115 lines
4.8 KiB
Markdown
115 lines
4.8 KiB
Markdown
# Преобразователь 3.3В → 24В для входа TX01
|
||
|
||
## Назначение
|
||
|
||
Преобразователь уровня сигнала с GPIO микроконтроллера 3.3В (STM32F407) на дискретный вход 24В (TX01) с инверсией логики. Подходит для подключения ПЛИС/МК к промышленным входам 24В. [web:10]
|
||
|
||
## Схема
|
||
|
||
```text
|
||
+24V (внешний источник)
|
||
GPIO pin_10 │
|
||
│ ┌┴┐
|
||
│ │ │ R3 = 4.7kΩ
|
||
│ └┬┘
|
||
│ │
|
||
│ ├──────────► TX01 (вход 24V)
|
||
│ │
|
||
└─[ 10kΩ ]─┬[B] │
|
||
│ │
|
||
┌┴┐ ┌──┴──┐
|
||
R2 │ │ │ C │
|
||
100kΩ │ │ │ NPN │ Q1: BC547B / 2N2222A / 2N3904
|
||
└┬┘ │ Q1 │
|
||
│ │ E │
|
||
GND └──┬──┘
|
||
│ │
|
||
─┴─ GND
|
||
GND │
|
||
│
|
||
GND ─────────────┴──────────── GND (общий)
|
||
```
|
||
|
||
## Принцип работы
|
||
|
||
R1 (10kΩ) и R2 (100kΩ) образуют резистивный делитель напряжения на базе транзистора. [web:8]
|
||
|
||
- При GPIO = 3.3В на базе формируется около 3.0В (до открытия перехода база‑эмиттер). [web:8]
|
||
- При \(V_{BE} \approx 0.7В\) транзистор открывается и входит в насыщение, коллектор притягивается к GND. [web:8]
|
||
- Избыток напряжения рассеивается на делителе R1–R2. [web:8]
|
||
|
||
Выход TX01 подтянут к +24В через R3 (4.7kΩ):
|
||
|
||
- Когда транзистор закрыт, TX01 ≈ 24В (логическая 1 для входа 24В). [web:8]
|
||
- Когда транзистор открыт, TX01 ≈ 0.2В (насыщение, логический 0). [web:8]
|
||
|
||
## Таблица состояний
|
||
|
||
| GPIO PA5 | Транзистор | TX01 | Логика TX01 |
|
||
|----------|------------|--------|-------------|
|
||
| 0В | Закрыт | ~24В | HIGH |
|
||
| 3.3В | Открыт | ~0.2В | LOW |
|
||
|
||
Инверсия логики:
|
||
|
||
- LOW на GPIO → HIGH на TX01
|
||
- HIGH на GPIO → LOW на TX01
|
||
|
||
## Расчеты
|
||
|
||
Ток базы при GPIO = 3.3В:
|
||
|
||
\[
|
||
I_b = \frac{V_{in} - V_{BE}}{R1 + R2}
|
||
\]
|
||
|
||
\[
|
||
I_b = \frac{3.3V - 0.7V}{110k\Omega} \approx 24\ \mu A
|
||
\]
|
||
|
||
Ток коллектора (при подтяжке 24В через 4.7kΩ):
|
||
|
||
\[
|
||
I_c = \frac{24V}{4.7k\Omega} \approx 5.1\ mA
|
||
\]
|
||
|
||
Требуемый коэффициент усиления:
|
||
|
||
\[
|
||
\beta = \frac{I_c}{I_b} \approx \frac{5.1mA}{24\mu A} \approx 212
|
||
\]
|
||
|
||
Подходящие транзисторы (по \(h_{FE}\) в активном режиме, с запасом для насыщения): [web:8][web:9]
|
||
|
||
- BC547B: \(hFE \approx 200–450\) [web:8]
|
||
- 2N2222A: \(hFE \approx 100–300\) [web:9]
|
||
- 2N3904: \(hFE \approx 100–300\) [web:9]
|
||
|
||
## Назначение элементов
|
||
|
||
- R1 (10kΩ)
|
||
- Ограничивает ток базы.
|
||
- Формирует верхнее плечо делителя напряжения.
|
||
|
||
- R2 (100kΩ)
|
||
- Обеспечивает разряд базы при выключении.
|
||
- Не дает базе и GPIO «плавать».
|
||
- Ускоряет выключение транзистора.
|
||
- Формирует нижнее плечо делителя.
|
||
|
||
- R3 (4.7kΩ)
|
||
- Pull‑up к +24В для входа TX01.
|
||
- Ограничивает ток коллектора транзистора.
|
||
- Формирует уровень HIGH на входе 24В.
|
||
|
||
- Q1 (NPN: BC547B / 2N2222A / 2N3904)
|
||
- Работает как ключ в насыщении. [web:8][web:9]
|
||
- Коммутирует вход TX01 на землю.
|
||
- Обеспечивает развязку 3.3В GPIO и 24В линии.
|
||
|
||
## Особенности применения
|
||
|
||
- Требуется общий GND между STM32/ПЛИС и источником 24В. [web:10]
|
||
- Логика инверсная, это нужно учесть в прошивке. [web:10]
|
||
- Ток через вход TX01 ≈ 5 mА при 24В, что подходит для большинства промышленных дискретных входов. [web:8]
|
||
- Схема подходит для частот от единиц герц до десятков килогерц (ограничения по R1/R2 и паразитным емкостям). [web:8] |