2.2.5 Каскади зсуву рівнів напруг

При проектуванні аналогових інтегральних мікросхем використання роздільних конденсаторів між окремими підсилювальними каскадами, як це має місце в дискретній схемотехніці, неможливе. Тому для з'єднання окремих каскадів підсилення в таких випадках використовується лише гальванічний розв'язок. При цьому вихід попереднього каскаду підсилення омічно зв'язаний з входом наступного каскаду. Нижня межа частотної характеристики підсилювача з безпосереднім зв'язком f_н=0.

Але відсутність в колах зв'язку реактивних елементів ставить перешкоди для початкового режиму роботи окремих каскадів. При цьому від каскаду до каскаду відбувається зміщення постійної складової сигналу. Компенсація цього зміщення за допомогою резисторів, що вмикаються в емітерні кола транзисторів, як це буває у пристроях дискретної схемотехніки, неефективна, оскільки дуже знижується коефіцієнт підсилення і підвищуються втрати потужності. Для узгодження каскадів використовують схеми зміщення потенціального рівня, які повинні забезпечувати стабільну роботу каскадів, не вносити помилки в постійну складову сигналу при зміні напруги живлення і температури навколишнього середовища. Найчастіше схеми зміщення рівнів будують на основі джерел стабільного струму.

Н айпростіша схема зсуву потенціального рівня показана на рис. 2.25. Стабільний струм I₀ , проходячи через резистор R3, викликає на ньому напругу зміщення I₀R₃, тобто U_ВИХ = U_ВХ – I₀R₃. Оскільки струм I₀ строго постійний за рівнем, то постійна складова струму на виході практично не змінюється. I₀ залежить не тільки від струму зміщення I₁ а й від співвідношення номіналів резисторів R2 та R4. При R₂ = R₄ та I₀=I₁ , будь-яка змінна струму I₁ "дзеркально" відображається транзистором VT2. В такій схемі підсилення сигналу не відбувається, а джерело стабільного струму тільки виконує функцію високоомного нелінійного транзистора.

Схема на рис. 2.26, крім зсуву рівня постійної складової напруги на I₀R_E1+U_BE1, порівняно з її значенням на вході, підсилює сигнал, оскільки транзистор VT1 виконує функції емітерного повторювача. Як і в попередній схемі, струм I₀ задається джерелом стабільного струму на транзисторах VT2 і VT3. Оскільки вихідний опір даного каскаду, що задається резистором зміщення R_E1, достатньо великий, то дуже часто до вихідного каскаду зсуву під'єднують ще один каскад розв'язки — емітерний повторювач. Схеми зсуву потенціальних рівнів (рис. 2.25 та рис. 2.26) широко використовують у двокаскадних і трикаскадних операційних підсилювачах.

У схемах інтегральних компараторів часто використовують каскади зсуву потенціальних рівнів за схемою, поданою на рис. 2.27. До складу схеми входить стабілітрон VD, що являє собою перехід база-емітер планарного транзистора з напругою стабілізації 6...7 В. У цій схемі рівень постійної складової напруги зміщений на величину U_BE + U_ст. Схема такого каскаду зміщення проста, але має такі недоліки: напруга зсуву зажди фіксована; значні шумові складові у спектрі сигналу зумовлені режимом пробою p–n-переходу стабілітрона.