¿Por qué se usan a menudo dos transistores en lugar de uno?

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Muchos diseños de circuitos que veo con transistores usan dos transistores encadenados juntos en lugar de solo usar un transistor. Caso en punto:

Amplificador de señal 3.3V -> 5V

Este circuito está diseñado para permitir que un dispositivo con un UART de 3.3V se comunique con un microcontrolador de 5V.

Entiendo que cuando Q2 está apagado, TX_TTL será alto, y cuando Q2 esté encendido, TX_TTL será bajo. Mi pregunta es, ¿por qué no ejecutar UART_TXD directamente en la base de Q2 en lugar de usar Q1 para controlar el voltaje base de Q2?

transistors uart npn

— Nate
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El uso de un transistor invertiría la señal. Dos transistores lo invierten nuevamente.

— pjc50

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no se necesita doble transistor si se usa PNP, ya que el cambio de nivel lógico no ocurre

— Lesto

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Lo que tienes es básicamente un amplificador de dos etapas: dos amplificadores consecutivos. En dicha configuración de circuito, la ganancia de ambos amplificadores se multiplica. Como cada etapa tiene ganancia negativa en su ejemplo, la ganancia general es positiva nuevamente.

Entonces, digamos que Q1 y R2 tienen una ganancia de voltaje de -10 y Q2 junto con R3 también crean una ganancia de -10. Entonces, la ganancia general es 100, que es positiva y mucho mayor que la ganancia de una sola etapa.

En su ejemplo, esto significa lo siguiente: si UART_TXD sube, TX_TTL también irá alto. Si omite Q1 y alimenta directamente Q2 con UART_TXD, entonces TX_TTL se pondrá bajo cuando UART_TXD sea alto.

— primax
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acordado: en el ejemplo del circuito digital dado, la ganancia no es importante, solo la inversión de la señal. Eso es lo que dice el último párrafo de mi respuesta. Sin embargo, la pregunta se hace de manera general, sin limitación al dominio digital. En los circuitos analógicos, se realizan etapas en cascada para aumentar la ganancia de señal pequeña .

— primax

Una mayor ganancia en una etapa de salida digital significaría transiciones más rápidas, bordes en formas de onda más cuadradas, ¿verdad? Un solo transistor sería "más lento". ¿Tal vez solo importa si la ganancia es tan baja que se necesita un porcentaje significativo del ciclo de reloj para que la señal realice una transición completa hi / lo o lo / hi?

— Matt B.

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Como han señalado otros, el objetivo principal aquí es lograr un convertidor de nivel no inversor.

Para "puntos extra" puede usar el siguiente circuito.
El controlador debe poder proporcionar la corriente de salida (pero no el voltaje).
Como Iload_max = ~ 5V / 10k = 0.5 mA, la mayoría de las fuentes de entrada estarán bien.

Vin = alto = 3V3 -> Q1 fuera de
Vout tirado alto por R2.

Vin = bajo = suelo -> Q1 encendido.
Vout extraído a Vin a través de Q1 CE en
I load = 5V / 10k debe ser hundido por la unidad de entrada.

Este circuito tiene un valor especial cuando se maneja una carga de alto voltaje desde, por ejemplo, un microcontrolador. Vout max se establece mediante la clasificación de voltaje de Q1.
El pin del controlador de entrada debe poder hundir la corriente de carga.

Este es un amplificador de "base común" 'dibujado gracioso'.

esquemático

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

— Russell McMahon
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¡Interesante! ¿Hay alguna ventaja de usar el método de dos transistores (que se muestra en mi pregunta original) sobre esta configuración? Me pregunto por qué el diseñador en el circuito que estoy viendo optaría por usar dos transistores encadenados en lugar de esta configuración, ¡que solo requiere uno!

— Nate

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@Nate: como señalé, el circuito de un transistor requiere que el controlador de entrada pueda absorber la corriente de carga. En el caso de señales de nivel lógico (como aquí) esto rara vez es un problema. En el caso de cargas de energía, el controlador generalmente no puede absorber suficiente corriente. El | La otra razón para no usarlo es que es inusual y la gente no puede ver cómo funciona y tiende a hacer que los cerebros exploten (no toma mucho en algunos casos) y los zombis se ponen de mal humor.

— Russell McMahon