Immer wieder, wenn elektronische Bauteile mit unterschiedlichen Eingangs- bzw. Ausgangsspannungen miteinander verknüpft werden sollen, entsteht die
Notwendigkeit, diese Spannungen anzupassen. Diese Aufgabe erledigen Pegelwandler (Pegelumsetzer), die in einer Schaltung die Aufgabe einer Schnittstelle übernehmen.
In vielen Fällen kann die Aufgabe sehr schnell und einfach gelöst werden. Eine wohl einfachste Lösung wäre Einsetzung eines Spannungsteilers, der eine höhere Spannung
auf eine niedrigere skaliert. Bei anderen Methoden werden auch Zener-Dioden eingesetzt, Transistoren und speziell dafür entwickelte integrierte Schaltungen.
In diesem Fall konstruieren wir mit einem Mosfet-Transistor einen eigenen Pegelwandler, der die angepassten Signale in beiden Richtungen übertragen soll. Bei
anspruchsvollen Schaltungen soll man darauf achten, dass die eingesetzten Bauteile den gesetzten Anforderungen entsprechen. Spezielle Pegelwandler müssen unter
Umständen neben Spannungsanpassung auch galvanische Trennung gewährleisten. Viele werden mit hoher Frequenzübertragung konfrontiert. In unserem Beispiel kommt der
Mosfet-Transistor IRFD110, der für einfache Anwendungen durchaus ausreichend ist und Signale in beiden Richtungen übertragen kann, zum Einsatz. Solche Pegelumsetzer werden als
bidirektionale Pegelwandler bezeichnet.
VDSS: 100 V
RDS: 0,54 Ohm
Id: 1,0 A
Technologie: N-Kanal
Kanäle: 1 Kanal
Ausführung: MOSFET
Bauform: HD-1
Ptot: 1,3 W
td (on): 6,9 ns
td (off): 15 ns
Betriebstemperatur: -55 °C - +175 °C
Symbol
IRFD110 Pinbelegung
Schaltplan
Grundschaltung
In der Testschaltung wird die Grundschaltung mit zwei Spannungsquellen ergänzt. Der einstellbare Spannungsregler LM317 liefert an den Anschluss LV 3,3V.
Eine Beispielschaltung mit LM317 als Spannungsregler findest du hier:
Folglich wird der Pegelwandler in unserem Beispiel mit den Signalen LV1=3,3 V und LV2=5 V getestet. Sobald an den Anschlüssen LV und HV die erforderlichen
Spannungen anliegen, kann der Test beginnen.
Die Schaltung verfügt außer dem Transistor IRFD110 noch über zwei Widerstände R1 und R2, die als Pullup-Widerstände fungieren.
Wenn am Anschluss LV1 ein LOW-Signal herrscht (LV1 ist mit Masse verbunden), schaltet der Transistor durch und zieht den Anschluss HV1 ebenfalls auf Masse.
Beide Seiten, LV1 und HV1 weisen somit LOW-Signal auf.
Wenn umgekehrt ein LOW-Signal an dem Anschluss HV1 angelegt wird, am linken Anschluss LV1 immer noch HIGH – Signal herrscht, bleibt der Transistor gesperrt. Über
die interne Diode des Transistors beginnt Strom zu fließen, wodurch das Potenzial an linker Seite sinkt. Die Spannung am Gate steigt, bis schließlich der Transistor
durchschaltet und den linken Anschluss LV1 endgültig auf Masse zieht. Auch hier herrscht auf beiden Seiten das LOW-Signal.
Wird an den linken Anschluss LV1 jetzt dagegen ein HIGH-Signal (z.B 3,3 V) angelegt wird, bleibt der Transistor gesperrt. Am rechten Anschluss HV1 herrscht damit
das Potenzial, das von der Spannung am HV bestimmt wird (z.B. 5V).
Wird abwechselnd an dem rechten Anschluss HV1 ein HIGH-Signal angelegt (5 V), bleibt der Transistor ebenfalls gesperrt. Dadurch herrscht auf dem linken
Anschluss LV1 die Spannung, die am Anschluss LV angeschlossen
ist (3,3 V).
Beim Test werden die Eingangssignale 3,3V und 5V abwechselnd von einem Spannungsregler mit LM2596 und 7-Segmentanzeige sowie einem
Signalgenerator stammen.
