Cambiador de nivel de transistor único

Necesito un cambiador de nivel direccional simple y unidireccional para la conversión de 3.3V -> 5V.

Hay muchas opciones en Internet, algunas que usan un circuito integrado lógico y otras que usan 2 transistores NPN (convertidor e inversor), pero nunca encontré una opción que use solo un transistor (y 2 resistencias).

Según tengo entendido, cuando la entrada es de 3,3 V, el transistor se bloquea y R2 aumenta la salida; mientras que cuando la entrada es 0V, el transistor pasa y reduce la salida al transistor VCE (sat).

palanca de cambios de nivel unidireccional

Entonces, ¿por qué no funcionaría un convertidor así? Debe haber una razón...

Bueno, por un lado, una entrada de 0V da una salida de 0.7V con este diseño.
@medivh Daría Vce (sat) como el voltaje de salida a la entrada de 0 voltios, y para muchos transistores de señal pequeña, Vce (sat) es mucho más pequeño que la caída del diodo, por ejemplo, 0.3 voltios como máximo para el 2n2222 .
@AnindoGhosh Cierto. Sin embargo, todavía no es igual a 0.
@medivh Lo simulé con un modelo de especias 2n2222, y el voltaje va de 0,14 voltios a 4,92 voltios. En realidad, no se necesita un nivel bajo perfecto de 0 voltios para la mayoría de las entradas digitales.
Ug. Debes dibujar tus esquemas con un diseño más sensato, especialmente si les pides a otros que los miren. Lo que tienes es un circuito simple, pero tuve que inclinar la cabeza y pensar en él para darme cuenta de lo que realmente está haciendo. Con un diseño adecuado, eso habría sido inmediatamente obvio y también podría ayudarlo a ver lo que realmente está sucediendo en el circuito. (Para obtener más información, consulte electronics.stackexchange.com/a/28255/4512 ).
El esquema me parece bastante claro...
El esquema también me parece bastante bueno. Olin puede ser un poco quisquilloso. Le falta un punto de unión en la parte inferior de R2, y el designador Q1 debería estar al lado del transistor. Además, debe mostrarse un número de pieza para el transistor (por ejemplo, 2N2222). Tiene la entrada a la izquierda y la salida a la derecha, lo cual es correcto.
Algo como esto es mejor con un FET: electronics.stackexchange.com/questions/97889/…
Además, prácticamente ha redescubierto la patente estadounidense 3283180 , de la década de 1960.
Encontré su solución en una nota de aplicación escrita algo confusa: silabs.com/Support%20Documents/TechnicalDocs/AN883.pdf En realidad, hacen una traducción bidireccional (en su línea SDA), con una dirección (de menor a mayor) exactamente como la suya. Midieron solo una saturación de 150 mV con un MMBT3904 al realizar una traducción de 1,8 V->3,3 V.
@RespawnedFluff gracias por la biblio! Estaba bastante seguro de que era una tecnología incorrecta o muy antigua. Ahora sé que funciona y tengo los árbitros, ¡bien!
Puede usar un cambiador de nivel bidireccional usando mosfet de canal n sin inversión lógica. Vea este hilo: electronics.stackexchange.com/questions/313869/…

Respuestas (2)

El cambiador de nivel de BJT único en la pregunta funcionaría: si la impedancia de entrada del dispositivo en el lado de 5 voltios es significativamente más alta que los 6,8 k que se muestran en la pregunta, se recibiría la señal esperada de ~ 0,3 a ~ 5 voltios ( tomando un 2n2222 como ejemplo ).

Sin embargo, para entradas de menor impedancia, la entrada actuaría como un divisor de tensión con la resistencia de 6,8 k, atenuando significativamente la parte alta de la señal.

Por ejemplo, si la impedancia de entrada de la carga en el lado de 5 voltios fuera, digamos, 100 k, la señal alcanzaría un máximo de alrededor de 4,6-4,7 voltios. Todavía no está tan mal.

