Konverter tingkat logika menggunakan Transistor

Saya mencoba membuat konverter level logika menggunakan transistor BC547. Ini untuk mengubah level Tegangan Rpi Gpio dari 3,3 menjadi 5V. Saya telah menghubungkan rangkaian kabel dengan diagram ini:

Saya telah melakukan ini untuk mengkonversi 3.3V ke 5V untuk aplikasi PWM. Saya telah menghubungkan sirkuit ke GPIO no 17 dan mengaturnya tinggi

Pertanyaan :

1) mengapa tidak ada ground di sirkuit?

2) Saya mencoba untuk mengukur tegangan di tanah ujung lain wrt, tidak menunjukkan apa-apa. Apa masalahnya?

Terima kasih.

Saya benci menambahkan jawaban di sini, terutama karena OP bahkan tidak perlu operasi dua arah. Tetapi sirkuit itu ditata dengan sangat buruk (untuk memahaminya.) Dan deskripsi tentang anjing dan ekor tidak membantu, kecuali mungkin para alkemis mencoba untuk menuliskan potongan-potongan "seni" alegoris dan membingungkan mereka.

(Ada istilah bersama, dikembangkan dari waktu ke waktu dan digunakan dalam elektronik untuk membantu berkomunikasi. "Penarikan ke bawah" mungkin menjadi contoh seperti itu. Tetapi mereka telah bertahan dalam ujian waktu dan mereka berkomunikasi menggunakan ide umum untuk menarik suatu simpul , yang tidak sulit untuk dikomunikasikan ketika seseorang bertanya dan sedang mencoba mempelajari istilah tersebut. Dan dapat dengan mudah diadaptasi untuk membahas "menarik lebih keras", misalnya, tanpa kehilangan makna. Gagasan yang lemah dan kuat umumnya dimiliki , seperti gagasan menarik, dan ini mudah diterapkan begitu seseorang telah memperoleh gagasan tentang hukum, voltase, arus, dan hambatan Ohm.)

Salah satu cara untuk menggunakan BJT untuk pengalihan level adalah menggunakannya dalam mode common-base. Hanya kawat alas ke rel dan "tarik ke bawah" pada emitornya. Anda dapat menempatkan resistor baik di pangkalan atau di emitor. Yang tersisa untuk dilakukan adalah menggunakan pull-up pada kolektor. Mengingat bahwa kami berharap untuk mencapai penggunaan dua arah, resistor akan ditempatkan di pangkalan.

Berikut ini contoh ketika beralih dari $3\:\textrm{V}$ keluaran logika menuju a $5\:\textrm{V}$ input logika:

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Pergi ke arah lain itu sangat menggoda untuk menggunakan pendekatan simetris:

^{mensimulasikan rangkaian ini}

Tapi itu tidak berhasil. Mengapa? Karena pangkalan telah$5\:\textrm{V}$ tersedia untuk itu dan tarik-up kolektor terhubung ke tegangan yang lebih rendah, $3\:\textrm{V}$. Ini berarti bahwa dioda basis-kolektor (tidak lagi umum ditampilkan pada simbol, meskipun dulu ketika BJT itu sendiri dibuat lebih simetris) dapat (dan akan) bias maju. Jadi ketika BJT seharusnya berubah off , sebenarnya tidak. Sebaliknya, ada bias dioda maju yang terjebak di antara keduanya$5\:\textrm{V}$ dan $3\:\textrm{V}$dengan dua resistor untuk membatasi arus. Jadi output akan berada pada nilai menengah di atas$3\:\textrm{V}$ tetapi juga tidak cukup $5\:\textrm{V}$.

Simetri gagal.

Mudah diperbaiki. Kami hanya dapat mengubah tegangan basis kembali ke$3\:\textrm{V}$:

^{mensimulasikan rangkaian ini}

Dan itu berhasil.

Misalkan Anda ingin membuat bidrectional ini. Bisakah Anda menggunakan dua sirkuit ini, satu untuk setiap arah?

