Ändern eines 3,3-V-Signals in ein 5-V-Signal mit einem BJT-Transistor

Ich habe Ihren Schaltplan neu gezeichnet, weil ich gerne mehr "positive Spannungsversorgungen" oben, "weniger positive" Spannungsversorgungen unten und Masse unten sehen möchte.
Das Gehäuse für einen logisch niedrigen Eingang (0 V) befindet sich auf der linken Seite, das Gehäuse für einen logisch hohen Eingang (+3,3 V) auf der rechten Seite.
Die Logikquelle, die das logische Low (links) liefert, muss daran arbeiten, da sie Strom sowohl von der 3,3-V-Versorgung als auch von der 5-V-Versorgung ziehen muss. Der Emitter des Transistors wird durch diese Logikquelle auf null Volt gezogen. Die Basis des Transistors hat keine andere Wahl, als zu folgen, und ist etwa 0,65 V höher. Es fließt ein beträchtlicher Basisstrom (ca. 1,2 mA). Der Strom sorgt dafür, dass der Transistor stark gesättigt ist. Es ist so gesättigtdiese Kollektorspannung fällt tatsächlich unter die Basisspannung und liefert am Ausgang ein logisches Low. Der Kollektorstrom beträgt 0,72 mA. Bei vielen gesättigten Transistorschaltungen kann der Kollektorstrom zehn- oder zwanzigmal größer sein als der Basisstrom, in diesem Fall jedoch nicht - der Transistor benötigt keine Stromverstärkung (eigentlich weniger als eins). Nicht gezeigt ist der Strom, der vom 5-V-Logikausgang fließen könnte. Dieser Strom muss durch den Transistor fließen, und der Eingangstreiber muss diesen ebenfalls senken.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Schema erstellt mit CircuitLab} Rechts zeigen Sie den Fall, in dem sich der Logikeingang in seinem „hohen Zustand“ befindet, bis zu 3,3 V. In diesem Fall werden Basis und Emitter auf der gleichen Spannung gehalten. Die Basis-Emitter-Strecke des Transistors hat nach wie vor keinen Spannungsabfall, daher kann kein Basisstrom durch den 2,2K-Widerstand fließen. Der Transistor ist AUS . Da er ausgeschaltet ist, fließt kein Kollektorstrom. Der Kollektorwiderstand bleibt allein, um den Ausgang auf +5 V hochzuziehen.

Antwort auf Ihre Frage (1): Die Basis liegt bei 0,65 V. Die 3,3 V müssen Strom durch den 2,2-k-Widerstand liefern, da die Transistorbasis von der Logikquelle nach unten gezogen wird, die einen "logischen 0-Eingang" liefert.
Antwort auf Ihre Frage (2): Ja, eine Kollision. Dieser "logische 0-Eingang" arbeitet hart daran, den Emitter des Transistors auf 0 V herunterzuziehen.
Antwort auf Ihre Frage (3): Führen Sie das Kirchoffsche Spannungsgesetz um die Basis-Emitter-Schleife des Schaltplans (rechts) herum. Alles ist auf 3,3 V. Zwischen Basis und Emitter darf keine Spannung anliegen. Das zwingt den Transistor "aus".
Antwort auf Ihre Frage (4): Hängt davon ab, was Sie fahren. Diese Schaltung hat einen großen Spielraum bei der Auswahl dieser Werte. Es wird nicht schnell gehen, weil ihre Werte hoch sind. Wenn Sie sie senken, muss die schlechte 3,3-V-Logikquelle noch härter arbeiten. Wenn der 5-V-Logikausgang eine erhebliche Last treiben muss, muss auch diese 3,3-V-Logikquelle ihren Strom senken.

Es könnte für Sie aufschlussreich sein, einige Experimente mit einer LED, einem Widerstand, einer Batterie und einem Multimeter durchzuführen ...

Eine LED ist eine Diode. Ähnlich wie beim Basis-Emitter-Übergang Ihres Transistors. Wenn eine Diode eingeschaltet wird, fällt an ihr eine konstante Spannung ab. (Nicht genau, aber wir gehen oft davon aus, dass dies für Analysen und dergleichen der Fall ist.)

Lassen Sie uns also über eine LED sprechen, die einen Durchlassspannungsabfall von 1,8 V hat. Wenn Sie weniger als 1,8 V darüber anlegen, schaltet es sich nicht ein. Wenn Sie mehr als 1,8 V darüber anlegen, schaltet es sich ein und hält 1,8 V darüber aufrecht.

Nun, Sie können dies nicht nur mit der LED tun. Denn wenn Sie dies tun, lässt die LED so viel Strom durch, dass sie sich erwärmt und durchbrennt. Dies ist der Zweck eines Strombegrenzungswiderstands.

Denken Sie jetzt an eine LED in Reihe mit einem Widerstand, sagen wir 1K Ohm. Auch hier gilt: Wenn wir weniger als 1,8 V anlegen, schaltet sich die LED nicht ein. Und wieder, wenn wir mehr als 1,8 V darüber anlegen, schaltet sich die LED ein und der Widerstand begrenzt den Strom. Die Differenz zwischen der Batteriespannung und dem LED-Spannungsabfall ist die Spannung über dem Widerstand. Daraus lässt sich berechnen, wie viel Strom fließt.

Dies gilt auch für den Transistor. Ihr typischer NPN-Bipolartransistor benötigt etwa 0,65 V über dem Basis-Emitter-Übergang (die Basis ist positiver), um sich einzuschalten und den Kollektorstrom fließen zu lassen. Wenn Sie weniger als 0,65 V anlegen, schaltet sich der Transistor nicht ein. Wenn Sie mehr als 0,65 V anlegen, schaltet sich der Transistor ein und die Differenz zwischen dem Spannungsabfall (0,65 V) und der angelegten Spannung ist die Spannung, die der Strombegrenzungswiderstand abfällt.