Más bajo, y el nivel se vuelve problemático. Aquí es cuando uno necesita una alternativa, como una configuración de dos transistores mencionada en la pregunta, para impulsar el riel de salida con más fuerza.

Siempre que el controlador de 3,3 V pueda hundirse, por ejemplo, 4 mA, la resistencia de salida en el cambiador de nivel podría reducirse a 1200 ohmios. En estas condiciones, la resistencia base podría elevarse a 6800 ohmios, lo que aún proporciona suficiente impulso (0,4 mA) para saturar el transistor. La corriente total absorbida por el controlador de 3,3 V sería de 4,3 mA.
No pensé en eso, ya que para mi caso espero que la impedancia de entrada del lado de 5V sea muchos MΩ. ¡Pero eso explica totalmente por qué la gente toma la ruta 2-NPN! Gracias...

Me gusta tu solución. Dado que la pregunta se trata de soluciones simples, tengo algunas alternativas (algunas soluciones proporcionadas por Microchip AQUÍ ):

1) Conexión directa: si Voh (voltaje de salida de alto nivel) de su lógica de 3,3 V es mayor que Vih (voltaje de entrada de alto nivel), todo lo que necesita es una conexión directa. (También se requiere para esta solución que Vol (voltaje de salida de bajo nivel) de la salida de 3,3 V sea menor que Vil (voltaje de entrada de bajo nivel) de la entrada de 5 V).

2) Si las condiciones anteriores están cerca, a menudo puede aumentar ligeramente el voltaje de salida de alto nivel con una resistencia pull-up (a 3,3 V) y conectar directamente las señales.

3) La resistencia pull-up puede proporcionar una pequeña cantidad de aumento de voltaje de alto nivel. Para más, puede usar diodos y pull-up a 5V. El circuito que se muestra no se despejará a 5 V, pero aumentará el voltaje de entrada de alto nivel a la lógica de 5 V en la cantidad de una caída de voltaje de diodo (aprox. 0,7 V). Se debe tener cuidado con este método de que todavía tenga un nivel bajo válido, ya que también aumenta con una caída de diodo. Los diodos Schottky se pueden usar para un ligero aumento en el voltaje de alto nivel mientras se minimiza el aumento no deseado en el voltaje de bajo nivel. Consulte la nota de la aplicación mencionada anteriormente para obtener más información sobre este circuito.:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

4) Si puede lidiar con una inversión lógica (y no requiere un pull-up activo), se puede usar un mosfet y una resistencia de pull-up:

esquemático

simular este circuito

5) Sé que no está buscando una solución lógica ic, pero para completar mencionaré una (probablemente muchas). El MC74VHC1GT125 es un "cambiador de nivel lógico CMOS/búfer no inversor con entradas compatibles con LSTTL" en un paquete SOT23-5 o SOT-353. Pequeño sencillo y barato.

Aparentemente, este tema también se discutió el otro día: aumente 3.3V a 5V para E/S digital, aunque la solución allí es incorrecta (gracias a Dave Tweed).

Sí, pero se equivocaron en esa otra pregunta.
Me pareció un poco sospechoso... Editaré para mencionar eso.
Me gusta esa tercera solución, pero creo que está sujeta a la misma limitación de impedancia de entrada que mis esquemas originales... ¿verdad?
No exactamente. Su circuito de 3.3V debe hundir tanto la corriente del colector como la corriente base (suficiente para saturar Q1), pero luego debe entregar un Vol más bajo a la lógica de 5V. El circuito del diodo solo necesita absorber suficiente corriente para la lógica de 5 V (y la resistencia pull-up adicional) que puede ser bastante baja en el caso de CMOS (por ejemplo), pero tendrá un Vol más alto debido a la caída del diodo. Consulte las hojas de datos para determinar cuál funciona mejor. Si tiene márgenes suficientes, no pase por alto la conexión directa, que es bastante común.
¿No debería decirse algo sobre los tiempos de cambio? Con una carga de 10 pF, la constante de tiempo es de 100 ns para una de las transiciones del último circuito.
Solo necesitaba uno de tus números 4.
Cambiador de nivel de transistor único
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v