Zwei Welten auf einem Steckbrett
Die Mikrocontroller-Welt kennt zwei verbreitete Logikspannungen. Ältere Boards wie der klassische Arduino Uno arbeiten mit 5 V, alles Modernere — und damit auch jeder ESP32 — mit 3.3 V.
Das ist kein Problem, solange man es weiss. Es wird eines, weil beide Welten dieselben Stecker, dieselben Kabel und oft dasselbe Steckbrett benutzen. Sensoren, Displays und Module gibt es in beiden Varianten, und man sieht ihnen von aussen nichts an.
Der ESP32 ist nicht 5-V-tolerant. An seinen Pins dürfen höchstens 3.3 V liegen (genauer: die Versorgungsspannung plus ein kleiner Zuschlag).
Was im Chip passiert
Der 5-V-Ausgang eines Sensors hängt direkt am GPIO. Die Verbindung ist rot und durchgestrichen.
An jedem Pin sitzen im Chip winzige Schutzdioden: eine gegen die Versorgung, eine gegen Masse. Sie sollen kurze Störspitzen ableiten — statische Entladungen etwa — und sind für genau das ausgelegt: kurz und selten.
Steigt die Spannung am Pin über die Versorgung plus etwa 0.3 V, also über rund 3.6 V, beginnt die obere Schutzdiode zu leiten. Dein 5-V-Signal speist damit Strom in die 3.3-V-Versorgung des ganzen Boards.
Und nun erinnere dich an die LED-Kennlinie aus Modul 7 — eine Diode verhält sich genauso. Sie hält ihre Spannung fest und begrenzt keinen Strom. Wie viel fliesst, bestimmt allein die Quelle. Ein 5-V-Ausgang, der ordentlich treiben kann, liefert bereitwillig mehr, als die winzige Schutzdiode dauerhaft verkraftet.
Der Schaden kommt oft mit Verzögerung
Das Tückische: Es raucht nichts. Meist funktioniert alles — erst einmal.
Die Schutzdiode wird bei jedem High-Pegel ein Stück weiter beschädigt. Der Pin wird nach und nach unzuverlässig, reagiert empfindlich auf Temperatur, und irgendwann fällt er ganz aus. Zwischen Ursache und Symptom liegen dann Tage oder Wochen — und niemand kommt mehr auf den Sensor, der seit Anfang an falsch angeschlossen war.
Ausserdem kann der eingespeiste Strom die 3.3-V-Schiene anheben und damit den ganzen Chip treffen, nicht nur den einen Pin.
Nur die Eingangsrichtung ist das Problem
Wichtig zur Einordnung — nicht jede Begegnung von 3.3 V und 5 V ist gefährlich. Es kommt auf die Richtung an:
| Fall | Kritisch? |
|---|---|
| 5-V-Gerät sendet an 3.3-V-Eingang | Ja. Der Pin sieht 5 V. Das ist der Fall aus Abb. 25. |
| 3.3-V-Ausgang sendet an 5-V-Eingang | Meist unkritisch: 3.3 V liegen bei den meisten 5-V-Eingängen über deren High-Schwelle. Nicht immer — im Zweifel Datenblatt. |
5 V versorgt das Board über VIN oder USB | Völlig normal. Der Spannungsregler auf dem Board macht daraus 3.3 V. |
Der letzte Punkt führt zur häufigsten Verwechslung: Ein ESP32-Board darf mit 5 V versorgt werden — aber nur an den dafür vorgesehenen Anschlüssen, nie an einem GPIO. Der 5V- oder VIN-Pin am Board ist ein Versorgungsanschluss, kein Signalpin.
Die Gewohnheit, die dich schützt
Bevor du irgendein Modul an einen ESP32 steckst, kläre eine Frage:
Mit welcher Spannung sendet dieses Ding auf seiner Datenleitung?
Steht es nicht im Datenblatt, miss es (Modul 11) — am Ausgang des Moduls, gegen dessen Masse, mit dem ESP32 noch nicht angeschlossen.
Und sei skeptisch bei Modulen, die „3.3 V und 5 V" auf der Platine stehen haben. Das bezieht sich oft nur auf die Versorgung; die Datenleitung kann trotzdem auf Versorgungsniveau schalten.
Kurze Selbstkontrolle
Zählt nicht — nur zum Prüfen, ob es angekommen ist.
1.Ab welcher Spannung beginnen die Schutzdioden eines 3.3-V-Pins zu leiten?
2.Welcher der folgenden Fälle ist unkritisch?