Przełącznik zmiany poziomu w jednym tranzystorze

20

Potrzebuję prostego, jednokierunkowego przełącznika poziomu do konwersji 3,3 V -> 5 V.

W Internecie jest wiele opcji, niektóre wykorzystują logikę ic, a niektóre wykorzystują 2 tranzystory NPN (konwerter i falownik), ale nigdy nie znalazłem opcji używającej tylko jednego tranzystora (i 2 rezystorów).

Rozumiem, że gdy napięcie wejściowe wynosi 3,3 V, tranzystor blokuje się, a R2 podnosi wyjście; podczas gdy gdy napięcie wejściowe wynosi 0 V, tranzystor przechodzi i ściąga sygnał wyjściowy do tranzystora VCE (sat).

jednokierunkowy przełącznik poziomu

Dlaczego więc taki konwerter nie miałby działać? Musi być tego powód...

Nicolas D.
źródło
6
@medivh Dałoby to Vce (sat) jako napięcie wyjściowe na wejściu 0 woltów - a dla wielu małych tranzystorów sygnałowych Vce (sat) jest znacznie mniejsze niż spadek diody, np. maksymalnie 0,3 wolta dla 2n2222 .
Anindo Ghosh,
4
Ug. Powinieneś narysować swoje schematy w bardziej rozsądny sposób, zwłaszcza jeśli poprosisz innych, aby na nie spojrzeli. To, co masz, to prosty obwód, ale musiałem przechylić głowę i pomyśleć o tym, aby zrozumieć, co tak naprawdę robi. Z odpowiednim układem, który byłby natychmiast oczywisty i może pomóc ci zobaczyć, co naprawdę dzieje się w obwodzie. (Aby uzyskać więcej informacji, zobacz electronics.stackexchange.com/a/28255/4512 .)
Olin Lathrop,
12
Schemat wydaje mi się dość jasny ...
pericynthion
5
Schemat również wygląda dla mnie całkiem dobrze. Olin może być trochę wybredny. Brakuje punktu połączenia na spodzie R2, a oznacznik Q1 powinien znajdować się obok tranzystora. Ponadto powinien zostać pokazany numer części tranzystora (np. 2N2222). Ma wejście po lewej i wyjście po prawej, co jest poprawne.
tcrosley
4
Poza tym odkryłeś już prawie amerykański patent 3283180 z lat 60. XX wieku.
Fizz,

Odpowiedzi:

18

Przesuwnik poziomu z pojedynczym BJT w pytaniu działałby: Jeśli impedancja wejściowa urządzenia po stronie 5 woltów jest znacznie wyższa niż 6,8 k pokazane w pytaniu, oczekiwany byłby oczekiwany sygnał od ~ 0,3 do ~ 5 woltów ( biorąc 2N2222 jako przykład ).

Jednak dla wejść o niższej impedancji wejście działałoby jak dzielnik napięcia z rezystorem 6,8 k, znacznie tłumiąc wysoką część sygnału.

Na przykład, jeśli impedancja wejściowa obciążenia po stronie 5 woltów wynosiłaby, powiedzmy, 100 k, sygnał osiągnąłby wartość szczytową przy około 4,6-4,7 woltów. Nadal nie jest tak źle.

Każda niższa, a poziom staje się problematyczny. To wtedy potrzebna jest alternatywa, taka jak zestaw dwóch tranzystorów wspomniany w pytaniu, aby mocniej napędzać szynę wyjściową.

Anindo Ghosh
źródło
3
Tak długo, jak sterownik 3.3V może opadać, powiedzmy 4 mA, rezystor wyjściowy na przełączniku poziomu można zmniejszyć do 1200 omów. W tych warunkach rezystor podstawowy może zostać podniesiony do 6800 omów, co wciąż zapewnia dużą moc (0,4 mA) w celu nasycenia tranzystora. Całkowity prąd zatopiony przez sterownik 3,3 V wynosiłby 4,3 mA.
Dave Tweed
2
Nie myślałem o tym, ponieważ w moim przypadku oczekuję, że impedancja wejściowa po stronie 5 V będzie miała dużo MΩ. Ale to całkowicie wyjaśnia, dlaczego ludzie wybierają trasę 2-NPN! Dzięki ...
Nicolas D
8

