Conversor de nível lógico usando transistores

Estou tentando fazer um conversor de nível lógico usando o transistor BC547. Isso é para converter o nível de tensão do Rpi Gpio de 3,3 para 5V. Liguei o circuito de acordo com este diagrama:

Eu fiz isso para converter 3.3V para 5V para aplicação PWM. Conectei o circuito ao GPIO no 17 e o ajustei alto

Perguntas :

1) por que não há terra no circuito?

2) Tentei medir a tensão na outra extremidade do terra, não mostra nada. Qual é o problema?

Obrigado.

Detesto adicionar uma resposta aqui, principalmente porque o OP nem precisa de operação bidirecional. Mas o circuito é definido terrivelmente (para entendê-lo.) E a descrição sobre cães e caudas não ajuda, exceto, talvez, alquimistas tentando escrever partes alegóricas e mistificantes de sua "arte".

(Existem termos compartilhados, desenvolvidos ao longo do tempo e usados ​​na eletrônica para ajudar na comunicação. Um "pull-down" pode ser um exemplo. Mas eles sobreviveram ao teste do tempo e se comunicam usando a ideia geral de puxar um nó , que não é difícil de se comunicar quando alguém pergunta e está tentando aprender o termo, e pode ser adaptado facilmente para discutir "se esforçar mais", por exemplo, sem perda de significado. A idéia de fraco e forte é comum , como é a ideia de puxar, e elas são facilmente aplicadas depois que alguém adquire as idéias da lei, tensão, corrente e resistência de Ohm.)

Uma maneira de usar um BJT para mudança de nível é usá-lo no modo de base comum. Basta conectar a base a um trilho e "puxar" o emissor. Você pode colocar o resistor na base ou no emissor. Tudo o que resta a fazer é usar um pull-up no coletor. Dado que esperamos obter uso bidirecional, o resistor será colocado na base.

Aqui está um exemplo ao passar de um $3\:\textrm{V}$ saída lógica para um $5\:\textrm{V}$ entrada lógica:

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

Indo na outra direção, é muito tentador usar uma abordagem simétrica:

^{simule este circuito}

Mas isso não funciona. Por quê? Porque a base tem$5\:\textrm{V}$ disponível e o pull-up do coletor está ligado a uma tensão mais baixa, $3\:\textrm{V}$. Isso significa que o diodo do coletor de base (não é mais comumente mostrado no símbolo, embora já tenha sido quando os BJTs foram feitos de forma mais simétrica) pode ser (e será) polarizado para a frente. Então, quando o BJT deve ser desligado , na verdade não é. Em vez disso, há um diodo polarizado para frente capturado entre$5\:\textrm{V}$ e $3\:\textrm{V}$com dois resistores para limitar a corrente. Portanto, a saída terá algum valor intermediário acima$3\:\textrm{V}$ mas também não é bem assim $5\:\textrm{V}$.

A simetria falha.

É fácil de consertar. Podemos apenas mudar a voltagem básica para$3\:\textrm{V}$:

^{simule este circuito}

E isso funciona.

Suponha que você queira fazer isso de forma bidirecional. Você poderia usar apenas dois desses circuitos, um para cada direção?

^{simule este circuito}

E a resposta é: sim, você pode. De fato, o que eu fiz foi simplesmente reproduzir o circuito de cauda de cachorro que o OP apresentou. É a mesma coisa. Mas agora você pode ver a progressão que levou a isso. E não é mais tão confuso quanto alguma coisa estranha e rabo de cachorro com fios cruzados. São apenas dois circuitos individualmente elaborados, reunidos em um maior.

Mas você se lembra do problema anterior com o circuito errado ? O fato de haver um diodo coletor de base furtivo que causou o funcionamento incorreto do circuito? Esse fato deve nos lembrar que todos os BJTs também podem ser operados no modo ativo reverso. Isso, especialmente com os projetos modernos e assimétricos de seus coletores e emissores, significa que o$\beta$em um modo será diferente do outro (entre outras diferenças). Mas isso não significa que eles não funcionem.

E daí se voltássemos ao nosso primeiro circuito e apenas adicionássemos esse pull-up:

^{simule este circuito}

Isso funcionaria? A resposta é sim, realmente funcionará. A única questão restante pode ser sobre qual direção apontar o emissor. E é aqui que uma boa resposta "depende". Há problemas de armazenamento de cobrança a serem considerados, por exemplo. (E essa é uma razão pela qual há uma diferença de comportamento entre o comportamento da aresta ascendente e o aresta descendente mostrada no gráfico pelo OP.) nenhuma resposta em particular está sempre certa. Para meus propósitos aqui, evitarei prolongar isso e deixar essa pergunta como algo a refletir. Basta que este circuito funcione, independentemente.

Nota : O valor real dos resistores usados ​​nos circuitos acima não significa que esses são os únicos valores corretos a serem usados ​​em alguma circunstância específica. Normalmente, as saídas digitais podem afundar mais do que$1\:\textrm{mA}$ da corrente do inversor e, normalmente, as entradas digitais diminuirão significativamente menos do que $100\:\mu\textrm{A}$. Mas essas suposições podem estar erradas para casos específicos. Não é difícil ajustar os detalhes, no entanto. Portanto, a idéia básica ainda pode ser aplicada, embora com alterações fundamentadas nos valores do resistor.

Existem mais etapas que você pode seguir agora. E Trevor encontrou um bom exemplo de onde alguém poderia ir. Vou incluí-lo aqui para capturar esse resultado. Vale a pena ter. Os interessados ​​podem considerar os porquês e os motivos. Sem mais explicações minhas, aproveite a adição de Trevor abaixo:

Este é um conversor acoplado ao emissor e, como tal, não precisa de conexão à terra.

NOTA A rotulagem esquemática é um pouco ambígua. "Sistema 3V" e "Sistema 5v" são os sinais lógicos. + 5V e + 3V são os trilhos de alimentação lógicos.

Quando você puxa um dos lados para baixo, puxa para baixo o emissor do transistor oposto, que o liga, puxando a saída oposta para baixo.

As pull-ups internas lidam com os altos estados lógicos.

A propósito, o ponto de referência está IMPLÍCITA nesse esquema. É o que quer que seja mencionado + 3V e + 5V.

Inspirado pela resposta de Jonk, refiz o esquema desta maneira para torná-lo um pouco "mais claro".

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

Mas, na realidade, R3 e R4 podem ser combinados, e os dois transistores se tornam um transistor bidirecional.

^{simule este circuito}

O que praticamente o leva ao mesmo lugar que a resposta de Jonk.