2. Level Shifters

Level Shifters

Anche se l'ingresso di un amplificatore ha un valore medio di zero volt, l'uscita ha spesso una tensione media non nulla a causa degli effetti di polarizzazione. Questi dc le tensioni possono causare un offset indesiderato che influisce negativamente sul funzionamento di un sistema.

Dal momento che l'op-amp è un multi-stage dc amplificatore ad alto guadagno, indesiderato dc le tensioni possono essere fonte di preoccupazione. Un piccolo offset in una fase iniziale può saturare una fase successiva.

Spostatori di livello sono amplificatori che aggiungono o sottraggono una tensione nota dall'input per compensare dc tensioni di offset. Gli amplificatori operazionali dispongono di levette di livello incluse nella loro progettazione.

La figura 7 illustra un semplice cambio di livello. Mostriamo che questo shifter funge da amplificatore di guadagno unitario per ac pur fornendo un regolabile dc produzione.

Iniziamo l'analisi utilizzando KVL nel loop di input di Figure 7 (a) e lasciando vin = 0 da ottenere

(34)

Da allora

(35)

risolviamo per il dc valore della tensione di uscita, Vsu.

(36)

L'equazione (36) mostra che variando RE, Vsu può essere impostato su qualsiasi desiderato dc livello (limitato a un massimo di VBB-VBE). Da VBB Europe è dc livello acquisito dal livello precedente, questo amplificatore viene utilizzato per spostare il livello verso il basso (ad un valore inferiore). Se verso l'alto è richiesto il cambio, viene utilizzato un circuito simile ma PNP i transistor sono sostituiti per il npn transistor. Un circuito completo con sorgente di corrente attiva è mostrato nella Figura 7 (b).

Level shifter, pratico amplificatore operazionale, simulazione circuitale

Figura 7- Traslatore di livello

Ora esaminiamo il circuito con ac segnali applicati. La figura 7 (c) illustra il ac circuito equivalente. Nota che β2ib2 è la corrente del collettore nella sorgente di corrente attiva e assumiamo che sia una costante. Perché il ac il valore della corrente è zero, questa sorgente di corrente è sostituita da un circuito aperto. Scriviamo il ac equazioni usando KVL.

(37)

ed

(38)

Il rapporto di ac uscita a ac l'input è

(39)

L'equazione (39) mostra che come ro2 diventa grande, il rapporto tra l'output e l'input si avvicina all'unità e il level shifter agisce come un seguace dell'emettitore ac. Questo è il risultato desiderato.

Esempio 

Due amplificatori CE ad accoppiamento diretto sono posti in serie per ottenere il guadagno di tensione desiderato. Progettare un traslatore di livello da posizionare tra i due amplificatori CE per fornire un dc tensione sufficientemente bassa da impedire la saturazione del secondo amplificatore CE. Fallo fornendo un bias 1 V al secondo stadio. La tensione del collettore, VC, del primo amplificatore è 4 V, e il RC di questo amplificatore è 1 kΩ. Progetta il level shifter per avere un IC di 1 mA usando a  Alimentazione elettrica. Utilizzare una sorgente di corrente del tipo mostrato in Figura 3 (vedere il capitolo: Amplificatore differenziale 1.3) con transistor che hanno β (s) = 100, VBE(S) = 0.7 V e VON = 0.7 V.

Soluzione: Il level shifter è mostrato in Figura 7 (b). Dobbiamo trovare i valori di RE, R1, R2e R 'E. Dal momento che il primo amplificatore ha un VC di 4 V, il valore di VBB per l'equazione (36) è 4 V, mentre il RB di quella formula è 1 kΩ. Nota che sta usando il circuito equivalente di Thevenin dell'amplificatore precedente. Equazione (36) quindi produce,

Impostazione del punto operativo del transistor della sorgente di corrente nel mezzo del dc linea di carico, abbiamo

ed

Il voltaggio R 'E è 5.5 V. Quindi

Ora sappiamo le tensioni in tutto R1 ed R2 e la resistenza parallela. Questo produce due equazioni, dove assumiamo che la corrente di base nel transistor inferiore della Figura 9.7 (b) sia trascurabile.

ed

Il design è quindi completo.

APPLICAZIONI

Inoltre, è possibile eseguire questi calcoli con i simulatori di circuiti TINA o TINACloud, utilizzando lo strumento Interprete facendo clic sul collegamento sottostante.

Simulazione del circuito dei livellatori