Single Transistor Level-Up-Shifter

Ich benötige einen einfachen Pegelumsetzer für 3,3V -> 5V.

Es gibt viele Optionen im Internet, einige mit einem Logik-IC und einige mit 2 NPN-Transistoren (Wandler und Wechselrichter), aber ich habe nie eine Option gefunden, die nur einen einzelnen Transistor (und 2 Widerstände) verwendet.

Mein Verständnis ist, dass wenn der Eingang 3,3 V hat, der Transistor sperrt und R2 den Ausgang hochzieht; während, wenn der Eingang 0 V ist, der Transistor durchläuft und den Ausgang auf den Transistor VCE (sat) herunterzieht.

Single Directional Level Up Shifter

Warum sollte ein solcher Konverter nicht funktionieren? Dafür muss es einen Grund geben...

level-shifting logic-level level-translation

— Nicolas D
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@medivh Es würde Vce (sat) als Ausgangsspannung bei 0 Volt Eingangsspannung geben - und für viele kleine Signaltransistoren ist Vce (sat) viel kleiner als der Diodenabfall , z. B. maximal 0,3 Volt für den 2n2222 .

— Anindo Ghosh

Ug. Sie sollten Ihre Schaltpläne übersichtlicher zeichnen, insbesondere wenn Sie andere bitten, sie sich anzusehen. Was Sie haben, ist eine einfache Schaltung, aber ich musste meinen Kopf neigen und darüber nachdenken, um zu erkennen, was es tatsächlich tut. Mit einem richtigen Layout wäre das sofort offensichtlich gewesen und könnte Ihnen helfen zu sehen, was wirklich in der Rennstrecke vor sich geht. (Weitere Informationen finden Sie unter electronics.stackexchange.com/a/28255/4512 .)

— Olin Lathrop

Der Schaltplan sieht für mich ziemlich klar aus.

— pericynthion

Schema sieht für mich auch ziemlich gut aus. Olin kann etwas wählerisch sein. Es fehlt ein Verbindungspunkt auf der Unterseite von R2, und der Q1-Bezeichner sollte sich neben dem Transistor befinden. Außerdem sollte eine Teilenummer für den Transistor angezeigt werden (z. B. 2N2222). Es hat die Eingabe links und die Ausgabe rechts, was richtig ist.

— Tcrosley

Außerdem haben Sie das US-Patent 3283180 aus den 1960er Jahren so ziemlich wiederentdeckt .

— Fizz

Antworten:

Der Single-BJT-Pegelumsetzer in der Frage würde funktionieren: Wenn die Eingangsimpedanz des Geräts auf der 5-Volt-Seite signifikant höher als die in der Frage gezeigten 6,8 k ist, würde das erwartete ~ 0,3 bis ~ 5-Volt- Signal empfangen ( Einnahme) ein 2n2222 als Beispiel ).

Bei niederohmigen Eingängen würde der Eingang jedoch als Spannungsteiler mit dem 6,8 k-Widerstand fungieren und den hohen Teil des Signals erheblich dämpfen.

Wenn die Eingangsimpedanz der Last auf der 5-Volt-Seite beispielsweise 100 k betragen würde, würde das Signal bei etwa 4,6 bis 4,7 Volt nach oben gehen. Immer noch nicht so schlimm.

Je niedriger, desto problematischer wird das Niveau. In diesem Fall benötigt man eine Alternative, beispielsweise einen in der Frage erwähnten Zwei-Transistor-Aufbau, um die Ausgangsschiene härter anzusteuern.

— Anindo Ghosh
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Solange der 3,3-V-Treiber beispielsweise 4 mA absinken kann, kann der Ausgangswiderstand des Pegelumsetzers auf 1200 Ohm reduziert werden. Unter diesen Bedingungen könnte der Basiswiderstand auf 6800 Ohm angehoben werden, was immer noch viel Ansteuerung (0,4 mA) zur Sättigung des Transistors ergibt. Der vom 3,3-V-Treiber aufgenommene Gesamtstrom würde 4,3 mA betragen.

— Dave Tweed

Ich habe nicht darüber nachgedacht, da ich für meinen Fall eine Eingangsimpedanz von 5 V von vielen MΩ erwarte. Aber das erklärt völlig, warum Menschen die 2-NPN-Route gehen! Vielen Dank ...

