2. Level Shifters
AKTUEL - 2. Niveauskiftere
TIDLIGERE - 1. Differential forstærkere
Level Shifters
Selvom input til en forstærker har en gennemsnitsværdi på nul volt, har output ofte en gennemsnitlig spænding på ikke-nul på grund af forspændingseffekter. Disse dc spændinger kan forårsage en uønsket forskydning, der påvirker driften af et system negativt.
Da op-amp er en multi-fase dc forstærker med høj forstærkning, uønsket dc spændinger kan være en kilde til bekymring. En lille forskydning i et tidligt stadium kan mætte et senere stadium.
Level shifters er forstærkere, der tilføjer eller trækker en kendt spænding fra input for at kompensere for dc offset spændinger. Op-ampere har niveau shifters inkluderet i deres design.
Figur 7 illustrerer et simpelt niveau shifter. Vi viser at denne shifter fungerer som en enhedsforstærker til ac samtidig med at der stilles en justerbar dc udgang.
Vi begynder analysen ved at bruge KVL i inputsløjfen i Figur 7 (a) og udlejning vin = 0 for at opnå
(34)
Nu siden
(35)
vi løser for dc værdi af udgangsspænding, Vud.
(36)
Ligning (36) viser det ved at variere RE, Vud kan indstilles til enhver ønsket dc niveau (begrænset til maksimalt VBB-VBE). Siden VBB er dc niveau erhvervet fra det foregående trin, denne forstærker bruges til at flytte niveauet nedad (til en lavere værdi). Hvis opad skift er påkrævet, et lignende kredsløb bruges, men PNP transistorer er erstattet af nPN transistorer. Et komplet kredsløb med aktiv strømkilde er vist i figur 7 (b).
Figur 7-Level shifter
Vi undersøger nu kredsløbet med ac signaler anvendt. Figur 7 (c) illustrerer ac tilsvarende kredsløb. Noter det β2ib2 er samlerstrømmen i den aktive strømkilde, og vi antager, at det er en konstant. Fordi ac Værdien af strømmen er nul, denne aktuelle kilde erstattes af et åbent kredsløb. Vi skriver ac ligninger, der bruger KVL.
(37)
,
(38)
Forholdet mellem ac output til ac input er
(39)
Ligning (39) viser, at som ro2 bliver stor, forholdet mellem output og input nærmer sig enhed og niveauforskyderen virker som en emitterfølger til ac. Dette er det ønskede resultat.
Eksempel
To direkte koblede CE-forstærkere placeres i serie for at opnå den ønskede spændingsforstærkning. Design en level shifter, der skal placeres mellem de to CE-forstærkere for at give en dc spænding tilstrækkelig lav til at forhindre den anden CE-forstærker i at mætte. Gør dette ved at give en 1 V bias til anden fase. Kollektor spænding, VC, af den første forstærker er 4 V, og RC af den forstærker er 1 kΩ. Design niveau shifter at have en IC af 1 mA ved hjælp af en 
Strømforsyning. Brug en strømkilde af typen som vist i Figur 3 (Se kapitel: Differential forstærker 1.3) med transistorer med β (s) = 100, VBE(S) = 0.7 V og VON = 0.7 V.
Opløsning: Niveauforskydningen er vist i figur 7 (b). Vi skal finde værdierne af RE, R1, R2og R 'E. Da den første forstærker har a VC af 4 V, værdien af VBB for ligning (36) er 4 V, hvorimod RB af denne formel er 1 kΩ. Bemærk at dette bruger Thevenin tilsvarende kredsløb i den tidligere forstærker. Ligning (36) giver derefter,
Indstilling af aktuelt kilde transistor driftspunkt i midten af dc last linje, vi har
,
Spændingen på tværs R 'E er 5.5 V. Derefter
Vi kender nu spændingerne på tværs af R1 , R2 og den parallelle modstand. Dette giver to ligninger, hvor vi antager, at basisstrømmen i den nedre transistor i figur 9.7 (b) er ubetydelig.
,
Designet er derfor komplet.
ANSØGNING
Du kan også udføre disse beregninger med TINA eller TINACloud kredsløbssimulatorer ved hjælp af deres tolkværktøj ved at klikke på linket herunder.