Level-Up-Shifter mit einem Transistor

Ich brauche einen einfachen Pegelumsetzer mit einer Richtung für die Umwandlung von 3,3 V -> 5 V.

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

Mein Verständnis ist, dass, wenn der Eingang bei 3,3 V liegt, der Transistor blockiert und R2 den Ausgang hochzieht; während, wenn der Eingang 0 V ist, der Transistor durchgeht und den Ausgang auf den Transistor VCE (sat) herunterzieht.

Level-Up-Shifter mit einer Richtung

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

Nun, zum einen ergibt ein 0-V-Eingang bei diesem Design einen 0,7-V-Ausgang.
@medivh Es würde Vce(sat) als Ausgangsspannung bei 0 Volt Eingang geben - und für viele kleine Signaltransistoren ist Vce(sat) weitaus kleiner als der Diodenabfall, z. B. maximal 0,3 Volt für den 2n2222 .
@AnindoGhosh Stimmt. Immer noch nicht gleich 0.
@medivh Ich habe es gerade mit einem 2n2222-Spice-Modell simuliert, und die Spannung geht von 0,14 Volt auf 4,92 Volt. Ein perfekter Low-Pegel von 0 Volt wird für die meisten digitalen Eingänge nicht wirklich benötigt.
Ug. Sie sollten Ihre Schaltpläne übersichtlicher zeichnen, besonders 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 sie tatsächlich tut. Mit einem richtigen Layout wäre das sofort offensichtlich gewesen und könnte Ihnen helfen zu sehen, was wirklich in der Schaltung vor sich geht. (Weitere Informationen finden Sie unter electronic.stackexchange.com/a/28255/4512 .)
Der Schaltplan sieht für mich ziemlich klar aus..
Schema sieht für mich auch recht gut aus. Olin kann etwas wählerisch sein. Es fehlt ein Verbindungspunkt auf der Unterseite von R2, und der Q1-Bezeichner sollte neben dem Transistor stehen. Außerdem sollte eine Teilenummer für den Transistor angezeigt werden (z. B. 2N2222). Es hat den Eingang links und den Ausgang rechts, was richtig ist.
So etwas ist besser mit einem FET: electronic.stackexchange.com/questions/97889/…
Außerdem haben Sie das US-Patent 3283180 aus den 1960er Jahren ziemlich wiederentdeckt .
Ich habe Ihre Lösung in einer etwas verwirrend geschriebenen Appnote gefunden: silabs.com/Support%20Documents/TechnicalDocs/AN883.pdf Sie führen tatsächlich bidirektionale Übersetzungen durch (auf ihrer SDA-Leitung), wobei eine Richtung (niedrig nach hoch) genau wie Ihre ist. Sie maßen nur 150 mV Sättigung mit einem MMBT3904 bei einer Übersetzung von 1,8 V auf > 3,3 V.
@RespawnedFluff danke für das Biblio! Ich war mir ziemlich sicher, dass es entweder falsch oder sehr alte Technik war. Jetzt weiß ich, dass es funktioniert und ich habe die Refs - schön!
Sie können einen bidirektionalen Pegelumsetzer mit n-Kanal-Mosfet ohne Logikinversion verwenden. Siehe diesen Thread - electronic.stackexchange.com/questions/313869/…

Antworten (2)

Der fragliche Einzel-BJT-Pegelumsetzer würde funktionieren: Wenn die Eingangsimpedanz des Geräts auf der 5-Volt-Seite deutlich höher ist als die in der Frage angegebenen 6,8 k, würde das erwartete Signal von ~ 0,3 bis ~ 5 Volt empfangen ( unter Berücksichtigung ein 2n2222 als Beispiel ).

Bei Eingängen mit niedrigerer Impedanz würde der Eingang jedoch mit dem 6,8-kΩ-Widerstand als Spannungsteiler wirken und den hohen Teil des Signals erheblich dämpfen.

Wenn beispielsweise die Eingangsimpedanz der Last auf der 5-Volt-Seite beispielsweise 100 kΩ betragen würde, würde das Signal bei etwa 4,6–4,7 Volt enden. Immer noch nicht so schlimm.

Je niedriger, und das Niveau wird problematisch. In diesem Fall benötigt man eine Alternative, z. B. einen in der Frage erwähnten Aufbau mit zwei Transistoren, um die Ausgangsschiene härter anzusteuern.

