10.5. Каскады сдвига потенциальных уровней

Отказ от разделительных конденсаторов при соединении отдельных каскадов ИС требует применения элементов, обеспечивающих согласование выхода каскада со входом следующего каскада по величине (уровню) постоянного потенциала для сохранения работоспособности ИС.

Выходной потенциал каскада зависит от выбора рабочей точки верхнего транзистора, а следовательно, от его коллекторного напряжения. Включение резисторных делителей для понижения потенциала приводит к настолько сильному снижению коэффициента усиления сигнала, что этот способ в ИС не находит практического применения.

Вообще говоря, задача согласования решается в случае использования комплементарных БТ (рис. 10.16). В этой схеме осуществляется сдвиг (уменьшение) потенциала на величину, т.е.. Однако в полупроводниковых ИС изготовить в едином технологическом процессе высококачественные р-n-р-транзисторы не удается. Горизонтальные р-n-р-транзисторы, как правило, имеют низкий коэффициент передачи р (несколько единиц) и плохие частотные свойства. Их применение оправдано только в эмиттерных повторителях, источниках стабильного тока и в качестве активной нагрузки, но не в качестве основных усилительных элементов. В полупроводниковых ИС проблема согласования решается применением специальных каскадов сдвига уровня.

Простейший каскад сдвига уровня показан на рис. 10.17,а. Он представляет собой эмиттерный повторитель на транзисторе. Эмиттерная цепь состоит из резистора и источника стабильного тока, обеспечивающего постоянство тока. В качестве ИСТ может быть использованы схемы, показанные на рис. 10.15. В схеме на рис. 10.17,a уровень постоянной составляющей напряжения сдвинут на величину по сравнению с ее значением на входе. Вследствие постоянства тока уровень постоянной составляющей на выходе практически не изменяется.

Каскад ослабляет переменный сигнал незначительно, так как динамическое (выходное) сопротивление источника тока значительно больше сопротивления . Тем не менее следует заметить, что сопротивлениеиз условий согласования приходится выбирать достаточно большим, поэтому выходное сопротивление каскада оказывается значительным и при работе на низкоомную нагрузку будет проявляться ослабление переменного сигнала. Для борьбы с этим явлением в схему вводится дополнительный эмиттерный повторитель, исключающий влияние низкоомной нагрузки.

Задачу преобразования уровня может выполнить схема эмиттерного повторителя на составном транзисторе. В этом варианте сдвиг уровня увеличивается в 2 раза.

Разницу между входным и выходным напряжениями по сравнению с падением напряжения на эмиттерном переходе можно увеличить также включением в цепь эмиттера одного или нескольких диодов, как показано на рис. 10.17,б. Для более точного согласования включается резистор . Очевидно, что . Так как в качестве диодов используются интегральные транзисторы в диодном включении, тои.