Logikpegelwandler mit Transistoren

8

Ich versuche einen Logikpegelwandler mit dem Transistor BC547 herzustellen. Hiermit wird der Spannungspegel von Rpi Gpio von 3,3 auf 5 V umgerechnet. Ich habe die Schaltung gemäß diesem Diagramm verdrahtet: Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich habe dies getan, um 3,3 V in 5 V für PWM-Anwendungen umzuwandeln. Ich habe die Schaltung an GPIO Nr. 17 angeschlossen und hoch eingestellt

Fragen :

1) Warum ist im Stromkreis keine Masse vorhanden?

2) Ich habe versucht, die Spannung am anderen Ende der Masse zu messen, zeigt nichts. Was ist das Problem?

Vielen Dank.

Mr.Sky
quelle
1
Bitte klären Sie # 2. Anderes Ende von was in Bezug auf was und welche Spannung ist am anderen Ende .. was auch immer DAS ist .....
Trevor_G
@Trevor es ist ein bidirektionaler Konverter, also habe ich das GPIO an das 3V-Ende des Konverters angeschlossen und ich erwarte 5V am 5V-Ende des Konverters, wenn GPIO auf hoch eingestellt ist. Spannung in Bezug auf Masse von RPI .. Ich bin zu verwirrt auf diesem!
Mr.Sky
1
@ Trevor Nah. Es ist nicht so schlimm, wie du es dir vorstellst, denke ich. Probieren Sie es mit Gewürzen aus und sehen Sie, was Sie denken. Etwa gleich sauber (und hässlich) in beide Richtungen.
Jonk
1
@ Trevor Ich habe nur gemeint, dass der zweite BJT nicht viel Nützliches hinzufügt. Nun gibt es einen Unterschied zwischen steigender und fallender Flanke. Aber ich bin mir fast sicher, dass das mit dem zusätzlichen BJT nicht verbessert wird. Ich müsste es allerdings noch einmal überprüfen.
Jonk
1
@ Trevor Übrigens ist die Art und Weise, wie der Schaltplan aufgebaut ist, schrecklich, um zu versuchen, ihn zu verstehen. Es ist auch eine schreckliche und völlig nutzlose Beschreibung über "Hunde, die Schwänze schlucken". Es ist fast so, als ob es absichtlich eher mystifizieren als klären sollte.
Jonk

Antworten:

15

Ich hasse es, hier eine Antwort hinzuzufügen, zumal das OP nicht einmal eine bidirektionale Operation benötigt. Aber die Schaltung ist schrecklich angelegt (um sie zu verstehen). Und die Beschreibung von Hunden und Schwänzen hilft nicht weiter , außer vielleicht Alchemisten, die versuchen, allegorische und mystifizierende Teile ihrer "Kunst" aufzuschreiben.

(Es gibt gemeinsame Begriffe, die im Laufe der Zeit entwickelt und in der Elektronik zur Kommunikation verwendet werden. Ein "Pulldown" könnte ein solches Beispiel sein. Sie haben jedoch den Test der Zeit überstanden und kommunizieren mit der allgemeinen Idee, an einem Knoten zu ziehen Dies ist nicht schwer zu kommunizieren, wenn jemand fragt und versucht, den Begriff zu lernen. Und es kann leicht angepasst werden, um beispielsweise über "härteres Ziehen" ohne Bedeutungsverlust zu diskutieren. Die Idee von schwach und stark wird häufig vertreten , wie es die Idee des Ziehens ist, und diese können leicht angewendet werden, sobald jemand die Ideen des Ohmschen Gesetzes, der Spannung, des Stroms und des Widerstands erworben hat.)

Eine Möglichkeit, einen BJT für die Pegelverschiebung zu verwenden, besteht darin, ihn in einem Common-Base-Modus zu verwenden. Verdrahten Sie einfach die Basis mit einer Schiene und "ziehen" Sie ihren Emitter nach unten. Sie können den Widerstand entweder an der Basis oder am Emitter platzieren. Sie müssen nur noch einen Klimmzug am Kollektor verwenden. Da wir hoffen, eine bidirektionale Verwendung zu erreichen, wird der Widerstand an der Basis platziert.

3V.5V. Logikeingang:

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab

In die andere Richtung zu gehen ist sehr verlockend, einen symmetrischen Ansatz zu verwenden:

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung

Das geht aber nicht Warum? Weil die Basis hat Verfügung und der Pull-up des Kollektors ist an eine niedrigere Spannung angeschlossen,5V.3V.5V.3V.3V.5V. .

Die Symmetrie schlägt fehl.

Es ist leicht zu beheben. Wir können einfach die Basisspannung wieder auf ändern3V.

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung

Und das funktioniert.

Angenommen, Sie möchten dies bidirektional machen. Könnten Sie einfach zwei dieser Schaltkreise verwenden, einen für jede Richtung?

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung

Und die Antwort lautet: Ja, das kannst du. Tatsächlich habe ich einfach die vom OP vorgestellte Hundefress-Schwanz-Schaltung reproduziert. Das ist gleich. Aber jetzt können Sie den Fortschritt sehen, der dazu geführt hat. Und es ist nicht mehr so ​​verwirrend wie irgendein seltsames, kreuzverdrahtetes Hundeschwanz-Ding. Es sind nur zwei individuell ausgearbeitete Schaltkreise, die zu einem größeren zusammengefasst sind.

