Level shifter menggunakan skema BJT

Saya sedang membaca buku Sirkuit elektronik dan sistem analogi, oleh Amitava Basak, ketika saya tersandung di sirkuit level shifter ini yang menggunakan BJT bukannya MOSFET yang biasa. Lihat gambar di bawah ini. Harap abaikan model transistor.

Saya bingung oleh Q2, transistor NPN tengah: apakah selalu mati?

Q5 terhubung dalam mode dioda, dan Vbe-nya tetap pada 0.7V
Menambahkan Q2 Vbe ditambah penurunan tegangan R2 maka harus memberikan 0,7V lagi
Di atas menyiratkan bahwa V2 Q2 kurang dari 0,7 ATAU dropo tegangan pada R2 adalah nol.

Membuang drop tegangan nol pada R2, bagaimana mungkin transistor yang dihidupkan memiliki basis untuk memancarkan tegangan di bawah 0,7V?

bjt level-shifting

— Saya DG
sumber

Pertimbangkan R2 terkait dengan -VEE dan bukan ke GND karena R3 adalah

— po.pe

Ide dasar di sini adalah menggunakan arus yang dihasilkan oleh

R_{3}

$R_3$ dan terhubung dioda

Q_{5}

$Q_5$ untuk mengatur

Q_{5}

$Q_5$ ini

V_{BE}

$V_\text{BE}$ dan karenanya arus yang dicerminkan (tetapi bukan 1: 1 karena

R_{2}

$R_2$ ) di

Q_{2}

$Q_2$ .

R_{2}

$R_2$ menjadikannya arus yang jauh berkurang di kolektor

Q_{2}

$Q_2$ , tetapi masih ditetapkan secara tidak langsung oleh

R_{3}

$R_3$ . Arus ini menciptakan penurunan tegangan yang dapat diketahui

R_{1}

$R_1$ . Sejak

Q_{1}

$Q_1$ Emitor adalah setetes yang dapat diketahui dari

V_{IN}

$V_\text{IN}$ dan sejak itu

R_{1}

$R_1$ memiliki setetes yang diketahui di atasnya,

V_{OUT}

$V_\text{OUT}$ akan menjadi penurunan yang bisa diketahui di bawah ini

V_{IN}

$V_\text{IN}$ dan itulah cara kerja shifter.

— Jon

Jawaban:

Apakah Q2 selalu mati?

Tidak, selalu aktif. Apa yang dilakukan Q2 adalah bahwa ia mencoba membuat aliran arus (kecil) ke kolektornya. Arus itu mencoba menarik tegangan pada Vout.

Q5, Q2 dan R2 adalah semacam cermin saat ini tetapi cermin yang buruk. Arus melalui R3 tidak disalin 1 ke 1 seperti dalam cermin saat ini "tepat". Sebaliknya karena R2 hadir, arus melalui Q2 akan jauh lebih kecil dari arus melalui R3 dan Q5. Di R3 kita mendapatkan tegangan VEE - 0,7 yang cukup konstan. Karena R3 adalah 1 kohm, arus melalui R3 akan menjadi beberapa mA. Seperti yang dikatakan saat ini melalui Q2 akan lebih kecil dari itu, seperti 100 uA atau kurang (100uA hanya dugaan saya, itu terlalu banyak pekerjaan untuk membuat angka yang lebih akurat, itu tidak masalah pula untuk menjelaskan cara kerja rangkaian). 100uA itu menyebabkan Vbe Q5 menjadi tidak 0,7 V tetapi sedikit lebih kecil seperti 0,6 V (= 0,7 V - 100 mV, karena 100 uA hingga R2 memberi 100 mV).

100 uA menarik Vout. Berlawanan adalah Q1 menarik output ke atas (melalui R1). Jika Vin cukup tinggi maka Q1 dapat memasok begitu banyak arus sehingga Vout akan ditarik, hampir ke nilai VCC.

Ketika Vin memiliki tegangan yang sangat rendah, Q1 akan dibuka jauh lebih sedikit, memasok lebih sedikit arus sehingga Q2 "menang" dan Vout ditarik ke bawah.

Q5 terhubung dalam mode dioda, dan Vbe-nya tetap pada 0.7V

Benar

Menambahkan Q2 Vbe ditambah penurunan tegangan R2 maka harus memberikan 0,7V lagi

Memang Vbe (Q2) + V (R2) = Vbe (Q5) = 0,7 V

Apa yang akan terjadi di sana adalah bahwa akan ada arus yang secara signifikan lebih kecil mengalir melalui Q2, R2 daripada yang mengalir melalui Q5.

Di atas menyiratkan bahwa V2 Q2 kurang dari 0,7 ATAU dropo tegangan pada R2 adalah nol.

Keduanya benar, Vbe (Q2) akan sedikit kurang dari 0,7 V dan akan ada penurunan tegangan kecil (kurang dari 100 mV) di R2.

— Bimpelrekkie
sumber

Saya tidak begitu mengerti bagaimana ini bekerja sebagai level shifter. Bukankah itu hanya bertindak sebagai pengikut emitor, dengan output sekitar 0,7V di bawah Vin?

— Pos Gizi

Anda benar, ini lebih merupakan pengikut voltase (dengan beberapa penurunan voltase) dan bukan levelshifter "benar" yang sesungguhnya.

— Bimpelrekkie

Maka bukan sirkuit yang sangat baik untuk beriklan sebagai level shifter!

— Pos Gizi

@Hearth Saya sepenuhnya setuju dengan Anda, tetapi beberapa orang menyebut sirkuit yang menggeser tegangan beberapa volt menjadi "levelshifter" meskipun itu lebih merupakan pengikut emitor ;-)

— Bimpelrekkie

@Bimpelrekkie, terima kasih atas jawaban komprehensifnya. Saya berasumsi tidak benar bahwa penurunan tegangan basis-emitor pada transistor diperbaiki pada 0,7V saat melakukan. Sekali lagi, cukup menerangi :) Cheers!

— Saya DG

Resistor $R_3$ , $R_2$ dan transistor $Q_2$ dan $Q_5$ membentuk sumber arus Widlar.

Sumber: https://en.wikipedia.org/wiki/Widlar_current_source

Sumber saat ini selalu aktif.

Ini sebenarnya bukan sirkuit yang berlaku untuk desain tingkat papan. Karena memerlukan transistor secara geometris dan termal cocok.

— sstobbe
sumber

+1 untuk meletakkan nama di atasnya. Baca menarik.

— Tidak penting