Преобразователь логического уровня с использованием транзисторов

Я пытаюсь сделать преобразователь логического уровня, используя транзистор BC547. Это преобразовать уровень напряжения Rpi Gpio от 3,3 до 5В. Я подключил схему согласно этой схеме:

Я сделал это, чтобы преобразовать 3,3 В в 5 В для ШИМ-приложения. Я подключил схему к GPIO № 17 и установил высокий уровень

Вопросы :

1) почему в цепи нет заземления?

2) Я пытался измерить напряжение на другом конце относительно земли, ничего не показывает. В чем проблема?

Спасибо.

Я ненавижу добавлять ответ здесь, тем более что OP даже не нуждается в двунаправленной операции. Но схема выложена ужасно (для понимания этого). И описание о собаках и хвостах не помогает, за исключением, возможно, алхимиков, пытающихся записать аллегорические и загадочные кусочки их «искусства».

(Существуют общие термины, разработанные с течением времени и используемые в электронике для помощи в общении. Подобным примером может служить «раскрытие». Но они выдержали испытание временем и общаются, используя общую идею тянуть за узел , с которым не сложно общаться, когда кто-то спрашивает и пытается выучить этот термин. И его можно легко адаптировать для обсуждения «растягивания», например, без потери смысла. Идея слабого и сильного обычно поддерживается , как и идея тяги, и они легко применяются, когда кто-то приобрел идеи закона Ома, напряжения, тока и сопротивления.)

Один из способов использовать BJT для сдвига уровня - это использовать его в режиме общей базы. Просто подключите основание к рейке и «потяните» вниз ее излучатель. Вы можете разместить резистор либо на базе, либо на эмиттере. Все, что осталось сделать, это использовать подтягивание на коллекторе. Учитывая, что мы надеемся добиться двунаправленного использования, резистор будет размещен у основания.

Ниже приведен пример при переходе от , логического выхода в стороне , логического входа:$3\:\textrm{V}$$5\:\textrm{V}$

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

В другом направлении очень заманчиво использовать симметричный подход:

^{смоделировать эту схему}

Но это не работает. Почему? Поскольку для базы доступно коллектора подключена к более низкому напряжению, . Это означает, что диод базового коллектора (больше не показанный на символе, хотя это было когда-то, когда сами BJT были сделаны более симметрично) может быть (и будет) смещен вперед. Поэтому, когда BJT должен быть выключен , на самом деле это не так. Вместо этого имеется прямой смещенный диод между и с двумя резисторами для ограничения тока. Таким образом, вывод будет иметь некоторое среднее значение выше но также не совсем .$5\:\textrm{V}$$3\:\textrm{V}$$5\:\textrm{V}$$3\:\textrm{V}$$3\:\textrm{V}$$5\:\textrm{V}$

Симметрия нарушается.

Это легко исправить. Мы можем просто изменить базовое напряжение обратно на :$3\:\textrm{V}$

^{смоделировать эту схему}

И это работает.

Предположим, вы хотите сделать это двунаправленным. Не могли бы вы просто использовать две из этих цепей, по одной для каждого направления?

^{смоделировать эту схему}

И ответ, да, вы можете. Фактически, то, что я сделал, просто воспроизвело ту схему собачьего хвоста, которую представил ОП. Это то же самое. Но теперь вы можете видеть прогресс, который привел к этому. И это уже не так запутанно, как какая-то странная перекрещенная собачья куртка. Это просто две индивидуально разработанные схемы, собранные в одну большую.

Но помните ли вы ранее проблему с неправильной схемой? Тот факт, что есть подлый диод коллектор базы, который вызвал цепь работать неправильно? Этот факт должен напомнить нам, что все BJT также могут работать в реверсивно-активном режиме. Это, особенно при использовании современных асимметричных конструкций для их коллекторов и излучателей, означает, что в одном режиме будет отличаться от другого (среди некоторых других отличий). Но это не значит, что они не работают.$\beta$

Так что, если мы просто вернемся к нашему первому кругу и просто добавим это дополнительное подтягивание:

^{смоделировать эту схему}

Будет ли это работать? Ответ - да, это действительно сработает. Единственным оставшимся вопросом может быть вопрос о том, каким образом указывать излучатель. И вот тут хороший ответ «зависит». Например, существуют проблемы с хранением заряда. (И это причина того, почему существует различие в поведении нарастающего фронта и спадающего фронта, показанного на графике OP.) Ответ будет зависеть от того, что вас волнует, так как будут учитываться нарастающий фронт против спадающего фронта и ни один конкретный ответ не всегда прав. Для моих целей здесь я собираюсь избегать растягивания этого вопроса и вместо этого оставлю этот вопрос для размышлений. Достаточно того, что эта схема работает независимо.

Примечание . Фактическое значение резисторов, используемых в вышеупомянутых цепях, не означает, что это единственные правильные значения, которые следует использовать в определенных обстоятельствах. Как правило, цифровые выходы могут более тока привода, и, как правило, цифровые входы значительно меньше, чем . Но эти предположения могут быть неверными для конкретных случаев. Это не сложно настроить детали, хотя. Таким образом, основная идея может все еще применяться, хотя с обоснованными изменениями значений резистора.$1\:\textrm{mA}$$100\:\mu\textrm{A}$

Есть еще несколько шагов, которые можно сделать сейчас. И Тревор нашел хороший пример того, куда можно направиться. Я собираюсь включить это здесь, чтобы захватить тот результат. Это стоит иметь. Желающие могут рассмотреть, почему и почему. Без дальнейшего объяснения от меня, наслаждайтесь дополнением Тревора ниже:

Это преобразователь с эмиттерной связью, поэтому он не требует заземления.

ПРИМЕЧАНИЕ. Схематическая маркировка немного неоднозначна. «Система 3В» и «Система 5В» являются логическими сигналами. + 5В и + 3В - рельсы питания логики.

Когда вы вытягиваете обе стороны на низкий уровень, вы опускаете эмиттер противоположного транзистора, который включает его, подтягивая противоположный выходной сигнал на низкий уровень.

Внутренние подтягивания обрабатывают высокие логические состояния.

Кстати, точка отсчета подразумевается на этой схеме. Это то, на что ссылаются + 3В и + 5В.

Вдохновленный ответом Джонка, я перерисовал схему таким образом, чтобы она стала немного «понятнее».

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Но в действительности R3 и R4 могут быть объединены, и два транзистора становятся двунаправленным транзистором.

^{смоделировать эту схему}

Что в значительной степени приводит вас в то же место, что и ответ Джонка.