Konwerter poziomów logicznych – kiedy go użyć i jak działa?
Konwerter poziomów logicznych – kiedy go użyć i jak działa?
W projektach elektronicznych często spotykamy się z układami pracującymi na różnych napięciach logicznych – najczęściej 3,3 V oraz 5 V. Przykładowo: ESP32, STM32 czy Raspberry Pi operują na 3,3 V, podczas gdy Arduino (np. UNO, Nano) oraz wiele czujników i modułów używa 5 V.
Bezpośrednie łączenie takich układów może prowadzić do błędów komunikacyjnych, a w skrajnych przypadkach – do trwałego uszkodzenia mikrokontrolera lub czujnika.
Rozwiązaniem jest konwerter poziomów logicznych, czyli niewielki moduł, który pozwala na bezpieczną i niezawodną komunikację między układami o różnych poziomach napięcia.
🔍 Czym dokładnie jest konwerter poziomów logicznych?
Konwerter poziomów logicznych to układ elektroniczny, który umożliwia transmisję sygnałów cyfrowych pomiędzy urządzeniami pracującymi na różnych napięciach logicznych. Jego głównym zadaniem jest przekształcenie sygnału o wyższym napięciu (np. 5 V) na niższe (np. 3,3 V) oraz odwrotnie – z niższego na wyższe – bez zakłóceń i ryzyka uszkodzenia sprzętu.
🛠 Kiedy zastosowanie konwertera jest konieczne?
Użycie konwertera poziomów logicznych staje się niezbędne, gdy:
- jeden z układów pracuje na 5 V, a drugi na 3,3 V (lub odwrotnie),
- dany pin mikrokontrolera nie jest tolerancyjny na wyższe napięcia nie tolerują bezpośredniego podania 5 V na wejście GPIO,
- komunikacja ma charakter dwukierunkowy (np. I2C lub SPI z odczytem),
Ignorowanie tych różnic może prowadzić do:
- błędów transmisji (brak odczytu, zakłócenia, niepoprawne dane),
- uszkodzenia GPIO mikrokontrolera,
- skrócenia żywotności modułu lub czujnika.
Budowa i zasada działania (na przykładzie MOSFET-ów)
Na schemacie przedstawiono jeden z najpopularniejszych sposobów realizacji konwersji poziomów logicznych z 5 V do 3,3 V (i odwrotnie), z wykorzystaniem tranzystora typu N – BSS138.
W tym układzie:
- MOSFET działa jak przełącznik między linią wysokiego napięcia (HV – 5 V) a niskiego napięcia (LV – 3,3 V).
- Obie linie są podciągnięte do swoich napięć zasilających przez rezystory R1 i R2 (po 10 kΩ).
- Bramka tranzystora (G) jest na stałe połączona z napięciem 3,3 V.
- Gdy sygnał na stronie LV przechodzi w stan niski (0), tranzystor przewodzi i ściąga linię HV do masy – pojawia się logiczne 0 również po stronie 5 V.
- Gdy na LV pojawia się logiczna jedynka (3,3 V), tranzystor się wyłącza, a linia HV zostaje podciągnięta do 5 V przez rezystor R1.
🔌 Jak poprawnie podłączyć konwerter w praktyce?
Typowy moduł konwertera poziomów logicznych posiada:
- 4 linie HV1–HV4 (strona 5 V),
- 4 linie LV1–LV4 (strona 3,3 V),
- oraz piny zasilania: HV (np. 5 V) i LV (np. 3,3 V),
- masa wspólna GND.
Kroki podłączenia:
- Podłącz GND obu układów do wspólnej masy.
- LV – podłącz do 3,3 V (np. z ESP32).
- HV – podłącz do 5 V (np. z Arduino lub czujnika).
- Podłącz sygnały zgodnie z kierunkiem komunikacji, np. LV1 ⇄ HV1 dla linii SDA, LV2 ⇄ HV2 dla SCL.
🧠 Na koniec – co warto zapamiętać?
Jeśli bawisz się elektroniką i łączysz różne moduły – wcześniej czy później trafisz na problem różnych poziomów napięć. I tu właśnie wchodzi konwerter poziomów logicznych, cały na biało.
To mały, tani moduł, który ratuje twoje mikrokontrolery przed spaleniem, a projekty przed dziwnym zachowaniem i błędami transmisji. Szczególnie ważny, gdy masz do czynienia z ESP32, STM32 czy Raspberry Pi, które pracują na 3,3 V i nie lubią 5 V bez ostrzeżenia.
Warto zapamiętać:
- Zawsze sprawdzaj, na jakim napięciu działa dany układ.
- Nie zakładaj, że „na pewno zadziała” – bo czasem działa… raz 😉
- Konwerter to prosty sposób na bezpieczną i stabilną komunikację między światem 3,3 V i 5 V.
Dobrze podłączony konwerter = mniej stresu, więcej zabawy z elektroniką. 🚀
Prezentowaną w artykule elektronikę znajdziesz oczywiście w naszym sklepie 👉 sklep.msalamon.pl 👈Zapraszamy również na nasze social media, gdzie na bieżąco informujemy o nowych produktach oraz o najciekawszych promocjach 😎👇