^{mensimulasikan rangkaian ini}

Dan jawabannya adalah, ya, Anda bisa. Sebenarnya, apa yang saya lakukan hanyalah mereproduksi sirkuit ekor pemakan anjing yang disajikan OP. Itu adalah hal yang sama. Tapi sekarang Anda bisa melihat perkembangan yang mengarah ke sana. Dan itu tidak membingungkan seperti beberapa hal aneh, anjing ekor lagi. Hanya saja, dua sirkuit yang dikerjakan secara individu disatukan menjadi satu yang lebih besar.

Tapi apakah Anda ingat masalah sebelumnya dengan sirkuit yang salah ? Fakta bahwa ada dioda basis-kolektor licik yang menyebabkan rangkaian beroperasi secara tidak benar? Fakta ini harus mengingatkan kita bahwa semua BJT juga dapat dioperasikan dalam mode reverse-aktif. Melakukannya, terutama dengan desain asimetris modern untuk kolektor dan emitor mereka, berarti bahwa$\beta$dalam satu mode akan berbeda dari yang lain (di antara beberapa perbedaan lainnya.) Tapi itu tidak berarti mereka tidak berfungsi.

Jadi bagaimana jika kita baru saja kembali ke sirkuit pertama kita dan hanya menambahkan pull-up ekstra itu:

^{mensimulasikan rangkaian ini}

Apakah ini akan berhasil? Jawabannya adalah ya, itu memang akan berhasil. Satu-satunya pertanyaan yang tersisa mungkin tentang cara mana untuk mengarahkan emitor. Dan di sinilah jawaban yang baik "tergantung." Ada masalah penyimpanan biaya untuk dipertimbangkan, misalnya. (Dan ini adalah alasan mengapa ada perbedaan dalam perilaku untuk sisi naik vs perilaku tepi menurun yang ditunjukkan dalam grafik oleh OP.) Jawabannya akan tergantung pada apa yang Anda pedulikan karena akan ada pertimbangan sisi naik vs tepi jatuh dan tidak ada satu jawaban khusus yang selalu benar. Untuk tujuan saya di sini, saya akan menghindari menyeret ini lebih jauh dan sebagai gantinya meninggalkan pertanyaan itu sebagai sesuatu untuk direnungkan. Sudah cukup bahwa sirkuit ini berfungsi, terlepas dari itu.

Catatan : Nilai aktual dari resistor yang digunakan di sirkuit di atas tidak dimaksudkan untuk menyatakan bahwa ini adalah satu-satunya nilai yang tepat untuk digunakan dalam keadaan tertentu. Biasanya, output digital dapat tenggelam lebih dari$1\:\textrm{mA}$ arus drive dan, biasanya, input digital akan tenggelam secara signifikan kurang dari $100\:\mu\textrm{A}$. Tetapi asumsi ini mungkin salah untuk kasus tertentu. Tidak sulit untuk menyesuaikan detailnya. Jadi ide dasar mungkin masih berlaku, meskipun dengan perubahan nilai resistor yang beralasan.

Ada lebih banyak langkah yang mungkin diambil, sekarang. Dan Trevor menemukan contoh yang bagus tentang ke mana orang akan pergi. Saya akan memasukkannya di sini untuk menangkap hasil itu. Itu berharga. Mereka yang tertarik dapat mempertimbangkan mengapa dan dimana. Tanpa penjelasan lebih lanjut dari saya, nikmati penambahan Trevor di bawah ini:

Ini adalah emitor coupled converter dan karena itu tidak memerlukan koneksi ground.

CATATAN Pelabelan skematis sedikit ambigu. "3V System" dan "5v System" adalah sinyal logika. + 5V dan + 3V adalah rel pasokan logika.

Ketika Anda menarik kedua sisi rendah Anda menarik emitor dari transistor yang berlawanan yang membuatnya menarik output yang berlawanan rendah.

Tarik internal menangani status logika tinggi.

Omong-omong, titik dasar DITERAPKAN pada skema itu. Ini adalah + 3V dan + 5V yang dirujuk.

Terinspirasi oleh jawaban Jonk, saya mengubah skema dengan cara ini untuk membuatnya sedikit "lebih jelas".

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Tetapi, pada kenyataannya R3 dan R4 dapat digabungkan, dan dua transistor menjadi transistor dua arah.

^{mensimulasikan rangkaian ini}

Yang cukup banyak membuat Anda ke tempat yang sama dengan jawaban Jonk.