Décalage de niveau à transistor unique

20

J'ai besoin d'un sélecteur de niveau directionnel simple et unique pour une conversion de 3,3 V à> 5 V.

Il existe de nombreuses options sur Internet, certaines utilisant un circuit logique et d'autres utilisant 2 transistors NPN (convertisseur et onduleur), mais je n'ai jamais trouvé d'option utilisant uniquement un seul transistor (et 2 résistances).

Ma compréhension est que lorsque l'entrée est à 3,3 V, le transistor se bloque et R2 tire la sortie vers le haut; tandis que lorsque l'entrée est à 0 V, le transistor passe et tire la sortie vers le transistor VCE (sat).

sélecteur de niveau directionnel unique

Alors, pourquoi un tel convertisseur ne fonctionnerait-il pas? Il doit y avoir une raison...

Nicolas D
la source
6
@medivh Cela donnerait Vce (sat) comme tension de sortie à l'entrée 0 Volts - et pour de nombreux petits transistors de signal, Vce (sat) est bien plus petit que la chute de diode, par exemple 0,3 Volts maximum pour le 2n2222 .
Anindo Ghosh du
4
Ug. Vous devriez dessiner vos schémas de manière plus judicieuse, surtout si vous demandez aux autres de les regarder. Ce que vous avez est un circuit simple, mais j'ai dû incliner la tête et y penser pour réaliser ce qu'il fait réellement. Avec une mise en page appropriée qui aurait été immédiatement évidente et pourrait vous aider à voir ce qui se passe vraiment dans le circuit aussi. (Pour plus d'informations, voir electronics.stackexchange.com/a/28255/4512 .)
Olin Lathrop
12
Le schéma me semble assez clair ..
pericynthion
5
Le schéma me semble également assez bon. Olin peut être un peu difficile. Il manque un point de jonction au bas de R2, et l'indicateur Q1 devrait être à côté du transistor. En outre, un numéro de pièce pour le transistor doit être affiché (par exemple 2N2222). Il a l'entrée à gauche et la sortie à droite, ce qui est correct.
tcrosley
4
En outre, vous avez à peu près redécouvert le brevet américain 3283180 , des années 1960.
Fizz

Réponses:

18

Le sélecteur de niveau à un seul BJT dans la question fonctionnerait: si l'impédance d'entrée de l'appareil du côté 5 Volt est significativement plus élevée que les 6,8 k montrés dans la question, le signal ~ 0,3 à ~ 5 Volt attendu serait reçu (en prenant un 2n2222 comme exemple ).

Cependant, pour les entrées à impédance inférieure, l'entrée agirait comme un diviseur de tension avec la résistance de 6,8 k, atténuant considérablement la partie haute du signal.

Par exemple, si l'impédance d'entrée de la charge du côté 5 Volts était, disons, de 100 k, le signal atteindrait environ 4,6-4,7 Volts. Toujours pas trop mal.

Plus bas, et le niveau devient problématique. C'est à ce moment-là qu'il faut une alternative, comme une configuration à deux transistors mentionnée dans la question, pour entraîner plus dur le rail de sortie.

Anindo Ghosh
la source
3
Tant que le pilote 3,3 V peut descendre, par exemple 4 mA, la résistance de sortie du décalage de niveau peut être réduite à 1 200 ohms. Dans ces conditions, la résistance de base pourrait être portée à 6800 ohms, ce qui donne encore beaucoup de commande (0,4 mA) pour saturer le transistor. Le courant total descendu par le pilote 3,3 V serait de 4,3 mA.
Dave Tweed
2
Je n'y ai pas pensé, car dans mon cas, je m'attends à ce que l'impédance d'entrée côté 5V soit beaucoup de MΩ. Mais cela explique totalement pourquoi les gens choisissent la route 2-NPN! Merci ...
Nicolas D
8

J'aime ta solution. Puisque la question porte sur des solutions simples, j'ai quelques alternatives (certaines solutions fournies par Microchip ICI ):

1) Connexion directe: si Voh (tension de sortie de haut niveau) de votre logique 3,3 V est supérieure à Vih (tension d'entrée de haut niveau), tout ce dont vous avez besoin est une connexion directe. (il est également nécessaire pour cette solution que le Vol (tension de sortie de bas niveau) de la sortie 3,3 V soit inférieur au Vil (tension d'entrée de bas niveau) de l'entrée 5V).

2) Si les conditions ci-dessus sont proches, vous pouvez souvent augmenter légèrement la tension de sortie de haut niveau avec une résistance de rappel (à 3,3 V) et connecter directement les signaux.

3) La résistance de rappel peut fournir une petite augmentation de tension de haut niveau. Pour plus, vous pouvez utiliser des diodes et tirer jusqu'à 5V. Le circuit illustré ne ressortira pas clairement à 5 V, mais il augmentera la tension d'entrée de haut niveau vers la logique 5 V de la quantité d'une chute de tension de diode (environ 0,7 V). Il faut faire attention avec cette méthode que vous avez toujours un bas niveau valide car il est également élevé par une chute de diode. Les diodes Schottky peuvent être utilisées pour une légère augmentation de la tension de haut niveau tout en minimisant l'augmentation indésirable de la tension de bas niveau. Reportez-vous à la note d'application mentionnée ci-dessus pour en savoir plus sur ce circuit .:

schématique

simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab

4) Si vous pouvez gérer une inversion logique (et ne nécessite pas de pull-up actif), un mosfet et une résistance de pull-up peuvent être utilisés:

schématique

simuler ce circuit

5) Je sais que vous ne recherchez pas une solution logique, mais pour être complet, j'en mentionnerai une (parmi beaucoup d'autres). Le MC74VHC1GT125 est un "Décaleur de niveau logique non inverseur de tampon / CMOS avec entrées compatibles LSTTL" dans un boîtier SOT23-5 ou SOT-353. Petit simple et pas cher.


Apparemment, ce sujet a également été discuté l'autre jour: passer de 3,3 V à 5 V pour les E / S numériques, bien que la solution y soit incorrecte (merci Dave Tweed).

Tut
la source
Oui, mais ils se sont trompés dans cette autre question.
Dave Tweed
Ça me paraissait un peu suspect ... Je vais modifier pour le mentionner.
Tut
J'aime cette 3ème solution, mais je pense qu'elle est soumise à la même limitation d'impédance d'entrée que mes schémas originaux ... non?
Nicolas D
1
Pas exactement. Votre circuit de 3,3 V doit absorber à la fois le courant du collecteur et le courant de base (suffisant pour saturer Q1), mais devrait alors fournir un Vol inférieur à la logique 5 V. Le circuit de diode n'a besoin que de suffisamment de courant pour la logique 5V (et la résistance de rappel ajoutée) qui peut être assez faible dans le cas du CMOS (par exemple), mais aura un Vol plus élevé en raison de la chute de la diode. Consultez les fiches techniques pour déterminer celle qui fonctionne le mieux. Si vous disposez de marges suffisantes, ne négligez pas la connexion directe qui est assez courante.
Tut
1
Ne faut-il pas dire quelque chose au sujet des heures de commutation? Avec une charge de 10 pF, la constante de temps est de 100 ns pour l'une des transitions du dernier circuit.
Peter Mortensen