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Conversor Bidirecional 3.3V – 5V
Cada vez mais existem circuitos e projetos que utilizam microcontroladores no seu interior. Desde o Arduino ao Raspberry Pi, todos nós conhecemos as mais variadas aplicações para estes pequenos computadores. Normalmente os seus portos de entrada e saída funcionam a 5V, mas existe um cada vez maior numero de microcontroladores e sensores a funcionarem a 3.3V. Alguns destes microcontroladores são tolerantes a tensões mais elevadas, mas muitos ficam danificados com a aplicação de tensões mais que a do seu normal funcionamento.
Este circuito é um conversor que permite interligar circuitos que funcionam a 5V com circuitos que funcionam a 3.3V. Por exemplo, quando ligamos um Arduino que funciona a 5V com um leitor de cartões SD que funciona a 3.3V, precisamos de converter os sinais que saem do Arduino com tensões de 0 a 5V em sinais que os cartões SD funcionam de 0 a 3.3, existem outras alternativas, mas este circuito utiliza de forma inteligente as propriedades de um mosfet e funciona de forma bidirecional, ou seja, o circuito não funciona apenas num sentido, funciona em ambos os sentidos. Muitas vezes ligamos os nossos processadores ao exterior através do barramento I2C e quando precisamos de interligar o nosso sistema de controlo que funciona a 3.3V com módulos que funcionam a 5V, torna-se necessário um circuito conversor que possa ser utilizado de forma bidirecional.
O funcionamento é muito simples, se colocarmos 3.3V no lado esquerdo do circuito, a source do mosfet fica ao mesmo potencial da gate e nada acontece, o mosfet não conduz, logo como existe uma resistência de 10k a polarizar aos 5V, existe também 5V na saída. No entanto, quando colocamos 0V no lado esquerdo do circuito, e como a gate mantém-se ligada aos 3.3V, o mosfet começa a conduzir e provoca a ligação entre o dreno e a source, colocando a saída a 0V. Obtemos assim a conversão de sinais de 3.3V em sinais a 5V.
O contrario também se verifica, quando colocamos 5V do lado direito do circuito o circuito permanece em repouso, existe 3.3V na gate e praticamente 3.3V na source através da resistência de polarização de 10k, logo a saída mantém-se a 3.3V. Mas quando aplicamos 0V no lado direito do circuito, o díodo que existe dentro do mosfet começa a conduzir e provoca a condução do mosfet, levando o lado esquerdo a ficar com 0V.
Graças a este tipo de funcionamento, podemos considerar o circuito bidirecional e utiliza-lo com o barramento I2C para interligar por exemplo um Raspberry Pi que funciona com o barramento I2C a 3.3V e um Arduino que funciona com o barramento I2C a 5V. Este circuito permite ainda funcionar apenas com 5V, poderíamos não ter disponível uma fonte de tensão a 3.3V, bastando para isso aplicar a alteração seguinte. Desta forma apenas precisamos de alimentar este circuito com a tensão de 5V.
De notar que este circuito tem como objetivo apenas a conversão de sinais e não ser utilizado como uma fonte de alimentação. Com este artigo, são fornecidos os componentes para a criação de um circuito de 4bits (4 conversores) e podemos utilizar estes componentes para construir um conversor SPI (4bits) ou dois conversores I2C (2bits cada).
Este circuito pretende ser uma ajuda preciosa e de rápida implementação no desenvolvimento de soluções com microcontroladores e deverá ser construído e testado com cautela porque muitos uC não são tolerantes a 5V nos seus pinos e irá levar a destruição dos mesmos. Divirta-se com esta montagem, esperamos que lhe seja útil nas suas montagens e projetos!