单晶体管电平上移器

电器工程 电平转换 逻辑级 水平转换
2022-01-07 20:06:35

我需要一个用于 3.3V -> 5V 转换的简单单向电平转换器。

互联网上有很多选择,有些使用逻辑 ic,有些使用 2 个 NPN 晶体管(转换器和逆变器),但我从未找到仅使用单个晶体管(和 2 个电阻器)的选项。

我的理解是,当输入为 3.3V 时,晶体管阻塞,R2 拉高输出;而当输入为0V时,晶体管正在通过并将输出下拉至晶体管VCE(sat)。

单向电平上移器

那么,为什么这样的转换器不起作用呢?一定是有原因的...

2个回答

问题中的单 BJT 电平转换器可以工作:如果 5 伏侧设备的输入阻抗显着高于问题中所示的 6.8 k,则将接收到预期的~0.3 至 ~5 伏信号(取以2n2222为例)。

然而,对于较低阻抗的输入,输入将作为 6.8 k 电阻的分压器,显着衰减信号的高电平部分。

例如,如果 5 伏侧负载的输入阻抗为 100 k,则信号将在 4.6-4.7 伏左右达到峰值。还不算太糟糕。

再低,水平就会有问题。这时需要一种替代方案,例如问题中提到的双晶体管设置,以更有效地驱动输出轨。

我喜欢你的解决方案。由于问题是关于简单的解决方案,我有一些替代方案(Microchip HERE提供的一些解决方案):

1) 直接连接:如果您的 3.3V 逻辑的 Voh(高电平输出电压)大于 Vih(高电平输入电压),您只需要直接连接即可。(本方案还要求3.3V输出的Vol(低电平输出电压)小于5V输入的Vil(低电平输入电压))。

2)如果以上条件比较接近,通常可以通过上拉电阻将高电平输出电压略微提升(至3.3V)并直接连接信号。

3) 上拉电阻可以提供少量的高电平电压升高。更多信息,您可以使用二极管和上拉至 5V。所示电路不会上拉清除至 5V,但它会将高电平输入电压增加到 5V 逻辑一个二极管电压降的量(约 0.7v)。使用这种方法必须小心,您仍然有一个有效的低电平,因为它也由一个二极管压降升高。肖特基二极管可用于轻微增加高电平电压,同时最大限度地减少不希望的低电平电压增加。有关此电路的更多信息,请参阅上述应用说明:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

4)如果您可以处理逻辑反转(并且不需要有源上拉),则可以使用 mosfet 和上拉电阻:

示意图

模拟这个电路

5)我知道您不是在寻找逻辑 ic 解决方案,但为了完整起见,我会提到一个(可能很多)。MC74VHC1GT125是采用 SOT23-5 或 SOT-353 封装的“具有LSTTL−兼容输入的同相缓冲器/CMOS 逻辑电平转换器”。小简单又便宜。


显然,前几天也讨论了这个主题:将数字 I/O 的 3.3V 提升到 5V,尽管解决方案不正确(感谢 Dave Tweed)。

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