トランジスタを使用したロジックレベルコンバーター

トランジスタBC547を使ってロジックレベルコンバータを作ろうとしています。これは、Rpi Gpioの電圧レベルを3.3から5Vに変換するためのものです。次の図に従って回路を配線しました。

PWMアプリケーション用に3.3Vを5Vに変換するためにこれを行いました。回路をGPIO no 17に接続し、高に設定しました

質問：

1）回路にグランドがないのはなぜですか？

2）アースの反対側で電圧を測定しようとしましたが、何も表示されません。問題は何ですか。

ありがとうございました。

特にOPが双方向操作を必要としないので、ここに答えを追加するのは嫌です。しかし、回路は（それを理解するために）ひどくレイアウトされています。そして、犬と尾についての説明はありませんおそらく、錬金術師が寓意的で不可解な「芸術」の一部を書き込もうとしていることを除いて、役に立ち。

（共通の用語があり、時間をかけて開発され、通信を支援するために電子機器で使用されます。「プルダウン」はそのような例かもしれません。しかし、彼らは時間の試練に耐え、ノードを引っ張るという一般的な考えを使用して通信します、これは誰かが質問してその用語を学ぼうとしているときにコミュニケーションすることは難しくありません。たとえば、意味を失うことなく、「もっと強く引く」ことを議論するように簡単に調整できます。弱さと強さの考え方は一般に保持されます、引っ張るという考え方と同様に、誰かがオームの法則、電圧、電流、抵抗の考え方を身につければ、これらは簡単に適用できます。）

レベルシフトにBJTを使用する1つの方法は、それをコモンベースモードで使用することです。ベースをレールに配線し、エミッタを「引き下げる」だけです。抵抗はベースまたはエミッタに配置できます。あとは、コレクターでプルアップを使用するだけです。双方向での使用を希望する場合、抵抗はベースに配置されます。

から行くときの例です $3\:\textrm{V}$ へのロジック出力 $5\:\textrm{V}$ ロジック入力：

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

他の方向に進むと、対称的なアプローチを使用するのは非常に魅力的です。

^{この回路をシミュレート}

しかし、それはうまくいきません。どうして？ベースが持っているので$5\:\textrm{V}$ 利用可能であり、コレクターのプルアップはより低い電圧に向かってフックされています、 $3\:\textrm{V}$。これは、ベースコレクターダイオード（BJT自体がより対称的に作成されたときはかつてシンボルでしたが、通常はシンボルに表示されません）に順方向バイアスをかけることができます。したがって、BJTがオフになっているはずなのに、実際にはオフになっていません。代わりに、順方向にバイアスされたダイオードが間にあります$5\:\textrm{V}$ そして $3\:\textrm{V}$2つの抵抗で電流を制限します。したがって、出力は上記の中間値になります$3\:\textrm{V}$ しかし、またかなり $5\:\textrm{V}$。

対称性は失敗します。

修正は簡単です。ベース電圧を変更して$3\:\textrm{V}$：

^{この回路をシミュレート}

そして、それはうまくいきます。

これを双方向にしたいとします。これらの回路のうち、各方向に1つずつ、2つだけ使用できますか？

^{この回路をシミュレート}

そして答えは、はい、できます。実際、私がやったことは、OPが提示したドッグイーティングテール回路を単純に再現することです。それは同じことです。しかし、今あなたはそれをもたらした進歩を見ることができます。そして、それはもう奇妙な、クロスワイヤード・ドッグテールのものほど紛らわしくありません。これは、個別に計算された2つの回路を1つの大きな回路にまとめたものです。

しかし、間違った回路に関する以前の問題を覚えていますか？回路が正しく動作しない原因となった卑劣なベースコレクタダイオードがあるという事実？この事実は、すべてのBJTがリバースアクティブモードでも動作できることを思い出させます。そうすることは、特にコレクターとエミッターの現代的な非対称設計では、$\beta$1つのモードでは、他のモードとは異なります（他のいくつかの違いがあります）。ただし、それらが機能しないという意味ではありません。

では、最初の回路に戻り、そのプルアップを追加するだけの場合はどうなるでしょうか。

^{この回路をシミュレート}

これはうまくいくでしょうか？答えは「はい」です。実際に機能します。残っている唯一の質問は、エミッターをどの方向に向けるかです。そして、これが良い答えが「依存する」場所です。たとえば、考慮すべき電荷保存の問題があります。（そして、これがOPのグラフに示されている立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの動作の違いがある理由です。）立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの考慮事項があるため、答えは気になる対象によって異なります。特定の答えが常に正しいとは限りません。ここでの目的のために、これ以上ドラッグすることは避け、代わりにその疑問を熟考するために残しておきます。とにかく、この回路が機能するのに十分です。

注：上記の回路で使用されている抵抗の実際の値は、これらが特定の状況で使用できる唯一の正しい値であることを意味するものではありません。通常、デジタル出力は、$1\:\textrm{mA}$ 駆動電流と、通常、デジタル入力のシンクは、 $100\:\mu\textrm{A}$。しかし、これらの仮定は特定のケースでは間違っている場合があります。ただし、詳細を調整するのは難しくありません。したがって、抵抗値の合理的な変更があっても、基本的な考え方は適用されます。

今、もう一つのステップがあります。そしてトレバーは、どこに向かえばよいかの良い例を見つけた。その結果をキャプチャするために、ここに含めます。持つ価値があります。興味のある方は、その理由と理由を検討できます。私からさらに説明することなく、以下のトレヴァーの追加をお楽しみください：

これはエミッター結合コンバーターであり、接地接続を必要としません。

注回路図のラベル付けは少しあいまいです。「3Vシステム」と「5vシステム」はロジック信号です。+ 5Vと+ 3Vはロジック電源レールです。

どちらかの側をローに引き下げると、反対側のトランジスタのエミッタが引き下げられ、反対側の出力が引き下げられてオンになります。

内部プルアップは高論理状態を処理します。

ちなみに、その回路図では接地点が暗示されています。+ 3Vおよび+ 5Vが参照されているものです。

ジョンクの回答に触発されて、回路図をこのように書き直して、少し「明確」にしました。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

しかし、実際にはR3とR4を組み合わせることができ、2つのトランジスタは双方向トランジスタになります。

^{この回路をシミュレート}

これで、Jonkの答えと同じ場所に行くことができます。