1 Transitor + 2 Widerstände = Verwirrung

[Christian S. (luwar)]

Hallo,

ich habe einen I2C-Levelshifter mit zwei Transitoren aufgebaut:
https://www.mikrocontroller.net/articles/Pegelwandler#I2C-Bus:_gemeinsam_3.3V_und_5V
http://www.edn.com/article/CA193193.html

Dabei habe ich festgestellt, dass die Schaltung auch ohne den zweiten 
Transistor funktioniert. Meine Unklarheiten lassen sich auf die 
angehängte Schaltung reduzieren.

Fangfrage: Welche Spannung liegt am Jumper an?

meine erste Vermutung:    3,3V
Simulation sagt:          0,8V
mein Versuchsaufbau sagt: 0,0V

Hat jemand eine Erkärung, warum der Transitor durchsteuert?

Vielen Dank für eure Hilfe.
Christian

[Der Dude (Gast)]

Da kann gar keine Soannung anliegen, weil der Kollektor auf Masse liegt.

[Alex (Gast)]

funktioniert die Schaltung so überhaupt?
Siht für mich etwas komisch.. GND am kollektor? was bringt das?

[Der Dude (Gast)]

BZw. nur die 3.3V über den 1k2

[Christian S. (luwar)]

Der Dude wrote:
> Da kann gar keine Soannung anliegen, weil der Kollektor auf Masse liegt.

Aber der Pullup-Widerstand R2 sollte das Signal doch auf 3,3V ziehen. 0V 
können also nur anliegen, wenn der Transistor durchsteuert.

Könntest du mir das irgendwie genauer erklären?

[Christian S. (luwar)]

Alex wrote:
> funktioniert die Schaltung so überhaupt?
> Siht für mich etwas komisch.. GND am kollektor? was bringt das?

Die Schaltung ist Teil eines Level-Shifters. Die Masse auf der rechten 
Seite ist in Wirklichkeit ein Open-Collektor-Ausgang eines 
I2C-Schaltkreises.

[Christian S. (luwar)]

Ich habe mal den kompletten bidirektionalen Level-Shifter angehängt. Die 
Schalter sollen die Open-Collektor-Ausgänge des I2C-Busses darstellen.

[David M. (md2k7)]

hast du diesen Level-Shifter (deine Version mit abgespartem 2. 
Transistor) wirklich auch von beiden Seiten getestet? Und das 
funktioniert?

Übrigens verstehe ich nicht einmal, wie das mit 2 Transis funktionieren 
soll... Aber ich bin noch nicht so bewandert in so Transistor 
Spezialanwendungen.

[Andreas K. (a-k)]

Ich würde nicht drauf wetten, dass Simulatoren den eher selten genutzten 
Inversbetrieb bipolarer Transistoren korrekt erfassen.

[Matthias L. (Gast)]

>Aber ich bin noch nicht so bewandert in so Transistor
>Spezialanwendungen.

Vielleicht sollte man sich dazu mal die internen Diodestrecken 
überlegen.

[Andreas K. (a-k)]

Mit den Dioden kommt man da nicht wirklich weiter. Tatsächlich wird der 
Transistor in diesem Fall invers betrieben. Die Strom"verstärkung" ist 
dabei unterirdisch, was hier aber nicht stört. Dafür ist die 
Sättigungsspannung nahe Null, und das allerdings hat Christian gemessen.

[yalu (Gast)]

Wird die rechte Seite auf GND gezogen, arbeitet der Transistor im
Inversbetrieb (Kollektor und Emitter sind also vertauscht) in
Basisschaltung. Der Stromverstärkungsfaktor im Inversbetrieb ist sehr
gering (1 bis 3), was aber in der Basisschaltung keine große Rolle
spielt. Es fließt also ein Basisstrom über R1 und die Basis-Kollektor-
Strecke. Dadurch wird der Transistor leitend, und es fließt auch ein
Strom vom Emitter zum Kollektor. Dieser Strom ist groß genug, um an R2
einen Spannungsabfall von fast 3,3 V zu erzeugen. Wie hoch dieser
Spannungsabfall genau ist, hängt vom Stromverstärkungsfaktor ab: Ist
dieser bspw. 1, so ist der Spannungsabfall gleich demjenigen an R1, so
dass am Emitter eine Spannung gleich der Basis-Kollektorspannung (0,7
V) bleibt. Je größer der Stromverstärkungsfaktor, desto kleiner die
verbleibende Spannung. Da der Stromverstärkungsfaktor zwischen
einzelnen Exemplaren stark variiert, kann die Simulation kein
allgemeinsgültiges Ergebnis ausspucken.

[Christian S. (luwar)]

David Madl (md2k7) wrote:
> hast du diesen Level-Shifter (deine Version mit abgespartem 2.
> Transistor) wirklich auch von beiden Seiten getestet? Und das
> funktioniert?

Ja, funktioniert von beiden Seiten.

Andreas Kaiser (a-k) wrote:
> Tatsächlich wird der Transistor in diesem Fall invers betrieben...

yalu wrote:
> Wird die rechte Seite auf GND gezogen, arbeitet der Transistor im
> Inversbetrieb (Kollektor und Emitter sind also vertauscht) in
> Basisschaltung...

Inversbetrieb war das Zauberwort. Damit läßt sich das Verhalten genau 
erklären. Diese Schaltung ist also die einfachste Realisierung eines 
bidirektionalen Pegelwandlers für den I2C-Bus.

Ich habe einen kleinen Kommentar auf 
http://www.mikrocontroller.net/articles/Pegelwandler
hinterlassen.

Danke schön.