2. Posuny úrovně

Posuny úrovně

Dokonce jestliže vstup do zesilovače má průměrnou hodnotu nula voltů, výstup má často nenulové průměrné napětí kvůli vlivům předpětí. Tyto dc napětí může způsobit nežádoucí posun, který nepříznivě ovlivňuje provoz systému.

Vzhledem k tomu, op-amp je multi-fáze dc zesilovač s vysokým ziskem, nechtěný dc může být zdrojem obav. Malý posun v rané fázi může saturovat pozdější fázi.

Posuvníky jsou zesilovače, které přidávají nebo odečítají známé napětí ze vstupu, aby se kompenzovaly dc posunutí napětí. Op-zesilovače mají ve své konstrukci posunovače úrovně.

Obrázek 7 znázorňuje jednoduchý posunovač úrovně. Ukazujeme, že tento řadič funguje jako zesilovač zesílení jednotky ac při nastavitelném nastavení dc výstup.

Analýzu začneme s použitím KVL ve vstupní smyčce z obrázku 7 (a) a ponecháme vin = 0 získat

(34)

Od té doby

(35)

řešíme pro dc hodnota výstupního napětí, Vout.

(36)

Rovnice (36) ukazuje, že se mění RE, Vout lze nastavit na libovolné požadované dc úrovni (omezeno na maximum. \ t VBB-VBE). Od té doby VBB je dc úroveň získaná z předchozího stupně, tento zesilovač se používá pro posun úrovně dolů (na nižší hodnotu). Li nahoru je vyžadováno řazení, používá se podobný obvod, ale PNP tranzistory jsou nahrazeny npn tranzistory. Kompletní obvod s aktivním zdrojem proudu je znázorněn na obrázku 7 (b).

Posunovač úrovně, praktický operační zesilovač, simulace obvodů

Obrázek 7– Posunutí úrovně

Nyní zkoumáme okruh ac signály. Obrázek 7 (c) ilustruje ac ekvivalentní obvod. Všimněte si, že β2ib2 je kolektorový proud v aktivním zdroji proudu a předpokládáme, že je konstantní. Protože ac hodnota proudu je nula, tento zdroj proudu je nahrazen otevřeným obvodem. Píšeme to ac rovnic pomocí KVL.

(37)

a

(38)

Poměr ac výstup do ac vstup je

(39)

Rovnice (39) ukazuje, že jako ro2 se stává velkým, poměr výstupu ke vstupu se blíží jednotě a posunovač úrovně působí jako sledovač emitoru ac. To je žádoucí výsledek.

Příklad 

Pro dosažení požadovaného zesílení napětí jsou v sérii umístěny dva přímé zesilovače CE. Navrhněte přepínač úrovně, který má být umístěn mezi dva zesilovače CE, aby poskytl a dc napětí dostatečně nízké, aby se zabránilo zesílení druhého zesilovače CE. Udělejte to tak, že poskytnete předpětí 1 V druhé fázi. Napětí kolektoru, VC, prvního zesilovače je 4 V a RC tohoto zesilovače je 1 kΩ. Navrhněte přepínač úrovně, aby měl IC 1 mA pomocí a  zdroj napájení. Použijte proudový zdroj typu znázorněného na obrázku 3 (viz kapitola: Diferenciální zesilovač 1.3) s tranzistory, které mají β (s) = 100, VBE(S) = 0.7 V a VON = 0.7 V.

Řešení: Posuvník úrovně je znázorněn na obrázku 7 (b). Musíme najít hodnoty RE, R1, R2, a R 'E. Protože první zesilovač má a VC hodnoty 4 V, hodnota VBB pro rovnici (36) je 4 V, zatímco RB tohoto vzorce je 1 kΩ. Všimněte si, že se používá ekvivalentní obvod Thevenin předchozího zesilovače. Rovnice (36) pak výnosy,

Nastavení provozního bodu tranzistoru zdroje proudu ve středu dc zatížení, máme

a

Napětí napříč R 'E je 5.5 V. Pak

Nyní známe napětí napříč R1 a R2 a paralelní odpor. To dává dvě rovnice, kde předpokládáme, že základní proud v dolním tranzistoru z obrázku 9.7 (b) je zanedbatelný.

a

Konstrukce je tedy kompletní.

APLIKACE

Tyto výpočty můžete provádět také pomocí simulátorů obvodu TINA nebo TINACloud, pomocí nástroje Interpreter kliknutím na níže uvedený odkaz.

Simulace hladin řazení