3.3V-5V电平转换电路

shangdawei · 发表于 2014-11-27 10:20:15

如上图，左端接3.3V CMOS电平，可以是STM32、FPGA等的IO口，右端输出为5V电平，实现3.3V到5V电平的转换。

现在来分析下各个电阻的作用（抓住的核心思路是三极管的Vbe导通时为恒定值0.7V左右）：

假设没有R87，则当US_CH0的高电平直接加在三极管的BE上，>0.7V的电压要到哪里去呢？
假设没有R91，当US_CH0电平状态不确定时，默认是要Trig输出高电平还是低电平呢？

因此R91起到固定电平的作用。

同时，如果无R91，则只要输入>0.7V就导通三极管，门槛电压太低了，R91有提升门槛电压的作用（可参见第二小节关于蜂鸣器的分析）。
但是，加了R91又要注意了：R91如果太小，基极电压近似

只有Vb>0.7V时才能使US_CH0为高电平时导通，上图的Vb=1.36V

假设没有R83，当输入US_CH0为高电平（三极管导通时），D5V0（5V高电平）直接加在三极管的CE级，而三极管的CE，三极管很容易就损坏了。

再进一步分析其工作机理：

当输入为高电平，三极管导通，输出钳制在三极管的Vce，对电路测试结果仅0.1V

当输入为低电平，三极管不导通，输出相当于对下一级电路的输入使用10K电阻进行上拉，实际测试结果为5.0V（空载）

请注意：对于大电流的负载，上面电路的特性将表现的不那么好，因此这里一直强调——该电路仅适用于10几mA到几十mA的负载的电平转换。

shangdawei · 发表于 2014-11-27 10:59:03

从表7-1可以看出，5V CMOS输入的高、低输入电压阈值均比3.3V输出的阈值高约1伏。因此，即使来自3.3V系统的输出能够被补偿，留给噪声或元件容差的余地也很小或没有。我们需要的是能够补偿输出并加大高低输出电压差的电路。

设计一个二极管补偿电路（见图7-7），二极管D1的正向电压（典型值0.7V）将会使输出低电压上升，在5V CMOS输入得到1.1～1.2V的低电压。它安全地处于5V CMOS输入的低输入电压阈值之下。输出高电压由上拉电阻和连至3.3V电源的二极管D2确定。这使得输出高电压大约比3.3V电源高0.7V，也就是4.0～4.1V，很安全地在5V CMOS 输入阈值（3.5V）之上。

为了使电路工作正常，上拉电阻必须显著小于5V CMOS输入的输入电阻，从而避免由于输入端电阻分压器效应而导致的输出电压下降。上拉电阻还必须足够大，从而确保加载在3.3V输出上的电流在器件规范之内。

shangdawei · 发表于 2014-11-27 21:04:10

shangdawei · 发表于 2014-11-27 21:05:08

shangdawei · 发表于 2014-11-27 21:05:31

shangdawei · 发表于 2014-11-27 21:26:48

shangdawei · 发表于 2014-11-27 21:38:01

beck75 · 发表于 2018-3-19 11:58:12

未能分析频响特性，差评啊

ackye · 发表于 2018-7-13 14:45:39

mosfet有一种电路可以实现双向通讯

ackye · 发表于 2018-7-13 14:46:05

利用了MOSFET中间的二极管实现了双向通讯

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[电路图] 3.3V-5V电平转换电路

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