenblatt angegeben werden, normalerweise als IoH(max) bzw. IoL(max). Wenn die Last diese angegebenen Ströme überschreitet, begrenzen die FETs den Stromfluss und leiten Leistung basierend auf dem Spannungsabfall über dem jeweiligen FET und dem gezogenen Strom ab. Wenn dies lange genug beibehalten wird, kann dies die MCU beschädigen.

Bei einer Umschaltaktion, die Ihr Audioexperiment/Ihre Anwendung erfordert, ist ein möglicher Schaden jedoch wahrscheinlich kein Problem. Möglicherweise erhalten Sie nicht das erhoffte Verhalten, aber es ist in Ordnung, damit zu experimentieren.

Ich habe dasselbe getan - einen I / O-Pin über einen externen Widerstand angeschlossen, um den Serienwiderstand ein wenig zu erhöhen, gefolgt von einer Kappe, an einen kleinen Lautsprecher. Keine Probleme. Jedoch. Ich habe Spitzenspannungen am Ext gemessen. Widerstands- / Kappenknoten einige Volt unter Masse und über meiner Schiene aufgrund der Lautsprecherparasiten (die ziemlich komplex und frequenzvariabel sind). Ohne den externen Vorwiderstand wäre der E / A-Pin direkt freigelegt und die Schutzdioden aktiv gewesen . Sie haben Grenzen (normalerweise heutzutage unter 2 mA). Zumindest ein zusätzliches externes R würde helfen, diesen Diodenstrom zu begrenzen.
@jonk, interessante Sachen und die Straße, von der ich irgendwie gehofft hatte, dass das OP steigen wird, wenn sich ihre Schaltung entwickelt. Ich hatte mir vorgestellt, dass ihre Rennstrecke in einem Monat nicht so aussehen würde wie die heutige, aber sie hätten viel daraus gelernt, mit etwas Beruhigung auf dem Weg. Danke.
Für Bastler mache ich mir weniger Sorgen, einen E / A-Pin zu überfordern . (Offensichtlich ist es wichtig, sich über die Gesamtstrombegrenzungen und die Erwärmung der Anschlüsse Gedanken zu machen.) Allein, alles, was ich gesehen habe, ist, dass sie ihre Spannungsspezifikationen nicht erfüllen, wenn sie hart fahren (und einen winzigen Punkt im IC aufheizen). Die Designer wissen, dass sie VIEL Aluminiumressourcen für Hochstrom-I/O-Pins aufwenden müssen. Es gibt also viel Spielraum. Was mich beunruhigt, sind die winzigen Schutzdiodenspuren, die auch mit dem I / O-Pin verbunden sind und aktiv werden, wenn die Pin-Spannungen außerhalb der Schienen liegen. Und mögliche Latch-up. Das Hinzufügen von externem R hilft, dies zu beheben.
@jonk, gute Beobachtungen, ich stimme zu. Gleichzeitig sind sie so viel robuster als die Mikrocontroller, mit denen ich angefangen habe - die 8048er und 8051er. Ich habe meinen NXP LPC1114 E / A-Ausgangsstrom nachgeschlagen und er beträgt 45 mA. 74HC/HCT-Pin-Dioden sind für 20 mA Dauerstrom ausgelegt. Diese Dinger können Sachen tragen. Und ich wäre nicht überrascht, wenn das OP solche E / A-Geräusche erzeugt und dem Lautsprecher einen Leistungs-Operationsverstärker hinzufügt oder 5-mW-Hundert-Ohm-Kopfhörer vom E / A-Pin verwendet. Wenn die E/A geht, versuchen sie etwas anderes. Ich hoffe, sie machen damit gute Erfahrungen :-)
Der LM386 wäre eine günstige Option. Man könnte seinen Ausgangsabschnitt einfach mit ein paar BJTs duplizieren. Zwei E/A-Pins könnten zwei der BJT-Paar-Ausgänge von Glen mit dem Lautsprecher dazwischen ansteuern, um bei Bedarf mehr Lautsprecherleistung zu liefern (natürlich um 180 Grad phasenverschoben). Im Grunde nur den Lautsprecher mit einer H-Brücke ansteuern. Tatsächlich könnte ich nur H-Brückenteile wie den UC2950 verwenden, nehme ich an. Oder holen Sie sich einfach einen TDA8551, der ein schickes BTL-Design ist, das für 5 V bei 1 W Leistung ausgelegt ist und einen Lautstärkeregler enthält (ich benutze sie.) Heutzutage sind sogar Class-D-BRDs für fast nichts erhältlich.

Majid_L ist sinnvoll - eine Pufferstufe belastet den E / A-Pin Ihres Mikrocontrollers weniger. Ein 8-Ohm-Lautsprecher fordert zeitweise (für Momente nach dem Hoch- oder Niedrigschalten) Strom über den zulässigen Grenzwerten an, wenn er direkt angesteuert wird. Ein Puffer kann so einfach sein:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Schema erstellt mit CircuitLab Mit dem Transistorpuffer sieht der I/O-Pin eine Last von etwa 800 Ohm statt 8 Ohm (unter der Annahme, dass die Transistorstromverstärkung 100 beträgt). Der Transistortyp ist nicht kritisch, aber der untere muss PNP sein, der obere NPN.
C1 wird hinzugefügt, weil die Transistoren viel Impulsstrom aus der 5-V-Versorgung ziehen. Sie möchten nicht, dass diese Impulse die Vdd des Mikrocontrollers reduzieren, da sonst ein fehlerhafter Betrieb (oder Brownout) auftreten kann.

Ich denke die 10 μ F-Kappe, die das erwähnte OP für diese Art von Last etwas klein ist. Angesichts der Empfehlung, es mit den BJTs aufzupeppen, kann man dann auch eine erhöhte Kapazität empfehlen, während man dabei ist.
@jonk Das ist ein guter Punkt - für eine Audioanwendung würden Kondensatoren von 100uf einen Frequenzgang vom Typ Telefon liefern. Aber für Tonfrequenzen über 2 kHz sind 10uf in Ordnung.
Also, τ = 10 μ F ⋅ 8 Ω = 80 μ S . Sogar 1 τ bedeutet bereits etwa 63% Abfall über die Obergrenze in Richtung des neuen Gleichgewichtszustands. Das ist alles, was mir hier im Kopf geblieben ist. Also ja, Frequenz ist wichtig. 2 kHz ist mindestens mehrere τ , mit nur 10 μ F. Das beunruhigt mich immer noch.
Ist es sicher, im Ausgangsmodus eine kleine Spannung an einen GPIO-Pin anzulegen?
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