β

Was wäre, wenn wir gerade zu unserer ersten Runde zurückkehren und nur diesen zusätzlichen Pull-up hinzufügen würden:

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung

Würde das funktionieren? Die Antwort ist ja, es wird in der Tat funktionieren. Die einzige verbleibende Frage könnte sein, in welche Richtung der Emitter zeigen soll. Und hier hängt eine gute Antwort "davon ab". Es gibt beispielsweise Probleme bei der Ladungsspeicherung, die berücksichtigt werden müssen. (Und dies ist ein Grund, warum es einen Unterschied im Verhalten für das Verhalten der steigenden Flanke gegenüber dem Verhalten der fallenden Flanke gibt, das in der Grafik vom OP dargestellt wird.) Die Antwort hängt davon ab, was Sie interessiert, da Überlegungen zur steigenden Flanke gegenüber fallenden Flanken und Keine bestimmte Antwort ist immer richtig. Für meine Zwecke hier werde ich vermeiden, dies weiter herauszuziehen, und stattdessen diese Frage als etwas zum Nachdenken belassen. Es ist genug, dass diese Schaltung funktioniert, unabhängig davon.


Hinweis : Der tatsächliche Wert der in den obigen Schaltungen verwendeten Widerstände soll nicht bedeuten, dass dies die einzigen richtigen Werte sind, die unter bestimmten Umständen verwendet werden können. In der Regel können digitale Ausgänge mehr als sinken1mA100μEIN . Diese Annahmen können jedoch in bestimmten Fällen falsch sein. Es ist jedoch nicht schwer, die Details anzupassen. Die Grundidee kann also immer noch zutreffen, wenn auch mit begründeten Änderungen der Widerstandswerte.


Es gibt jetzt weitere Schritte, die man unternehmen könnte. Und Trevor fand ein schönes Beispiel dafür, wohin man gehen könnte. Ich werde es hier einfügen, um dieses Ergebnis zu erfassen. Es lohnt sich zu haben. Interessenten können über das Warum und Warum nachdenken. Genießen Sie ohne weitere Erklärung von mir Trevors Hinzufügung unten:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Jonk
quelle
gute Arbeit .. hier ist eine andere Version der gleichen Sache, die zwei npns huckepack trägt, um es gleichmäßiger bidirektional zu machen. i.cmpnet.com/planetanalog/features/Maxim_Level/FigSB5.gif
Trevor_G
1
@ Trevor Schöner Fang. Fast möchte ich meiner Antwort noch eine Reihe von Absätzen und progressiven Diagrammen hinzufügen, um das Endergebnis zu erreichen (das es wert ist, aufgenommen zu werden). Aber meine Zeit dafür ist getan, denke ich. Ich denke, ich werde Ihr Angebot einfach ohne viel Kommentar in meine Antwort hochladen, nur um es zu erfassen. Vielen Dank!
Jonk
Interessanterweise ist das fast wieder da, wo wir angefangen haben. Verfolgen von Endtransistoren, aber mit gemeinsamer Basis.
Trevor_G
1
Du hast mich dazu inspiriert, meine eigene Antwort zu aktualisieren .. :)
Trevor_G
1
@jonk Ich habe mir buchstäblich Notizen zu dieser Antwort gemacht und die Schaltung aufgebaut. Es hat in beide Richtungen funktioniert !! Vielen Dank, Sirs, Sie rocken! :)
Mr.Sky
9

Dies ist ein emittergekoppelter Wandler, der als solcher keine Erdungsverbindung benötigt.

HINWEIS Die schematische Kennzeichnung ist etwas mehrdeutig. "3V System" und "5V System" sind die logischen Signale. + 5V und + 3V sind die logischen Versorgungsschienen.

Wenn Sie eine Seite nach unten ziehen, ziehen Sie den Emitter des gegenüberliegenden Transistors nach unten, wodurch er eingeschaltet wird und den gegenüberliegenden Ausgang nach unten zieht.

Die internen Klimmzüge behandeln die hohen Logikzustände.

Übrigens ist der Grundpunkt in diesem Schema impliziert. Es ist das, worauf sich + 3V und + 5V beziehen.

Inspiriert von Jonks Antwort habe ich den Schaltplan auf diese Weise neu gezeichnet, um ihn ein wenig "klarer" zu machen.

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab

In Wirklichkeit können jedoch R3 und R4 kombiniert werden, und die beiden Transistoren werden zu einem bidirektionalen Transistor.

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung

Das bringt dich so ziemlich an den gleichen Ort wie Jonks Antwort.

Trevor_G
quelle
Wo soll ich messen, um einen Spannungsausgang von 5 V zu erhalten?
Mr.Sky
5V-System und 3V-System sind die Logiksignale.
Trevor_G
1
@ Mr.Sky Dein Boden .. von dem ich annehme, dass er beiden Seiten gemeinsam ist.
Trevor_G
2
Es funktionierte !! Ich danke dir sehr! Es war ein Hardwareproblem. Die Spannung musste zwischen dem Ausgangsstift und Masse selbst gemessen werden!
Mr.Sky
1
@Trevor Einverstanden, diese Antwort zu akzeptieren. Jetzt, da er weiß, dass es nur eine Richtung ist, sollte er es mit früheren Antworten nachschlagen. Es wurde hier einige Male beantwortet (ein- oder zweimal von mir, ohne andere zu zählen). Es besteht also keine wirkliche Notwendigkeit für eine weitere Frage.
Jonk