Conversor de nivel lógico utilizando transistores

Estoy tratando de hacer un convertidor de nivel lógico usando el transistor BC547. Esto es para convertir el nivel de voltaje de Rpi Gpio de 3.3 a 5V. He cableado el circuito de acuerdo con este diagrama:

He hecho esto para convertir 3.3V a 5V para la aplicación PWM. He conectado el circuito a GPIO no 17 y lo configuré alto

Preguntas :

1) ¿por qué no hay tierra en el circuito?

2) Traté de medir el voltaje en el otro extremo wrt tierra, no muestra nada. ¿Cuál es el problema?

Gracias.

Odio agregar una respuesta aquí, especialmente porque el OP ni siquiera necesita una operación bidireccional. Pero el circuito se presenta terriblemente (para comprenderlo). Y la descripción sobre perros y colas no ayuda, excepto que quizás los alquimistas intentan escribir fragmentos alegóricos y desconcertantes de su "arte".

(Existen términos compartidos, desarrollados a lo largo del tiempo y utilizados en electrónica para ayudar a comunicarse. Un "desplegable" podría ser un ejemplo. Pero han sobrevivido a la prueba del tiempo y se comunican utilizando la idea general de tirar de un nodo , que no es difícil de comunicar cuando alguien pregunta y está tratando de aprender el término. Y se puede adaptar fácilmente para discutir "esforzarse más", por ejemplo, sin perder el sentido. La idea de débil y fuerte se sostiene comúnmente , como es la idea de tirar, y estos se aplican fácilmente una vez que alguien ha adquirido las ideas de la ley, el voltaje, la corriente y la resistencia de Ohm).

Una forma de usar un BJT para el cambio de nivel es usarlo en un modo de base común. Simplemente conecte la base a un riel y "tire hacia abajo" de su emisor. Puede colocar la resistencia en la base o en el emisor. Todo lo que queda por hacer es usar un pull-up en el colector. Dado que esperamos lograr un uso bidireccional, la resistencia se colocará en la base.

Aquí hay un ejemplo al pasar de un $3\:\textrm{V}$ salida lógica hacia un $5\:\textrm{V}$ entrada lógica:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Yendo en la otra dirección, es muy tentador utilizar un enfoque simétrico:

^{simular este circuito}

Pero eso no funciona. ¿Por qué? Porque la base tiene$5\:\textrm{V}$ disponible para él y el pull-up del colector está conectado a un voltaje más bajo, $3\:\textrm{V}$. Esto significa que el diodo colector de base (ya no se muestra comúnmente en el símbolo, aunque alguna vez fue cuando los BJT se hicieron más simétricamente) puede ser (y será) polarizado hacia adelante. Entonces, cuando se supone que el BJT está apagado , en realidad no lo está. En cambio, hay un diodo polarizado hacia adelante atrapado entre$5\:\textrm{V}$ y $3\:\textrm{V}$con dos resistencias para limitar la corriente. Entonces la salida estará en algún valor medio por encima$3\:\textrm{V}$ pero tampoco del todo $5\:\textrm{V}$.

La simetría falla.

Es fácil de arreglar. Simplemente podemos cambiar el voltaje base de nuevo a$3\:\textrm{V}$:

^{simular este circuito}

Y eso funciona.

Supongamos que quiere hacer esto bidireccional. ¿Podrías usar dos de estos circuitos, uno para cada dirección?

^{simular este circuito}

Y la respuesta es sí, puedes. De hecho, lo que hice fue simplemente reproducir ese circuito de cola de perro que presentó el OP. Es lo mismo. Pero ahora puedes ver la progresión que lo condujo. Y ya no es tan confuso como una cosa extraña y cruzada. Son solo dos circuitos trabajados individualmente juntos en uno más grande.

¿Pero recuerdas el problema anterior con el circuito equivocado ? ¿El hecho de que haya un disimulado diodo colector de base que haya causado que el circuito funcione incorrectamente? Este hecho debería recordarnos que todos los BJT también se pueden operar en un modo activo inverso. Hacerlo, especialmente con los diseños asimétricos modernos para sus colectores y emisores, significa que el$\beta$en un modo será diferente al otro (entre algunas otras diferencias). Pero eso no significa que no funcionen.

Entonces, ¿qué pasa si acabamos de regresar a nuestro primer circuito y simplemente agregamos ese pull-up adicional:

^{simular este circuito}

¿Funcionaría esto? La respuesta es sí, de hecho funcionará. La única pregunta que queda podría ser sobre hacia dónde apuntar el emisor. Y aquí es donde una buena respuesta "depende". Hay problemas de almacenamiento de carga a tener en cuenta, por ejemplo. (Y esta es una razón por la cual hay una diferencia en el comportamiento del borde ascendente frente al comportamiento del borde descendente que se muestra en el gráfico del OP). La respuesta dependerá de lo que le interese, ya que habrá consideraciones de borde ascendente frente a borde descendente y Ninguna respuesta en particular es siempre correcta. Para mis propósitos aquí, voy a evitar arrastrar esto más lejos y dejaré esa pregunta como algo para reflexionar. Es suficiente que este circuito funcione, independientemente.

Nota : El valor real de las resistencias utilizadas en los circuitos anteriores no implica que estos sean los únicos valores correctos para usar en alguna circunstancia particular. Por lo general, las salidas digitales pueden hundir más de$1\:\textrm{mA}$ de la corriente del variador y, por lo general, las entradas digitales se hundirán significativamente menos que $100\:\mu\textrm{A}$. Pero estos supuestos pueden estar equivocados para casos específicos. Sin embargo, no es difícil ajustar los detalles. Entonces, la idea básica aún puede aplicarse, aunque con cambios razonados en los valores de resistencia.

Hay más pasos que uno podría tomar, ahora. Y Trevor encontró un buen ejemplo de hacia dónde podría dirigirse. Lo incluiré aquí para capturar ese resultado. Vale la pena tenerlo. Los interesados ​​pueden considerar por qué y por qué. Sin más explicaciones de mi parte, disfrute de la adición de Trevor a continuación:

Este es un convertidor acoplado por emisor y, como tal, no necesita conexión a tierra.

NOTA: el etiquetado esquemático es un poco ambiguo. "Sistema 3V" y "Sistema 5v" son las señales lógicas. + 5V y + 3V son los raíles de suministro lógicos.

Cuando tira de ambos lados hacia abajo, tira hacia abajo del emisor del transistor opuesto que lo enciende tirando hacia abajo la salida opuesta.

Los pull-ups internos manejan los estados de alta lógica.

Por cierto, el punto fundamental está IMPLÍCITO en ese esquema. Es lo que se hace referencia a + 3V y + 5V.

Inspirado por la respuesta de Jonk, volví a dibujar el esquema de esta manera para hacerlo un poco "más claro".

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Pero, en realidad, R3 y R4 se pueden combinar, y los dos transistores se convierten en un transistor bidireccional.

^{simular este circuito}

Lo que prácticamente te lleva al mismo lugar que la respuesta de Jonk.