Solange der 3,3-V-Treiber beispielsweise 4 mA sinken kann, könnte der Ausgangswiderstand des Pegelumsetzers auf 1200 Ohm reduziert werden. Unter diesen Bedingungen könnte der Basiswiderstand auf 6800 Ohm angehoben werden, was immer noch genügend Antrieb (0,4 mA) liefert, um den Transistor zu sättigen. Der vom 3,3-V-Treiber aufgenommene Gesamtstrom beträgt 4,3 mA.
Daran habe ich nicht gedacht, da ich für meinen Fall erwarte, dass die Eingangsimpedanz auf der 5-V-Seite viele MΩ beträgt. Aber das erklärt vollkommen, warum Leute den 2-NPN-Weg gehen! Danke...

Deine Lösung gefällt mir. Da es sich bei der Frage um einfache Lösungen handelt, habe ich einige Alternativen (einige Lösungen von Microchip HIER bereitgestellt ):

1) Direkte Verbindung: Wenn Voh (High-Level-Ausgangsspannung) Ihrer 3,3-V-Logik größer als Vih (High-Level-Eingangsspannung) ist, brauchen Sie nur eine direkte Verbindung. (Für diese Lösung ist es außerdem erforderlich, dass Vol (Low-Level-Ausgangsspannung) des 3,3-V-Ausgangs kleiner ist als Vil (Low-Level-Eingangsspannung) des 5-V-Eingangs).

2) Wenn die oben genannten Bedingungen nahe liegen, können Sie die Ausgangsspannung mit hohem Pegel häufig mit einem Pull-up-Widerstand leicht erhöhen (auf 3,3 V) und die Signale direkt verbinden.

3) Der Pull-up-Widerstand kann einen kleinen Spannungsanstieg auf hohem Niveau bereitstellen. Für mehr können Sie Dioden verwenden und auf 5 V hochziehen. Die gezeigte Schaltung wird nicht auf 5 V hochziehen, aber sie 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 noch ein gültiger Low-Pegel vorhanden ist, da auch dieser um einen Diodenabfall angehoben wird. Schottky-Dioden können für eine geringfügige Erhöhung der Hochpegelspannung verwendet werden, während die unerwünschte Erhöhung der Niederpegelspannung minimiert wird. Weitere Informationen zu dieser Schaltung finden Sie im oben genannten App-Hinweis:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

4) Wenn Sie mit einer logischen Umkehrung 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 ic-Lösung suchen, aber der Vollständigkeit halber werde ich eine (von wahrscheinlich vielen) erwähnen. Der MC74VHC1GT125 ist ein "Noninverting Buffer / CMOS Logic Level Shifter with LSTTL−Compatible Inputs" in einem SOT23-5 oder SOT-353 Gehäuse. Klein einfach und günstig.

Anscheinend wurde dieses Thema neulich auch diskutiert: Step up 3.3V to 5V for digital I/O obwohl die Lösung dort falsch ist (danke Dave Tweed).

Ja, aber sie haben sich in dieser anderen Frage geirrt.
Es sah für mich ein wenig verdächtig aus ... Ich werde es bearbeiten, um das zu erwähnen.
Ich mag diese dritte Lösung, aber ich denke, sie unterliegt der gleichen Eingangsimpedanzbeschränkung wie meine ursprünglichen Schaltpläne ... richtig?
Nicht genau. Ihre 3,3-V-Schaltung muss sowohl den Kollektorstrom als auch den Basisstrom senken (ausreichend, um Q1 zu sättigen), sollte dann aber eine niedrigere Spannung an die 5-V-Logik liefern. Die Diodenschaltung muss nur genug Strom für die 5-V-Logik (und den hinzugefügten Pull-up-Widerstand) aufnehmen, der im Fall von CMOS (z. B.) ziemlich niedrig sein kann, aber aufgrund des Diodenabfalls eine höhere Vol hat. Konsultieren Sie die Datenblätter, um festzustellen, welches am besten funktioniert. Wenn Sie über ausreichende Margen verfügen, übersehen Sie nicht die direkte Verbindung, die ziemlich häufig ist.
Müsste nicht etwas zu den Schaltzeiten gesagt werden? Bei einer Last von 10 pF beträgt die Zeitkonstante 100 ns für einen der Übergänge für die letzte Schaltung.
Ich brauchte nur eine Ihrer Nummer 4s.
Level-Up-Shifter mit einem Transistor
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