EEPW论坛

电平转换基础知识（分立器件）主要涉及将电路或信号的电压从一个电平转换到另一个电平的技术。在数字电路和嵌入式系统中，电平转换非常常见，尤其是当不同芯片引脚使用的电压不同时（1.8V、3.3V、5V等），当然在高电压电路当中，也有电平的转换，只是用到的器件与设备不一样。

以下是关于电平转换的基础知识，特别是使用分立器件进行电平转换的详细介绍：

一、电平转换的定义与必要性

电平转换指的是将一个电路或信号从一种电平转换为另一种电平的技术。其必要性主要源于不同芯片引脚使用的电压不同，为确保两边的电平都符合自身需求并实现正常通讯，电平转换变得至关重要。同时，电平转换也起到了保护电路的作用，防止因通讯两端压差过大而损坏芯片引脚。

二、电平转换电路的类型

常用的电平转换电路有多种，包括单向电平转换电路和双向电平转换电路等。这些电路通过不同的方式实现电平转换，以满足不同应用场景的需求。

三、分立器件在电平转换中的应用

分立器件二极管、三极管、MOSFET等可以用来构建电平转换电路，实现不同电平之间的转换。

（电平转换电阻分压，二极管实现电平转换MOS管实现电平转换，三极管实现电平转换）

以下是一些常见的分立器件在电平转换中的应用示例：

二极管电平转换

适用范围：输入信号电平大于输出信号的转换电路上。

优点：成本低，使用元件少。缺点：只能单向传输，且输入信号电平大于输出信号时，二极管会产生较大的压降。

工作原理：当输入信号为高电平时，二极管截止，输出端通过上拉电阻被拉至高电平；当输入信号为低电平时，二极管导通，输出端被拉低。

相比于电阻分压的方式，这种方式的电平转换不受输入阻抗的影响。工作的具体原理见下0 输入为高电平时，二极管截止，翰出端被上拉至VCC 1V8。

0 输入为低电平时，二极管导通，VCC 1V8经过R1和D1下拉至GND.输出端电压约为0.7V(二极管压降，近似为0V)。

三极管电平转换适用范围：与二极管类似，适用于输入信号电平大于输出信号的转换电路上。优点：成本低，使用元件少，且相较于二极管，三极管信号输入端可以用更小的电流驱动。缺点：同样只能单向转换，且会产生一定的压降。工作原理：通过三极管的放大作用，将输入信号的电平转换为输出信号的电平。MOSFET电平转换适用范围：适用于大部分需要电平转换的应用场景，特别是需要高速、高频率传输的场合。优点：可以双向传输，导通压降一般较小，且传输频率高。

工作原理：利用MOSFET的开关特性，通过控制栅极电压来改变漏极和源极之间的导通状态，从而实现电平转换。

使用实现三极管电平转换的原理比较简单:

IN为高电平时，三极管导通，OUT为低电平。

IN为低电平时，三极管截止，OUT为高电平。

电阻分压电路：

工作的原理:欧姆定律

优点

能实现单向电平转换电路。

电路的结构简单、成本比较低。缺点

仅适用于输入阻抗较大的电路(具体原因见:1器件篇-电阻基础知识)

MOS管

电平转换芯片比较多，但是价格相对比较贵。使用MOS管来搭建电平转换，这种方式无论是在电路设计还是面试中十分常见。

分四种情况:1、当SDA1输出高电平时:MOS管Q1的Vgs=0，MOS管关闭，SDA2被电阻R3上拉到5V。2、当SDA1输出低电平时:MOS管Q1的Vgs=3.3V，大于导通电压，MOS管导通，SDA2通过MOS管被拉到低电平。3、当SDA2输出高电平时:MOS管Q1的Vgs不变，MOS维持关闭状态，SDA1被电阻R2上拉到3.3V4、当SDA2输出低电平时:MOS管不导通，但是它有体二极管!MOS管里的体二极管把SDA1拉低到低电平，此时Vgs约等于3.3V，MOS管导通，进-步拉低了SDA1的电压。

三极管与MOS管符号对比图：

四、电平转换电路的设计考虑在设计电平转换电路时，需要考虑以下因素：信号传输速度：确保电平转换电路能够满足信号传输速度的要求。信号方向：注意电平转换的方向性，特别是高电压端和低电压端的连接不可调换。阻抗匹配：实现输入信号和输出信号之间的阻抗匹配，以确保信号传输的最佳匹配和有效性。噪声抑制：采取措施抑制噪声对电平转换电路的影响。

保护措施：添加适当的保护措施，限流电阻或二极管，以防止高电压直接施加到低电压设备上。

五、实际应用案例在实际应用中，电平转换电路常用于连接不同电压标准的设备或系统，将TTL逻辑电平转换为CMOS逻辑电平，或将3.3V逻辑电平转换为5V逻辑电平。通过合理设计电平转换电路，可以确保不同设备之间的正常通讯和数据传输。