使用晶体管的逻辑电平转换器
我讨厌在这里添加答案,特别是因为 OP 甚至不需要双向操作。但是电路的布局非常糟糕(为了理解它。)关于狗和尾巴的描述也无济于事,除了炼金术士试图写下他们“艺术”的寓言和神秘部分。
(有一些共同的术语,随着时间的推移而发展起来,并在电子设备中用于帮助沟通。“下拉”可能就是这样一个例子。但它们经受住了时间的考验,并且确实使用拉节点的一般概念进行通信,当有人问并试图学习这个词时,这并不难沟通。并且可以很容易地适应讨论“用力拉”,例如,而不会失去意义。弱和强的概念是普遍持有的,就像拉的概念一样,一旦有人掌握了欧姆定律、电压、电流和电阻的概念,这些概念就很容易应用。)
使用 BJT 进行电平转换的一种方法是在共基极模式下使用它。只需将底座连接到导轨并“下拉”其发射器即可。您可以将电阻器放置在基极或发射极处。剩下要做的就是在收集器上使用上拉。鉴于我们希望实现双向使用,电阻将放置在底部。
这是从 \$3\:\textrm{V}\$ 逻辑输出到 \$5\:\textrm{V}\$ 逻辑输入的示例:
在另一个方向上,使用对称方法非常诱人:
但这不起作用。为什么?因为基极有 \$5\:\textrm{V}\$ 可用,并且集电极的上拉电阻连接到较低的电压,\$3\:\textrm{V}\$。这意味着基极-集电极二极管(符号上不再常见,尽管它曾经是 BJT 本身更对称的时候)可以(并且将会)正向偏置。所以当 BJT 应该被关闭时,它实际上不是。取而代之的是,在 \$5\:\textrm{V}\$ 和 \$3\:\textrm{V}\$ 之间夹有一个正向偏置二极管,并带有两个电阻来限制电流。所以输出将在 \$3\:\textrm{V}\$ 之上的某个中等值,但也不完全是 \$5\:\textrm{V}\$。
对称性失败。
这很容易修复。我们可以将基极电压改回 \$3\:\textrm{V}\$:
那行得通。
假设你想使这个双向。你能用两个这样的电路,每个方向一个吗?
答案是,是的,你可以。事实上,我所做的只是简单地重现了 OP 呈现的那种吃狗尾巴的电路。这是同一件事。但现在你可以看到导致它的进展。而且它不再像一些奇怪的交叉线狗尾一样令人困惑。它只是将两个单独设计的电路组合成一个更大的电路。
但是你还记得之前电路错误的问题吗?是否存在偷偷摸摸的基极集电极二极管导致电路运行不正确?这一事实应该提醒我们,所有 BJT 也可以在反向激活模式下运行。这样做,尤其是对于集电极和发射器的现代不对称设计,意味着一种模式中的 \$\beta\$ 将不同于另一种模式(以及其他一些差异。)但这并不意味着它们不起作用.
那么如果我们刚刚回到我们的第一个电路并仅仅添加额外的上拉电阻呢:
这行得通吗?答案是肯定的,它确实会起作用。剩下的唯一问题可能是指向发射器的方式。这就是一个好的答案“取决于”的地方。例如,需要考虑电荷存储问题。(这就是为什么 OP 在图中显示的上升沿与下降沿行为存在差异的原因。)答案将取决于您关心的内容,因为会有上升沿与下降沿的考虑因素和没有一个特定的答案总是正确的。出于我的目的,我将避免进一步拖延这个问题,而是将这个问题留作思考。无论如何,这个电路工作就足够了。
注意:上述电路中使用的电阻器的实际值并不意味着这些是在某些特定情况下使用的唯一正确值。通常,数字输出可以吸收超过 \$1\:\textrm{mA}\$ 的驱动电流,并且通常,数字输入的吸收量将大大低于 \$100\:\mu\textrm{A}\$。但对于特定情况,这些假设可能是错误的。不过,调整细节并不难。因此,基本思想可能仍然适用,尽管电阻值发生了合理的变化。
现在,人们可能会采取更多步骤。特雷弗找到了一个很好的例子,说明人们可能会去哪里。我将在此处包含它以捕获该结果。值得拥有。有兴趣的可以考虑一下原因。无需我进一步解释,请享受 Trevor 在下面的补充:
这是一个发射极耦合转换器,因此不需要接地连接。
注意示意图标签有点模棱两可。“3V System”和“5v System”是逻辑信号。+5V 和 +3V 是逻辑电源轨。
当您将任一侧拉低时,您会拉低对面晶体管的发射极,从而将其打开,将相反的输出拉低。
内部上拉电阻处理高逻辑状态。
顺便说一句,该原理图上隐含了接地点。它是参考 +3V 和 +5V 的任何值。
受 Jonk 回答的启发,我以这种方式重新绘制了原理图,使其更“清晰”。
但是,实际上R3和R4可以组合在一起,两个晶体管就变成了一个双向晶体管。
这几乎使您与 Jonk 的答案相同。