Conversor de nível lógico usando transistores

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Estou tentando fazer um conversor de nível lógico usando o transistor BC547. Isso é para converter o nível de tensão do Rpi Gpio de 3,3 para 5V. Liguei o circuito de acordo com este diagrama: insira a descrição da imagem aqui

Eu fiz isso para converter 3.3V para 5V para aplicação PWM. Conectei o circuito ao GPIO no 17 e o ajustei alto

Perguntas :

1) por que não há terra no circuito?

2) Tentei medir a tensão na outra extremidade do terra, não mostra nada. Qual é o problema?

Obrigado.

Mr.Sky
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Por favor, esclareça # 2. Outra extremidade do que com respeito ao que e qual tensão é na outra outra extremidade .. Seja lá o que é .....
Trevor_G
@Trevor é um conversor bidirecional, portanto, conectei o gpio ao final do conversor de 3v e espero obter 5v no final do conversor de 5v quando o gpio estiver definido como alto. tensão em relação ao terra do rpi .. estou muito confuso com este !!
Mr.Sky
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@Trevor Nah. Não é tão ruim quanto você imagina, eu acho. Experimente com especiarias e veja o que você pensa. Sobre igualmente limpo (e feio) em qualquer direção.
jonk
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@ Trevor Tudo o que eu quis dizer é que o segundo BJT não adiciona muito que é útil. Agora, há uma diferença na margem ascendente vs descendente. Mas tenho quase certeza de que isso não melhorou com o BJT extra. Eu teria que checar, no entanto.
jonk
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@ Trevev A propósito, o modo como o esquema é apresentado é terrível para tentar entendê-lo. É também uma descrição terrível e completamente inútil sobre "cães engolindo caudas". É quase como se fosse intencionalmente destinado a mistificar, em vez de esclarecer.
18717

Respostas:

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Detesto adicionar uma resposta aqui, principalmente porque o OP nem precisa de operação bidirecional. Mas o circuito é definido terrivelmente (para entendê-lo.) E a descrição sobre cães e caudas não ajuda, exceto, talvez, alquimistas tentando escrever partes alegóricas e mistificantes de sua "arte".

(Existem termos compartilhados, desenvolvidos ao longo do tempo e usados ​​na eletrônica para ajudar na comunicação. Um "pull-down" pode ser um exemplo. Mas eles sobreviveram ao teste do tempo e se comunicam usando a ideia geral de puxar um nó , que não é difícil de se comunicar quando alguém pergunta e está tentando aprender o termo, e pode ser adaptado facilmente para discutir "se esforçar mais", por exemplo, sem perda de significado. A idéia de fraco e forte é comum , como é a ideia de puxar, e elas são facilmente aplicadas depois que alguém adquire as idéias da lei, tensão, corrente e resistência de Ohm.)

Uma maneira de usar um BJT para mudança de nível é usá-lo no modo de base comum. Basta conectar a base a um trilho e "puxar" o emissor. Você pode colocar o resistor na base ou no emissor. Tudo o que resta a fazer é usar um pull-up no coletor. Dado que esperamos obter uso bidirecional, o resistor será colocado na base.

Aqui está um exemplo ao passar de um 3V saída lógica para um 5V entrada lógica:

esquemático

simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab

Indo na outra direção, é muito tentador usar uma abordagem simétrica:

esquemático

simule este circuito

Mas isso não funciona. Por quê? Porque a base tem5V disponível e o pull-up do coletor está ligado a uma tensão mais baixa, 3V. Isso significa que o diodo do coletor de base (não é mais comumente mostrado no símbolo, embora já tenha sido quando os BJTs foram feitos de forma mais simétrica) pode ser (e será) polarizado para a frente. Então, quando o BJT deve ser desligado , na verdade não é. Em vez disso, há um diodo polarizado para frente capturado entre5V e 3Vcom dois resistores para limitar a corrente. Portanto, a saída terá algum valor intermediário acima3V mas também não é bem assim 5V.

A simetria falha.

É fácil de consertar. Podemos apenas mudar a voltagem básica para3V:

esquemático

simule este circuito

E isso funciona.

Suponha que você queira fazer isso de forma bidirecional. Você poderia usar apenas dois desses circuitos, um para cada direção?

esquemático

simule este circuito

E a resposta é: sim, você pode. De fato, o que eu fiz foi simplesmente reproduzir o circuito de cauda de cachorro que o OP apresentou. É a mesma coisa. Mas agora você pode ver a progressão que levou a isso. E não é mais tão confuso quanto alguma coisa estranha e rabo de cachorro com fios cruzados. São apenas dois circuitos individualmente elaborados, reunidos em um maior.