Podoba mi się twoje rozwiązanie. Ponieważ pytanie dotyczy prostych rozwiązań, mam kilka alternatyw (niektóre rozwiązania dostarczone przez Microchip TUTAJ ):

1) Połączenie bezpośrednie: Jeśli Voh (wysokie napięcie wyjściowe) z logiki 3.3V jest większe niż Vih (wysokie napięcie wejściowe), wszystko czego potrzebujesz to bezpośrednie połączenie. (dla tego rozwiązania wymagane jest również, aby Vol (niskie napięcie wyjściowe) na wyjściu 3,3 V było mniejsze niż Vil (niskie napięcie wejściowe) na wejściu 5 V.)

2) Jeśli powyższe warunki są bliskie, często można nieco podnieść napięcie wyjściowe wysokiego poziomu za pomocą rezystora podciągającego (do 3,3 V) i bezpośrednio podłączyć sygnały.

3) Rezystor podciągający może zapewnić niewielki wzrost wysokiego napięcia. Aby uzyskać więcej, możesz użyć diod i podciągania do 5 V. Pokazany obwód nie podciągnie się do 5 V, ale zwiększy napięcie wejściowe wysokiego poziomu do logiki 5 V o wielkość spadku jednej diody (około 0,7 V). Tą metodą należy zachować ostrożność, aby nadal mieć prawidłowy niski poziom, ponieważ jest to również podniesione o jeden spadek diody. Diody Schottky'ego mogą być stosowane do nieznacznego wzrostu napięcia wysokiego poziomu przy jednoczesnym zminimalizowaniu niepożądanego wzrostu napięcia niskiego poziomu. Więcej informacji na temat tego obwodu można znaleźć we wspomnianej wyżej notatce aplikacji:

schematyczny

symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab

4) Jeśli możesz poradzić sobie z odwróceniem logiki (i nie wymaga aktywnego podciągania), możesz użyć mosfetu i rezystora podciągającego:

schematyczny

zasymuluj ten obwód

5) Wiem, że nie szukasz rozwiązania logicznego, ale dla kompletności wspomnę o jednym (prawdopodobnie wielu). MC74VHC1GT125 jest "nieodwracającego Buffer / CMOS Logic Level Shifter z LSTTL kompatybilne wejść" w pakiecie SOT23-5 lub SOT-353. Mały prosty i tani.


Najwyraźniej ten temat był również omawiany innego dnia: Zwiększenie 3,3 V do 5 V dla cyfrowych wejść / wyjść, chociaż rozwiązanie jest nieprawidłowe (dzięki Dave Tweed).

Akord
źródło
Tak, ale pomylili się w tym drugim pytaniu.
Dave Tweed
Wydawało mi się to trochę podejrzane ... Zredaguję, żeby o tym wspomnieć.
Tut
Podoba mi się to trzecie rozwiązanie, ale myślę, że podlega takim samym ograniczeniom impedancji wejściowej jak moje oryginalne schematy ... prawda?
Nicolas D
1
Nie dokładnie. Obwód 3,3 V musi pochłaniać zarówno prąd kolektora, jak i prąd podstawowy (wystarczający do nasycenia Q1), ale powinien następnie dostarczać niższą wartość V do logiki 5 V. Obwód diody potrzebuje tylko wystarczającego prądu dla logiki 5V (i dodanego rezystora podciągającego), który może być dość niski w przypadku CMOS (na przykład), ale będzie miał wyższy Vol z powodu spadku diody. Zapoznaj się z arkuszami danych, aby ustalić, który działa najlepiej. Jeśli masz wystarczające marginesy, nie pomijaj bezpośredniego połączenia, które jest dość powszechne.
Tut
1
Czy nie należy coś mówić o czasach przełączania? Przy obciążeniu 10 pF stała czasowa wynosi 100 ns dla jednego z przejść dla ostatniego obwodu.
Peter Mortensen,