So begrenzen Sie die negative Spannung am uC-Eingangspin

Ich versuche, einen Impulsinduktions-Metalldetektor zu entwerfen, um meine EE-Fähigkeiten ein wenig zu verbessern.

Ich fing an, die Sendestufe zu skizzieren, die nur ein MOSFET ist, der Strom durch eine Suchspule schaltet und die Gegen-EMK für die weitere Verarbeitung begrenzt.

Was ich erreichen möchte, ist, einen Stift an meinem Mikrocontroller hoch zu ziehen (+5 V), wenn der Sendeimpuls beginnt, und ihn wieder auf niedrig (GND) zu ziehen, wenn die Gegen-EMK einsetzt, dh die Spannung an Testpunkt 2 (TP2) negativ wird ).

Der Mikrocontroller-Pin ist daher mit Testpunkt 3 (TP3) verbunden und das Problem, das ich habe, ist, dass der Transistor immer noch offen ist (?) Und die Spannung auf -12 V abfällt, wodurch der Eingangspin am Mikrocontroller zerstört wird.

Meine Frage ist also, wie ich das Design verbessern könnte, um nur +5 V oder GND am Eingangspin des Mikrocontrollers zu haben. Ich habe bereits versucht, eine Diode nach dem Emitter zu platzieren, aber das hinterlässt immer noch eine negative Spannung von etwa -0,7 V ...

Danke für jeden Rat!

PS: Die TVS-Diode klemmt die Spannung auf +/- 12V

Schema Testpunkte

ANTWORT AUF ANTWORT

Aktualisierter Schaltplan

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Wie Andy sagt, wird der große negative Impuls den Basis-Emitter durchbrechen (und den Transistor beschädigen), sie sind normalerweise für ein Maximum von ~ 5 V in Rückwärtsrichtung ausgelegt.

Die Idee, die Sie haben, ist nicht so schlecht, mit ein paar Änderungen der Komponentenwerte kann es funktionieren. Grundsätzlich müssen Sie die Impedanz in die Basis erhöhen, eine Schutzdiode über den be-Übergang hinzufügen und die Impedanz am Ausgang des Transistors verringern (dies macht ihn weniger anfällig für alles, was dagegen arbeitet, Rauschen usw.).

Denken Sie auch bei der Simulation von Spulen daran, alle Spulenwiderstände und Parallelkapazitäten einzubeziehen - dies kann einen großen Unterschied zu Ihrer Simulation machen (dh die Gegen-EMK wird im wirklichen Leben wahrscheinlich viel niedriger sein, wenn es sich um eine große handgewickelte Spule handelt - wenn Sie ein LCR-Messgerät haben Verwenden Sie es, um einige Messungen zu erhalten)

So etwas (ich habe nur die relevanten Bits genommen) ist ein Anfang. Offensichtlich können die 1k- und 47k-Widerstände nur einer sein, ich folgte Ihrem Schema und wollte das andere Bit hinzufügen, entschied mich aber dagegen. Die Ausgabe an den uC ist invertiert, aber dies ist in der Firmware trivial zu kompensieren (oder Sie können die Ausgabe vom Emitter immer noch nehmen, wenn Sie dies bevorzugen, mit einem niedrigeren Widerstandswert):

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Simulation:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Eine letzte Sache - Ihr uC-Eingang verträgt eine kleine negative Spannung und verfügt wahrscheinlich über einen gewissen Eingangsschutz (die Details finden Sie im Datenblatt), sodass bis zu etwa -0,3 V wahrscheinlich in Ordnung sind.

vielen Dank für deine ausführliche Erklärung! Darf ich fragen, ob die antiparallelen Dioden (D3, D4) noch benötigt werden? Soweit ich weiß, wird die Spannung durch eine Schutzdiode über dem BE-Übergang geklemmt, richtig? Meine Absicht ist es, das geklemmte Signal von der Basis zu greifen und es einem Operationsverstärker zuzuführen :)
D3/D4 (oder ähnlich) werden noch benötigt, wenn Sie den Opamp-Eingang begrenzen möchten, ja. Wenn Sie das Operationsverstärkersignal von der Verbindungsstelle von R1 / R6 nehmen, isoliert der 47k-Widerstand (R1) den Klemmeffekt effektiv von dieser Verbindungsstelle (dh er sieht immer noch den großen negativen Schwung - simulieren Sie ihn und überprüfen Sie ihn selbst. Aufgrund von R1 , der Q1-Teil hat fast keinen Einfluss auf den Rest der Schaltung) Also würde ich den Opamp-Teil separat behandeln und entsprechend entwerfen.
Hallo, ich habe das versucht (siehe meine aktualisierte Frage), aber wenn ich die antiparallelen Dioden an der Verbindungsstelle zwischen 1k und 47k Widerstand hinzufüge, scheint es, als ob die Spannung über der Diode abfällt und der Transistor nicht schaltet, so dass das "to_uc" Knoten ist immer bei ~ 5V :(
Entschuldigung, ich war nicht klar - wenn Sie es so machen, müssen Sie auch die Dioden auf die gleiche Weise wie den Transistor "isolieren". Das Platzieren eines Widerstands mit ähnlichem Wert (z. B. 47 k) zwischen dem Übergang und den Dioden verhindert, dass sie den Transistor beeinflussen.

Ich denke, die große negative Gegen-EMK von der Spule bricht tatsächlich den Basis-Emitter-Bereich von Q1 zusammen.

Warum nehmen Sie das MCU-Signal nicht vom Ausgang von U1? Es kann eine leichte Verzögerung (etwa eine Mikrosekunde oder weniger) geben, bevor der echte Impuls über die Spule gelangt ist, aber Sie können dies problemlos mit einem Mikro berücksichtigen.

Hallo, das Problem mit der Verzögerung ist, dass das Abtastfenster etwa 10 Mikrosekunden nach der Gegen-EMK liegt. Ziel ist es, die induzierte Spannungskurve (uV bis mV) aus den Wirbelströmen zu messen, nachdem die Spitze auf ein bestimmtes Niveau abgeklungen ist. Daher möchte ich einen kurzen Timer starten, sobald die Gegen-EMK einsetzt, und die Abtastung starten, wenn der Timer abgelaufen ist.
@sled also starte den Timer und warte etwas länger. Vom Ende des Antriebsimpulses bis zum eigentlichen Punkt, an dem die Gegen-EMK beginnt, wird es einen Bruchteil einer Mikrosekunde dauern und konstant sein, und wenn es nicht konstant ist, dann stimmt etwas nicht oder Ihr MD sitzt über einer Brust Gold. Vielleicht können Sie ein Dokument verlinken, das etwas anderes sagt.
So begrenzen Sie die negative Spannung am uC-Eingangspin
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