2. Level Shifters
AKTUELL - 2. Level Shifter
VORHERIGER 1. Differenzverstärker
Pegelumsetzer
Selbst wenn der Eingang eines Verstärkers einen Durchschnittswert von Null Volt aufweist, weist der Ausgang aufgrund von Vorspannungseffekten häufig eine Durchschnittsspannung ungleich Null auf. Diese dc Spannungen können einen unerwünschten Versatz verursachen, der den Betrieb eines Systems nachteilig beeinflusst.
Da der Operationsverstärker mehrstufig ist dc Verstärker mit hoher Verstärkung, unerwünscht dc Spannungen können Anlass zur Sorge geben. Ein kleiner Versatz in einem frühen Stadium kann ein späteres Stadium sättigen.
Pegelumsetzer sind Verstärker, die eine bekannte Spannung vom Eingang addieren oder subtrahieren, um dies zu kompensieren dc Offset-Spannungen. Bei Operationsverstärkern sind Pegelumsetzer im Design enthalten.
Abbildung 7 zeigt einen einfachen Pegelumsetzer. Wir zeigen, dass dieser Shifter als Unit-Gain-Verstärker für fungiert ac während eine einstellbare Bereitstellung dc Ausgabe.
Wir beginnen die Analyse mit KVL in der Eingabeschleife von Abbildung 7 (a) und lassen vin = 0 zu erhalten
(34)
Jetzt seit
(35)
wir lösen für die dc Wert der Ausgangsspannung, V .
(36)
Gleichung (36) zeigt dies durch Variation RE, V kann auf jeden gewünschten Wert eingestellt werden dc Niveau (begrenzt auf ein Maximum von VBB-VBE). Schon seit VBB lernen muss die dc Pegel aus der vorherigen Stufe erfasst, wird dieser Verstärker verwendet, um den Pegel zu verschieben nach unten (auf einen niedrigeren Wert). Ob nach oben Schalten ist erforderlich, eine ähnliche Schaltung wird aber verwendet PNP Transistoren werden für die ersetzt NPN Transistoren. Eine vollständige Schaltung mit aktiver Stromquelle ist in Fig. 7 (b) gezeigt.
Abbildung 7 - Level Shifter
Wir untersuchen nun die Schaltung mit ac Signale angelegt. Abbildung 7 (c) zeigt die ac gleichartiger Schaltkreis. Beachten Sie, dass β2ib2 ist der Kollektorstrom in der aktiven Stromquelle, und wir nehmen an, dass er eine Konstante ist. Weil der ac Wert des Stroms ist Null, diese Stromquelle wird durch einen offenen Stromkreis ersetzt. Wir schreiben die ac Gleichungen mit KVL.
(37)
und
(38)
Das Verhältnis von ac Ausgabe an ac Eingabe ist
(39)
Gleichung (39) zeigt das als ro2 wird groß, nähert sich das Verhältnis von Ausgang zu Eingang der Einheit und der Pegelumsetzer wirkt wie ein Emitterfolger ac. Dies ist das gewünschte Ergebnis.
Beispiel
Zwei direkt gekoppelte CE-Verstärker werden in Reihe geschaltet, um die gewünschte Spannungsverstärkung zu erzielen. Entwerfen Sie einen Pegelumsetzer, der zwischen den beiden CE-Verstärkern platziert wird, um a dc ausreichend niedrige Spannung, um eine Sättigung des zweiten CE-Verstärkers zu verhindern. Stellen Sie dazu eine 1 V-Vorspannung für die zweite Stufe bereit. Die Kollektorspannung, VC, des ersten Verstärkers ist 4 V, und der RC dieses Verstärkers ist 1 kΩ. Entwerfen Sie den Level Shifter so, dass er eine IC von 1 mA mit a 
Netzteil. Verwenden Sie eine Stromquelle des in Abbildung 3 gezeigten Typs (siehe Kapitel: Differenzverstärker 1.3) mit Transistoren mit β (s) = 100, VBE(S) = 0.7 V und VON = 0.7 V.
Lösung: Der Pegelumsetzer ist in Abbildung 7 (b) dargestellt. Wir müssen die Werte von finden RE, R1, R2 und R 'E. Da der erste Verstärker eine VC von 4 V, der Wert von VBB für Gleichung (36) ist 4 V, während die RB dieser Formel ist 1 kΩ. Beachten Sie, dass hierfür das Thevenin-Ersatzschaltbild des vorherigen Verstärkers verwendet wird. Gleichung (36) ergibt dann
Einstellen des Arbeitspunktes des Stromquellentransistors in der Mitte des dc Belastungslinie haben wir
und
Die Spannung über R 'E ist 5.5 V. Dann
Wir kennen jetzt die Spannungen über R1 und R2 und der Parallelwiderstand. Dies ergibt zwei Gleichungen, bei denen wir annehmen, dass der Basisstrom im unteren Transistor von Abbildung 9.7 (b) vernachlässigbar ist.
und
Das Design ist somit vollständig.
Anmeldeformular
Sie können diese Berechnungen auch mit TINA- oder TINACloud-Schaltungssimulatoren ausführen, indem Sie auf den folgenden Link klicken.