Perché vengono spesso utilizzati due transistor anziché uno?

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Molti progetti di circuiti che vedo con transistor usano due transistor incatenati insieme invece di usare solo un transistor. Caso in questione:

3.3 V -> 5 V amplificatore di segnale

Questo circuito è progettato per consentire a un dispositivo con UART 3.3V di comunicare con un microcontrollore 5V.

Comprendo che quando Q2 è disattivato, TX_TTL sarà alto e quando Q2 è attivato, TX_TTL sarà basso. La mia domanda è: perché non eseguire UART_TXD direttamente sulla base di Q2 invece di usare Q1 per controllare la tensione di base di Q2?

transistors uart npn

— Nate
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L'uso di un transistor inverte il segnale. Due transistor lo invertono di nuovo.

— pjc50,

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il doppio transistor non è necessario se si utilizza PNP, poiché non si verifica uno spostamento del livello logico

— Lesto,

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Quello che hai è fondamentalmente un amplificatore a due stadi - due amplificatori consecutivi. In una tale configurazione di circuito, il guadagno di entrambi gli amplificatori si moltiplica. Poiché ogni fase ha un guadagno negativo nel tuo esempio, il guadagno complessivo è di nuovo positivo.

Quindi diciamo che Q1 e R2 hanno un guadagno di tensione di -10 e Q2 insieme a R3 creano anche un guadagno di -10. Quindi il guadagno complessivo è 100 che è positivo e molto più grande del guadagno di un singolo stadio.

Nel tuo esempio questo significa quanto segue: se UART_TXD diventa alto, anche TX_TTL diventa alto. Se si omette Q1 e si alimenta direttamente Q2 con UART_TXD, TX_TTL diventerà basso quando UART_TXD è alto.

— Primax
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concordato - nel dato esempio di circuito digitale il guadagno non è importante, ma solo l'inversione del segnale. Ecco cosa dice l'ultimo paragrafo della mia risposta. Tuttavia, la domanda viene posta in modo generale, senza alcuna limitazione al dominio digitale. Nei circuiti analogici si eseguono stadi in cascata per aumentare il guadagno del segnale ridotto .

— primax,

Un guadagno maggiore in uno stadio di uscita digitale significherebbe transizioni più veloci, bordi su forme d'onda più squadrate, giusto? Un singolo transistor sarebbe "più lento". Forse è importante solo se il guadagno è così basso da richiedere una percentuale significativa del ciclo di clock affinché il segnale passi completamente in alto / basso o basso / alto?

— Matt B.

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Come notato da altri, l'obiettivo principale qui è quello di ottenere un convertitore di livello senza inversione.

Per "punti extra" è possibile utilizzare il circuito di seguito.
Il driver deve essere in grado di fornire la corrente di uscita (ma non la tensione).
Dato che Iload_max = ~ 5V / 10k = 0,5 mA, la maggior parte delle sorgenti di ingresso sarà OK.

Vin = high = 3V3 -> Q1 off
Vout tirato su da R2.

Vin = low = ground -> Q1 on.
Il Vout tirato su Vin tramite Q1 CE su
I load = 5V / 10k deve essere affondato dall'unità di input.

Questo circuito ha un valore speciale quando si guida un carico ad alta tensione, ad esempio da un microcontrollore. Vout max è impostato dalla tensione nominale di Q1.
Il pin dell'unità di input deve essere in grado di assorbire la corrente di carico.

Questo è un amplificatore "base comune" "disegnato divertente".

schematico

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

— Russell McMahon
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Interessante! Ci sono dei vantaggi nell'usare il metodo a due transistor (mostrato nella mia domanda originale) rispetto a questa configurazione? Mi chiedo solo perché il progettista nel circuito che sto guardando scelga di usare due transistor incatenati insieme invece di questa configurazione, che richiede solo uno!

— Nate,

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@Nate - Come ho notato, il circuito a un transistor richiede che il driver di input sia in grado di assorbire la corrente di carico. Nel caso di segnali a livello logico (come qui) questo raramente è un problema. In caso di carichi di potenza, il driver non è in genere in grado di assorbire abbastanza corrente. | L'altro motivo per non usarlo è che è insolito e la gente non riesce a vedere come funziona e tende a far esplodere il cervello (in alcuni casi non ci vuole molto) e gli zombi diventano scontrosi.

— Russell McMahon,