2. Zmieniacze poziomu

Zmieniacze poziomu

Nawet jeśli wejście do wzmacniacza ma średnią wartość zerową, wyjście często ma niezerowe średnie napięcie z powodu efektów polaryzacji. Te dc napięcia mogą powodować niepożądane przesunięcie, które niekorzystnie wpływa na działanie systemu.

Ponieważ op-amp jest wielostopniowy dc wzmacniacz o wysokim zysku, niechciany dc napięcia mogą być źródłem niepokoju. Niewielki offset na wczesnym etapie może nasycić późniejszy etap.

Przesuwniki poziomu są wzmacniaczami, które dodają lub odejmują znane napięcie z wejścia w celu skompensowania dc napięcia offsetowe. Wzmacniacze operacyjne są wyposażone w manetki poziomu.

Rysunek 7 ilustruje prosty przesuwnik poziomu. Pokazujemy, że ten przesuwnik działa jako wzmacniacz wzmocnienia jednostki ac zapewniając jednocześnie regulowane dc wyjście.

Rozpoczynamy analizę za pomocą KVL w pętli wejściowej rysunku 7 (a) i puszczamy vin = 0, aby uzyskać

(34)

Teraz od

(35)

rozwiązujemy dla dc wartość napięcia wyjściowego, Vna zewnątrz.

(36)

Równanie (36) pokazuje, że zmienia się RE, Vna zewnątrz można ustawić dowolne dc poziom (ograniczony do maksymalnie VBB-VBE). Od VBB jest dc poziom uzyskany z poprzedniego etapu, wzmacniacz ten służy do zmiany poziomu zniżkowy (do niższej wartości). Jeśli w górę zmiana biegów jest wymagana, używany jest podobny obwód, ale pnp tranzystory zastępują npn tranzystory. Kompletny obwód z aktywnym źródłem prądu pokazano na rysunku 7 (b).

Przesuwnik poziomu, praktyczny wzmacniacz operacyjny, symulacja obwodu

Rysunek 7– Przesunięcie poziomu

Zbadamy teraz obwód ac stosowane sygnały. Rysunek 7 (c) ilustruje ac obwód równoważny. Zauważ, że β2ib2 jest prądem kolektora w aktywnym źródle prądu i zakładamy, że jest ono stałe. Ponieważ ac wartość prądu wynosi zero, to źródło prądu jest zastępowane przez otwarty obwód. Piszemy ac równania za pomocą KVL.

(37)

i

(38)

Stosunek ac wyjście do ac wejście jest

(39)

Równanie (39) pokazuje, że jak ro2 staje się duży, stosunek wyjścia do wejścia zbliża się do jedności, a przesuwnik poziomu działa jak nadajnik emiterów ac. To jest pożądany rezultat.

Przykład 

Dwa sprzężone bezpośrednio wzmacniacze CE są umieszczone szeregowo, aby uzyskać pożądane wzmocnienie napięcia. Zaprojektuj przesuwnik poziomu, który zostanie umieszczony pomiędzy dwoma wzmacniaczami CE, aby zapewnić dc napięcie wystarczająco niskie, aby zapobiec nasyceniu drugiego wzmacniacza CE. Zrób to, zapewniając przesunięcie 1 V do drugiego etapu. Napięcie kolektora, VC, pierwszego wzmacniacza jest 4 V, a RC tego wzmacniacza to 1 kΩ. Zaprojektuj zmiennik poziomu, aby mieć IC 1 mA przy użyciu  zasilacz. Użyj źródła prądu typu pokazanego na rysunku 3 (patrz rozdział: Wzmacniacz różnicowy 1.3) z tranzystorami posiadającymi β (s) = 100, VBE(S) = 0.7 V i VON = 0.7 V.

Rozwiązanie: Przesunięcie poziomu pokazano na rysunku 7 (b). Musimy znaleźć wartości RE, R1, R2, R 'E. Ponieważ pierwszy wzmacniacz ma VC 4 V, wartość VBB dla równania (36) jest 4 V, podczas gdy RB tej formuły to 1 kΩ. Zauważ, że używa to równoważnego obwodu Thevenina poprzedniego wzmacniacza. Równanie (36) następnie daje,

Ustawianie punktu pracy tranzystora źródła prądu w środku dc mamy linię ładunkową

i

Napięcie w poprzek R 'E to 5.5 V. Następnie

Znamy teraz napięcia w poprzek R1 i R2 i opór równoległy. Daje to dwa równania, w których zakładamy, że prąd bazowy w dolnym tranzystorze z rysunku 9.7 (b) jest pomijalny.

i

Projekt jest więc kompletny.

WNIOSEK

Możesz również przeprowadzić te obliczenia za pomocą symulatorów obwodów TINA lub TINACloud, korzystając z narzędzia do interpretacji, klikając poniższy link.

Symulacja obwodu zmiany biegów