— Nicolas D

Ich mag deine Lösung. Da es sich um einfache Lösungen handelt, habe ich einige Alternativen (einige Lösungen von Microchip HIER) ):

1) Direktanschluss: Wenn Voh (High-Level-Ausgangsspannung) Ihrer 3,3-V-Logik größer als Vih (High-Level-Eingangsspannung) ist, ist nur ein Direktanschluss erforderlich. (Für diese Lösung ist es auch erforderlich, dass Vol (niedrige Ausgangsspannung) des 3,3-V-Ausgangs kleiner ist als Vil (niedrige Eingangsspannung) des 5-V-Eingangs).

2) Wenn die oben genannten Bedingungen erfüllt sind, können Sie die Ausgangsspannung mit einem Pull-up-Widerstand (auf 3,3 V) häufig leicht anheben und die Signale direkt anschließen.

3) Der Pull-Up-Widerstand kann einen geringen Spannungsanstieg auf hohem Niveau bewirken. Für mehr können Sie Dioden und Pull-up bis 5V verwenden. Die gezeigte Schaltung wird nicht auf 5 V hochgezogen, sondern erhöht die Eingangsspannung mit hohem Pegel auf die 5-V-Logik um den Betrag eines Diodenspannungsabfalls (ca. 0,7 V). Bei dieser Methode muss darauf geachtet werden, dass Sie immer noch einen gültigen Low-Pegel haben, da dieser ebenfalls durch einen Diodentropfen angehoben wird. Schottky-Dioden können für einen leichten Anstieg der Spannung mit hohem Pegel verwendet werden, während der unerwünschte Anstieg der Spannung mit niedrigem Pegel minimiert wird. Weitere Informationen zu dieser Schaltung finden Sie im oben genannten App-Hinweis:

schematisch

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

4) Wenn Sie mit einer logischen Inversion umgehen können (und kein aktives Pull-up benötigen), können ein Mosfet und ein Pull-up-Widerstand verwendet werden:

schematisch

^{simulieren Sie diese Schaltung}

5) Ich weiß, dass Sie nicht nach einer logischen Lösung suchen, aber der Vollständigkeit halber werde ich eine (von wahrscheinlich vielen) erwähnen. Der MC74VHC1GT125 ist ein "nicht invertierender Puffer / CMOS-Logikpegel-Shifter mit LSTTL-kompatiblen Eingängen" in einem SOT23-5- oder SOT-353-Paket. Klein, einfach und günstig.

Anscheinend wurde dieses Thema auch neulich diskutiert: Erhöhen Sie 3,3 V auf 5 V für digitale E / A, obwohl die Lösung dort falsch ist (danke Dave Tweed).

— Tut
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Ja, aber sie haben es in dieser anderen Frage falsch verstanden.

— Dave Tweed

Es sah für mich ein wenig verdächtig aus ... Ich werde es bearbeiten, um das zu erwähnen.

— Bis zum

Ich mag diese dritte Lösung, aber ich denke, sie unterliegt der gleichen Eingangsimpedanzbeschränkung wie meine ursprünglichen Schaltpläne ... richtig?

— Nicolas D

Nicht genau. Ihr 3,3-V-Stromkreis muss sowohl den Kollektorstrom als auch den Basisstrom (ausreichend, um Q1 zu sättigen) aufnehmen, sollte dann jedoch eine niedrigere Spannung an die 5-V-Logik liefern. Die Diodenschaltung braucht nur genügend Strom für die 5-V-Logik (und den hinzugefügten Pull-up-Widerstand) aufzunehmen, der im Fall von CMOS (zum Beispiel) recht niedrig sein kann, aber aufgrund des Diodenabfalls ein höheres Vol aufweist. Entnehmen Sie den Datenblättern, welche am besten funktioniert. Wenn Sie über ausreichende Ränder verfügen, übersehen Sie nicht die häufig auftretende direkte Verbindung.

— Bis zum

Sollte nicht etwas über Schaltzeiten gesagt werden? Bei einer Last von 10 pF beträgt die Zeitkonstante für einen der Übergänge des letzten Stromkreises 100 ns.

— Peter Mortensen