2. Level Shifters
CURRENT - 2. Level Shifters
VORIGE- 1. Differentiële versterkers
Level Shifters
Zelfs als de invoer naar een versterker een gemiddelde waarde van nul volt heeft, heeft de uitvoer vaak een niet-nulgemiddelde spanning vanwege voorspanningseffecten. Deze dc spanningen kunnen een ongewenste offset veroorzaken die de werking van een systeem nadelig beïnvloedt.
Omdat de op-amp een meertraps is dc versterker met hoge versterking, ongewenst dc spanningen kunnen een bron van zorg zijn. Een kleine offset in een vroeg stadium kan een later stadium verzadigen.
Level shifters zijn versterkers die een bekende spanning toevoegen of aftrekken van de ingang om te compenseren dc offset spanningen. Op-versterkers hebben niveauverschuivingen die zijn inbegrepen in hun ontwerp.
Figuur 7 illustreert een eenvoudige niveauverschuiver. We laten zien dat deze shifter fungeert als een versterkende versterker voor ac terwijl het verstrekken van een instelbaar dc uitgang.
We beginnen de analyse door KVL te gebruiken in de invoerlus van figuur 7 (a) en te laten vin = 0 te verkrijgen
(34)
Nu sinds
(35)
we lossen op voor de dc waarde van uitgangsspanning, Vuit.
(36)
Vergelijking (36) laat dat zien door te variëren RE, Vuit kan naar wens worden ingesteld dc niveau (beperkt tot een maximum van VBB-VBE). Sinds VBB is de dc niveau verkregen uit de vorige fase, wordt deze versterker gebruikt om het niveau te verschuiven naar beneden (naar een lagere waarde). Als omhoog schakelen is vereist, een soortgelijk circuit wordt gebruikt maar PNP transistors worden vervangen door de nPN transistors. Een compleet circuit met actieve stroombron wordt getoond in figuur 7 (b).
Figuur 7- Niveauverschuiver
We onderzoeken nu het circuit met ac signalen toegepast. Figuur 7 (c) illustreert de ac equivalent circuit. Let daar op β2ib2 is de collectorstroom in de actieve stroombron en we nemen aan dat dit een constante is. Omdat de ac waarde van de stroom is nul, deze stroombron is vervangen door een open circuit. We schrijven het ac vergelijkingen met behulp van KVL.
(37)
en
(38)
De verhouding van ac uitvoer naar ac invoer is
(39)
Vergelijking (39) toont dat als ro2 wordt groot, de verhouding tussen uitvoer en invoer nadert eenheid en de niveauverschuiver werkt als een emittervolger voor ac. Dit is het gewenste resultaat.
Voorbeeld
Twee direct gekoppelde CE-versterkers worden in serie geplaatst om de gewenste spanningsversterking te bereiken. Ontwerp een niveauschakelaar die tussen de twee CE-versterkers moet worden geplaatst om te zorgen voor een dc spanning voldoende laag om te voorkomen dat de tweede CE-versterker verzadigd raakt. Doe dit door een 1 V-bias aan de tweede fase te geven. De collector spanning, VC, van de eerste versterker is 4 V, en de RC van die versterker is 1 kΩ. Ontwerp de level shifter om een te hebben IC van 1 mA met behulp van a 
stroomvoorziening. Gebruik een stroombron van het type dat wordt weergegeven in Afbeelding 3 (zie hoofdstuk: Differentiële versterker 1.3) met transistoren met β (s) = 100, VBE(S) = 0.7 V, en VON = 0.7 V.
Oplossing: De niveaushifter wordt getoond in figuur 7 (b). We moeten de waarden vinden van RE, R1, R2 en R 'E. Omdat de eerste versterker een heeft VC van 4 V, de waarde van VBB voor vergelijking (36) is 4 V, terwijl de RB van die formule is 1 kΩ. Merk op dat dit het Thevenin-equivalent circuit van de vorige versterker gebruikt. Vergelijking (36) levert dan op,
Instelling van het werkpunt van de stroombrontransistor in het midden van de dc laad lijn, we hebben
en
De spanning over R 'E is 5.5 V. Dan
We kennen nu de spanningen over R1 en R2 en de parallelle weerstand. Dit levert twee vergelijkingen op, waarbij we aannemen dat de basisstroom in de onderste transistor van figuur 9.7 (b) verwaarloosbaar is.
en
Het ontwerp is daarom voltooid.
TOEPASSING
U kunt deze berekeningen ook uitvoeren met TINA- of TINACloud-circuitsimulators door hun Interpreter-tool te gebruiken door op de onderstaande koppeling te klikken.