Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Lektsionnye_materialy_osen_2013 (1) / 23 Схемы сдвига уровня

.doc
Скачиваний:
58
Добавлен:
09.02.2015
Размер:
404.48 Кб
Скачать

23 Схемы сдвига уровня постоянного потенциала

Многокаскадное построение усилителей постоянного тока и в том числе большинства аналоговых микросхем, как правило, связано с использованием в составе усилительных трактов схемных конфигураций, обеспечивающих понижение (сдвиг) постоянных потенциалов в цепях межкаскадных связей. Необходимость включения схемы сдвига уровня (ССУ) обусловлена тем, что в микросхемах изготовление р-п-р транзистора с хорошими характеристиками связано с определенными технологическими трудностями. В связи с этим в аналоговых микросхемах стараются избегать использования транзисторов этого типа, и соответственно трактов с чередующимися по виду проводимости схемными построениями.

В каскадах ОЭ и ОБ на транзисторах п-р-п структуры постоянный потенциал на выходе всегда выше входного. В результате в многокаскадном тракте с непосредственными межкаскадными связями происходит многоступенчатое повышение потенциальных уровней от входа к выходу. Вследствие этого для нормальной работы многокаскадного тракта без ССУ требуются источники питания с повышенным значением напряжения.

Основным назначением ССУ является понижение постоянного потенциала при минимальном ослаблении сигнала. Обычно одновременно с выполнением этой функции ССУ выступает в роли буфера, уменьшающего влияние последующего каскада на предшествующей. Для выполнения этой дополнительной функции на входе ССУ включают повторитель напряжения. Простейшие варианты построения ССУ приведены на рисунке 1.

Рисунок 1. Простейшие схемы сдвига уровня

В ССУ на рисунке 1а нельзя получить понижения потенциалов до малых и нулевых значений, так как в этой схеме резистивный делитель одним выводом подключен к точке нулевого потенциала. Кроме того, в ней наблюдается существенное ослабление сигнала. Этих недостатков частично лишена схема на рисунке 1б, в которой питание нижнего зажима резистивного делителя осуществляется от источника напряжения отрицательной полярности. Коэффициенты передачи, близкие к единице, имеют схемы на рисунках 1в и г, в которых передача сигнального напряжения осуществляется через двухполюсник с малым дифференциальным сопротивлением.

На рисунке 2а изображена ССУ с ГСТ. Благодаря большому выходному динамическому сопротивлению ГСТ в ней коэффициент передачи близок к единице.

Рисунок 2. Схемы сдвига уровня

В схеме на рисунке 2б в качестве основного потенциалосдвигающего звена используется схема на биполярном транзисторе VT2, с напряжением стабилизации Ucт = Uбэ0 / , где  » R2 / (R1 + R2). Приближенность последнего соотношения связано с тем, что оно не учитывает шунтирующего влияния на резистор R2 входного сопротивления на постоянном токе базо-эмиттерного перехода Rбэ Uбэ0 / Iб0 транзистора. Приемлемость такого допущения выполняется в условиях, когда ток делителя Iдел, протекающий через резистор R2, существенно превышает базовый  Iб0 ток транзистора VT2. В этих условиях схема на рисунке 2в обеспечивает падение постоянного напряжение между зажимами а-б в соответствии с формулой

Uаб = Uбэ0 / b = Uбэ0 (R1 + R2) / R2.

Определим величину тока I0, втекающего в узел а. Согласно уравнению Эберса-Молла и последнему соотношению

Iк0 = Iоэ ехр (Uбэ0 / т Uт) = Iоэ ехр (bUаб / т Uт) (1)

Учитывая (1) и то,что I0 = Iдел + Iк0, получаем

I0 = b Uаб / R2 + IоЭ ехр (bUаб / т Uаб)

Обычно в схеме на рисунке 2б выполняется условие Iдел << Iк0, в результате чего I0 » IоЭ ехр (bUаб / т Uт) и

Uаб » mUт ln (I0 /IоЭ) / b = mUт ln (I0 /IоЭ) (R1 + R2) / R2 (2)

Соотношение (2) указывает на то, что выбором коэффициента деления b делителя можно задавать желаемые значения напряжения сдвига.

К достоинствам схемы сдвига уровня с двухполюсником (рисунок 2в) следует отнести малое динамическое сопротивление Rаб этого двухполюсника. Связано это с наличием в структуре двухполюсника петли ООС.