Mas você se lembra do problema anterior com o circuito errado ? O fato de haver um diodo coletor de base furtivo que causou o funcionamento incorreto do circuito? Esse fato deve nos lembrar que todos os BJTs também podem ser operados no modo ativo reverso. Isso, especialmente com os projetos modernos e assimétricos de seus coletores e emissores, significa que oβem um modo será diferente do outro (entre outras diferenças). Mas isso não significa que eles não funcionem.

E daí se voltássemos ao nosso primeiro circuito e apenas adicionássemos esse pull-up:

esquemático

simule este circuito

Isso funcionaria? A resposta é sim, realmente funcionará. A única questão restante pode ser sobre qual direção apontar o emissor. E é aqui que uma boa resposta "depende". Há problemas de armazenamento de cobrança a serem considerados, por exemplo. (E essa é uma razão pela qual há uma diferença de comportamento entre o comportamento da aresta ascendente e o aresta descendente mostrada no gráfico pelo OP.) nenhuma resposta em particular está sempre certa. Para meus propósitos aqui, evitarei prolongar isso e deixar essa pergunta como algo a refletir. Basta que este circuito funcione, independentemente.


Nota : O valor real dos resistores usados ​​nos circuitos acima não significa que esses são os únicos valores corretos a serem usados ​​em alguma circunstância específica. Normalmente, as saídas digitais podem afundar mais do que1mA da corrente do inversor e, normalmente, as entradas digitais diminuirão significativamente menos do que 100μA. Mas essas suposições podem estar erradas para casos específicos. Não é difícil ajustar os detalhes, no entanto. Portanto, a idéia básica ainda pode ser aplicada, embora com alterações fundamentadas nos valores do resistor.


Existem mais etapas que você pode seguir agora. E Trevor encontrou um bom exemplo de onde alguém poderia ir. Vou incluí-lo aqui para capturar esse resultado. Vale a pena ter. Os interessados ​​podem considerar os porquês e os motivos. Sem mais explicações minhas, aproveite a adição de Trevor abaixo:

insira a descrição da imagem aqui

jonk
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bom trabalho .. aqui está outra versão da mesma coisa que adiciona dois npns para torná-lo mais uniformemente bidirecional. i.cmpnet.com/planetanalog/features/Maxim_Level/FigSB5.gif
Trevor_G
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@ Trevev captura agradável. Quase me dá vontade de adicionar outro monte de parágrafos e diagramas progressivos à minha resposta para alcançar esse resultado final (que vale a pena incluir.) Mas acho que meu tempo para isso está feito. Então, acho que vou simplesmente enviar sua oferta para a minha resposta, sem muito comentário, apenas para capturá-la. Obrigado!
18717
Curiosamente, isso quase voltou ao ponto em que começamos. Persistindo transistores de cauda, ​​mas com base comum.
Trevor_G
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Você me inspirou a atualizar a minha própria resposta .. :)
Trevor_G
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@ Jonk Eu literalmente tomei notas sobre esta resposta e construí o circuito, funcionou nos dois sentidos !! Obrigado, senhores, você é demais !! :)
Mr.Sky
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Este é um conversor acoplado ao emissor e, como tal, não precisa de conexão à terra.

NOTA A rotulagem esquemática é um pouco ambígua. "Sistema 3V" e "Sistema 5v" são os sinais lógicos. + 5V e + 3V são os trilhos de alimentação lógicos.

Quando você puxa um dos lados para baixo, puxa para baixo o emissor do transistor oposto, que o liga, puxando a saída oposta para baixo.

As pull-ups internas lidam com os altos estados lógicos.

A propósito, o ponto de referência está IMPLÍCITA nesse esquema. É o que quer que seja mencionado + 3V e + 5V.

Inspirado pela resposta de Jonk, refiz o esquema desta maneira para torná-lo um pouco "mais claro".

esquemático

simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab

Mas, na realidade, R3 e R4 podem ser combinados, e os dois transistores se tornam um transistor bidirecional.

esquemático

simule este circuito

O que praticamente o leva ao mesmo lugar que a resposta de Jonk.

Trevor_G
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Onde devo medir para obter 5V de tensão?
precisa saber é o seguinte
Sistema de 5v e sistema de 3V são os sinais lógicos.
Trevor_G
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@ Mr.Sky Seu terreno .. que eu assumo é comum a ambos os lados.
Trevor_G
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Funcionou !! Muito obrigado! foi um problema de hardware. A tensão precisava ser medida entre o pino de saída e o próprio terra!
Mr.Sky
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@Trevor Concordou em aceitar esta resposta. Agora que ele sabe que é apenas uma direção, ele deve procurar respostas anteriores. Já foi respondido aqui várias vezes (por mim uma ou duas vezes, sem contar as outras). Portanto, não há necessidade real de outra pergunta sobre isso.
jonk