¿Por qué a menudo se usan dos transistores en lugar de uno?

Lo que tienes es básicamente un amplificador de dos etapas, dos amplificadores consecutivos. En tal configuración de circuito, la ganancia de ambos amplificadores se multiplica. Dado que cada etapa tiene una ganancia negativa en su ejemplo, la ganancia general es nuevamente positiva.

Así que digamos que Q1 y R2 tienen una ganancia de voltaje de -10 y Q2, junto con R3 también crean una ganancia de -10. Entonces, la ganancia general es 100, que es positiva y mucho más grande que la ganancia de una sola etapa.

En su ejemplo, esto significa lo siguiente: si UART_TXD sube, TX_TTL también lo hará. Si omite Q1 y alimenta Q2 directamente con UART_TXD, entonces TX_TTL bajará cuando UART_TXD sea alto.

Como han señalado otros, el objetivo principal aquí es lograr un convertidor de nivel no inversor.

Para los "puntos extra" puede usar el circuito a continuación.
El controlador debe poder proporcionar la corriente de salida (pero no el voltaje).
Como Iload_max = ~ 5V / 10k = 0.5 mA, la mayoría de las fuentes de entrada de entrada estarán bien.

Vin = alto = 3V3 - > Q1 apagado
Vout tirado alto por R2.

Vin = bajo = suelo - > Q1 encendido.
Vout atrajo a Vin a través de Q1 CE en
I load = 5V / 10k debe ser hundido por la unidad de entrada.

Este circuito tiene un valor especial cuando se maneja una carga de alto voltaje desde, por ejemplo, un microcontrolador. Vout max se establece mediante la tensión nominal de Q1.
El pin de la unidad de entrada debe poder hundir la corriente de carga.

Este es un amplificador de "base común" 'extraído'.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}