詳解一種簡單實用的雙向電平轉換電路3.3V-5V工作狀態

所謂電平，是指兩功率或電壓之比的對數，有時也可用來表示兩電流之比的對數。電平的單位分貝用dB表示。常用的電平有功率電平和電壓電平兩類，它們各自又可分為絕對電平和相對電平兩種。

當你使用3.3V的單片機的時候，電平轉換就在所難免了，經常會遇到3.3轉5V或者5V轉3.3V的情況，這里介紹一個簡單的電路，他可以實現兩個電平的相互轉換(注意是相互哦，雙向的，不是單向的!).電路十分簡單，僅由3個電阻加一個MOS管構成。

電路圖如下:

上圖中，S1，S2為兩個信號端，VCC_S1和VCC_S2為這兩個信號的高電平電壓.另外限制條件為:

1，VCC_S1<=VCC_S2.

2，S1的低電平門限大于0.7V左右(視NMOS內的二極管壓降而定).

3，Vgs<=VCC_S1.

4，Vds<=VCC_S2

對于3.3V和5V/12V等電路的相互轉換，NMOS管選擇AP2306即可.原理比較簡單，大家自行分析吧!此電路我已在多處應用，效果很好。

I2C，類似這種吧，只是不知道這種電路的速率能達到多少。

電平轉換器的操作

在電平轉換器的操作中要考慮下面的三種狀態：

1、沒有器件下拉總線線路。“低電壓”部分的總線線路通過上拉電阻Rp 上拉至3.3V。 MOS-FET 管的門極和源極都是3.3V， 所以它的VGS 低于閥值電壓，MOS-FET 管不導通。這就允許“高電壓”部分的總線線路通過它的上拉電阻Rp 拉到5V。 此時兩部分的總線線路都是高電平，只是電壓電平不同。

2、一個3.3V器件下拉總線線路到低電平。MOS-FET管的源極也變成低電平，而門極是3.3V。VGS上升高于閥值，MOS-FET管開始導通。然后“高電壓”部分的總線線路通過導通的MOS-FET管被3.3V器件下拉到低電平。此時，兩部分的總線線路都是低電平，而且電壓電平相同。

3、一個5V的器件下拉總線線路到低電平。MOS-FET管的漏極基底二極管“低電壓”部分被下拉直到VGS超過閥值，MOS-FET管開始導通。“低電壓”部分的總線線路通過導通的MOS-FET管被5V的器件進一步下拉到低電平。此時，兩部分的總線線路都是低電平，而且電壓電平相同。

這三種狀態顯示了邏輯電平在總線系統的兩個方向上傳輸，與驅動的部分無關。狀態1執行了電平轉換功能。狀態2和3按照I2C總線規范的要求在兩部分的總線線路之間實現“線與”的功能。

除了3.3V VDD1和5V VDD2的電源電壓外，還可以是例如：2V VDD1和10V VDD2。在正常操作中，VDD2必須等于或高于VDD1(在開關電源時允許VDD2低于VDD1)。

MOS-N場效應管雙向電平轉換電路--適用于低頻信號電平轉換的簡單應用

如上圖所示，是MOS-N場效應管雙向電平轉換電路。

雙向傳輸原理：

為了方便講述，定義 3.3V 為 A 端，5.0V 為 B 端。

A端輸出低電平時(0V)，MOS管導通，B端輸出是低電平(0V)

A端輸出高電平時(3.3V)，MOS管截至，B端輸出是高電平(5V)

A端輸出高阻時(OC) ，MOS管截至，B端輸出是高電平(5V)

B端輸出低電平時(0V)，MOS管內的二極管導通，從而使MOS管導通，A端輸出是低電平(0V)

B端輸出高電平時(5V)，MOS管截至，A端輸出是高電平(3.3V)

B端輸出高阻時(OC) ，MOS管截至，A端輸出是高電平(3.3V)

優點：

1、適用于低頻信號電平轉換，價格低廉。

2、導通后，壓降比三極管小。

3、正反向雙向導通，相當于機械開關。

4、電壓型驅動，當然也需要一定的驅動電流，而且有的應用也許比三極管大。

電平與電壓的關系

從電壓電平的定義就可以看出電平與電壓之間的關系，電平的測量實際上也是電壓的測量，只是刻度不同而已，任何電壓表都可以成為一個測量電壓電平的電平表，只要表盤按電平刻度標志即可，在此要注意的是電平刻度是以1 mW功率消耗于600 Ω電阻為零分貝進行計算的，即0dB=0.775V。電平量程的擴大實質上也是電壓量程的擴大，只不過由于電平與電壓之間是對數關系，因而電壓量程擴大N倍時，由電平定義可知，即電平增加20lgN(dB)。

由此可知，電平量程的擴大可以通過相應的交流電壓表量程的擴大來實現，其測量值應為表頭指針示數再加一個附加分貝值(或量程分貝值)。附加分貝值的大小由電壓量程的擴大倍數來決定。

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