Pegelumwandlung 0/+5 V TTL-Logik auf +/-9 V zur Maximierung von Verstärkung und Frequenzbereich (DC bis 4 MHz)

Ich sehe viele wiederholte Antworten und Anweisungen zum Konvertieren von doppelten Versorgungspegeln in Logikpegel, aber ich habe die umgekehrte Situation, indem ich die TTL-Logik von 0 / + 5 V in +/- 9 V umwandele, und ich sehe nicht viele davon Infos dazu. Seltsamerweise sollte dies beim Ansteuern einer RS232-Leitung sehr häufig vorkommen.

Grundsätzlich sollte es für Wechselstrom eines vernünftigen Frequenzbereichs mit nur einem einfachen Transistor machbar sein und mit einem Kondensator an der Basis usw. entkoppelt werden.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Aber in meinem Fall muss ich ein digitales Signal umwandeln, das sich sowohl mit einer Frequenz von 4 MHz ändern kann, aber auch für lange Zeit im selben Zustand sein kann, sodass jeder Entkopplungskondensator mit einer einfachen Transistorschaltung am Ende nicht funktionieren würde.

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Ich habe mit einem Operationsverstärker herumgespielt und dies funktioniert im Prinzip für niedrige bis mittlere Frequenzen, außer dass ich auf das Problem des Dynamikbereichs des Operationsverstärkers stoße, ich stelle ihn zwischen +/- 9 V und ich kann wählen die Verstärkung von 5 V Spitze-zu-Spitze auf etwa 8,5 V Spitze-zu-Spitze, aber nicht besser. Das ist ein Problem, warum ich lieber nur einen einzigen Transistor verwenden würde.

Ich kümmere mich nicht wirklich um Verzerrung, da mein Signal sowieso eine Rechteckwelle ist. Aber ich kümmere mich um Verstärkung und Rail-to-Rail, aber ich habe keinen Rail-to-Rail-Operationsverstärker und kann ihn auch nicht bekommen (ich kann nicht bei Mouser oder Jameco bestellen und meine Auswahl im örtlichen Geschäft ist klein und das Hit/Miss-Verhältnis ist zu niedrig, wenn ich mit der Teilenummer für einen schicken R2R-Operationsverstärker hereinkomme.)

Ich möchte auch nicht, dass mein Signal integriert und auf eine winzige Dreieckswelle reduziert wird, wie es bei höheren Frequenzen der Fall ist.

Hier ein paar Impressionen meiner OP-Schaltung in der Praxis:

Wenn sich die Frequenz dreimal verdoppelt, erhalten wir das Dreieck:

und ab da geht es bergab

und dies ist die maximale Frequenz, die wir unterstützen müssen, etwa 2 MHz.

Was könnte getan werden?

UPDATE: Michael hat geantwortet und mir geholfen, den LM393-Komparator auszuprobieren. Mir war nicht klar, dass ich einen Pull-up-Widerstand am Ausgang benötige. Also habe ich ein paar Werte ausprobiert, 4,7 kΩ, 1 kΩ, 10 kΩ. Und ich lasse die Scope-Bilder hier, weil ich das Verhalten des Lows sehr eigenartig fand, und ich nehme an, man muss auch irgendwo einen Kondensator hinzufügen. Aber wie auch immer, es hat einen etwas besseren Frequenzgang, aber nicht gut genug. Ich hoffe nur, dass der 75188-Leitungstreiberchip die Frequenzganganforderung erfüllt.

Weiteres Update: Ich konnte diese Instabilität ziemlich gut in den Griff bekommen, aber immer noch ist der LM393 einfach zu langsam. Es hat eine schöne Verstärkung, aber bei 2 MHz reduziert sich die Rechteckwelle auch auf ein winziges Dreieck. So sah das aus, aber das war ungefähr die letzte Frequenz, wo es nützlich war, ich denke, das war bei 125 kHz oder so, wirklich überhaupt nicht großartig.

während diese hier bei 2 MHz liegt. Und lassen Sie sich nicht von der Skalierung täuschen, das Dreieck dort ist winzig und super verstärkt auf dem Zielfernrohr.

LETZTES UPDATE: Bruce Abbots Rennstrecke rockt! Und ich möchte die Scope-Bilder davon zeigen. Hier bei 250 kHz:

und das ist bei 2 MHz:

und bei 4 MHz. Wir können sehen, dass es ein wenig träge wird, wenn ich auf vollständig negativ schalte, aber hey, hier geht es darum, mein Problem vorerst zu lösen, damit ich mich auf andere Dinge konzentrieren kann.

Ich werde darüber berichten, wie sich dies mit dem 75188-Zeilenpuffer vergleicht, wenn es in der Post ankommt.

LETZTES UPDATE: Die Jury ist raus, Leute, und die 75188 kam mit der Post. Hier präsentiere ich Ihnen einen Kopf-an-Kopf-Vergleich zwischen ihm und Bruce Abbotts einfachem Zwei-Transistor-Pegelumsetzer.

Sie können sehen, dass beide in Bezug auf die maximale Reichweite der Stromversorgung (dasselbe Paar 9-V-Batterien) gleichwertig sind. Die kleine Welligkeit auf dem Dach der Rechteckwelle verrät den IC. Aber gerade bei den hohen Frequenzen glänzt das schlichte (und wahrscheinlich leistungshungrigere) Design von Bruce Abbott, das immer noch mit voller Amplitude arbeitet und die abfallenden Flanken nur leicht abrundet. Denken Sie daran, dass sich dies auf einem Steckbrett befindet, daher ist die Kapazität ein Problem, aber dieses Mal habe ich mit x10-Sonden gemessen, wie Bruce vorgeschlagen hat.

Jetzt sitze ich auf diesen 25 Chips von 75188, die ich günstig in großen Mengen gekauft habe, und werde sie nicht verwenden.