Por que dois transistores são freqüentemente usados em vez de um?

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Muitos projetos de circuitos que vejo com transistores usam dois transistores encadeados em vez de apenas um transistor. Caso em questão:

3.3V -> amplificador de sinal de 5V

Este circuito foi projetado para permitir que um dispositivo com um UART de 3,3V se comunique com um microcontrolador de 5V.

Entendo que quando Q2 estiver desativado, TX_TTL estará alto e quando Q2 estiver ativado, TX_TTL estará baixo. Minha pergunta é: por que não executar o UART_TXD diretamente na base do Q2 em vez de usar o Q1 para controlar a tensão de base do Q2?

transistors uart npn

— Nate
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Usar um transistor inverteria o sinal. Dois transistores o invertem novamente.

— Pjc50 15/05

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transistor duplo não é necessário se usando PNP, como mudança de nível lógica não acontece

— Lesto

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O que você tem é basicamente um amplificador de dois estágios - dois amplificadores consecutivos. Em tal configuração de circuito, o ganho de ambos os amplificadores se multiplica. Como cada estágio tem ganho negativo no seu exemplo, o ganho geral é positivo novamente.

Então, digamos que Q1 e R2 tenham um ganho de tensão de -10 e Q2, juntamente com R3, criem um ganho de -10 também. Então o ganho geral é 100, o que é positivo e muito maior que o ganho de um único estágio.

No seu exemplo, isso significa o seguinte: Se UART_TXD ficar alto, TX_TTL também ficará alto. Se você omitir Q1 e alimentar Q2 diretamente com UART_TXD, TX_TTL ficará baixo quando UART_TXD estiver alto.

— primax
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concordou - no exemplo dado circuito digital, o ganho não é importante, apenas a inversão do sinal. É o que diz o último parágrafo da minha resposta. No entanto, a pergunta é feita de maneira geral, sem limitação para o domínio digital. Nos circuitos analógicos, você realiza etapas em cascata para aumentar o pequeno ganho de sinal .

— primax 15/05

Maior ganho em um estágio de saída digital significaria transições mais rápidas, bordas nas formas de onda mais quadradas, certo? Um único transistor seria "mais lento". Talvez seja importante apenas se o ganho é tão baixo que é preciso uma porcentagem significativa do ciclo do relógio para que o sinal faça a transição completa de hi / lo ou lo / hi?

— Matt B.

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Como observado por outros, o principal objetivo aqui é obter um conversor de nível não inversor.

Para "pontos extras", você pode usar o circuito abaixo.
O driver precisa poder fornecer a corrente de saída (mas não a tensão).
Como Iload_max = ~ 5V / 10k = 0,5 mA, a maioria das fontes do inversor de entrada estará OK.

Vin = alto = 3V3 -> Q1 desligado
Vout puxado alto por R2.

Vin = baixo = terra -> Q1 ligado.
Vout puxado para Vin via Q1 CE em
I load = 5V / 10k deve ser afundado pelo inversor de entrada.

Este circuito é de valor especial ao conduzir uma carga de alta tensão, por exemplo, de um microcontrolador. Vout max é definido pela classificação de tensão Q1.
O pino da unidade de entrada deve poder diminuir a corrente de carga.

Este é um amplificador de "base comum" "desenhado engraçado".

esquemático

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

— Russell McMahon
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Interessante! Existem vantagens em usar o método de dois transistores (mostrado na minha pergunta original) sobre essa configuração? Só estou me perguntando por que o projetista no circuito que estou vendo escolheria usar dois transistores encadeados em vez dessa configuração, que requer apenas um!

— Nate

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@Nate - Como observei, o circuito de um transistor exige que o driver de entrada seja capaz de diminuir a corrente de carga. No caso de sinais de nível lógico (como aqui), isso raramente é um problema. No caso de cargas de energia, o driver geralmente não consegue absorver corrente suficiente. | A outra razão para não usá-lo é que é incomum e as pessoas não conseguem ver como ele funciona, e isso faz com que os cérebros explodam (não leva muito em alguns casos) e os zumbis ficam mal-humorados.

— Russell McMahon

Por que dois transistores são freqüentemente usados ​​em vez de um?

Por que dois transistores são freqüentemente usados em vez de um?