Porte logiche. Caratteristiche delle porte logiche. Scalamento di tensione. Amplificazione di potenza. Interruttori allo stato solido

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1 Interruttori allo stato solido 1 Caratteristiche delle porte logiche Scalamento di tensione Amplificazione di potenza Politecnico di Torino 1

2 Caratteristiche delle porte logiche 3 Interfacciamento di porte logiche Il segnale di comando proviene da un circuito logico ed ha in genere scarsa capacità di pilotaggio Solo carichi compatibili con le uscite della porta possono essere pilotati direttamente Come si verifica la compatibilità tra porta logica e carico? Politecnico di Torino 2

3 Caratteristiche delle porte logiche Occorre verificare le caratteristiche statiche della porta che pilota il carico: I OL : corrente massima assorbibile dalla porta a livello logico basso I OH : corrente massima erogabile dalla porta a livello logico alto 5 Caratteristiche delle porte logiche V OL : massimo livello di tensione in uscita dalla porta in corrispondenza del livello logico basso se I O < I OL V OH : minimo livello di tensione in uscita dalla porta in corrispondenza del livello logico alto se I O < I OH Politecnico di Torino 3

4 Parametri statici porte logiche Famiglia logica V AL I OH I OL V OH V OL TTL LS 5V - 400µA 8mA 2,7V 0,5V HCMOS 4,5V -4mA 4mA 3,84V 0,33V AC 4,5V -24mA 24mA 3,76V 0,44V La capacità di pilotaggio deriva dalle caratteristiche statiche della porta logica, elencate nei datasheet Il carico può essere collegato verso il riferimento o l alimentazione, configurazioni high-side o low-side 7 Collegamento diretto Low-Side La logica TTL e le sue derivate hanno bassa capacità di pilotaggio High-Side, si usano quasi sempre in Low-Side Esempio tipico è il pilotaggio di LED o relè Politecnico di Torino 4

5 Esempio: LED pilotato da porta TTL-LS Specifiche LED: V D = 1,7 V I D = ma Specifiche porta TTL LS: I OL = 8 ma V OL = 0,5 V I OH = 0,4 ma V OH = 2,7 V V AL = 5 V 9 Esempio: LED pilotato da porta TTL-LS Specifiche LED: V D = 1,7 V I D = ma Specifiche porta TTL LS: I OL = 8 ma V OL = 0,5 V I OH = 0,4 ma V OH = 2,7 V V AL = 5 V Non possibile High-Side Compatibile Low-Side Politecnico di Torino 5

6 Esempio: LED pilotato da porta TTL-LS Specifiche LED: V D = 1,7 V I D = ma Specifiche porta TTL LS: I OL = 8 ma V OL = 0,5 V I OH = 0,4 ma V OH = 2,7 V V AL = 5 V Non possibile High-Side Compatibile Low-Side V AL VD VOL (5 1,7 0,5) V R = = = 560Ω I 5mA D 11 Collegamento diretto High-Side Le logiche CMOS hanno capacità di pilotaggio simmetrica, possono essere usate anche in High-Side Il livello logico corrispondente a carico attivo è opposto nei due casi Politecnico di Torino 6

7 13 Logiche Open Collector ad alta tensione Nel caso il carico richieda tensione più alta di quella d alimentazione della logica, si possono usare porte Open Collector ad alta tensione con collegamento Low-Side TTL 7406/07 (15V) 7416/17 (30V) Politecnico di Torino 7

8 Alimentazione negativa Se il carico richiede alimentazione negativa, è possibile il pilotaggio low-side tramite questo schema La corrente nel carico non deve eccedere I OH Politecnico di Torino 8

9 Introduzione Quando il carico non è compatibile con tensioni e correnti disponibili all uscita del circuito logico occorre frapporre un interfaccia Quali possibilità? Utilizzare un circuito integrato driver Progettare un interfaccia a componenti discreti 17 Driver integrati Esistono driver integrati ad alta tensione e/o corrente, spesso in versione multipla (4 o 8 per integrato) Le caratteristiche più comuni dei driver sono: Ingresso compatibile TTL Protezione contro correnti o tensioni anomale in uscita Funzioni smart-power : uscite logiche ausiliarie per rilevare guasti della sezione di potenza Politecnico di Torino 9

10 Componenti discreti Nel caso non sia conveniente l utilizzo di un driver, occorre progettare un interfaccia a componenti discreti Vedremo nel seguito le più comuni soluzioni per pilotaggio low-side e high-side, utilizzando dispositivi MOS e bipolari Politecnico di Torino 10