Cambio di livello usando lo schema BJT

Stavo leggendo il libro Circuiti e sistemi elettronici analogici , di Amitava Basak, quando mi sono imbattuto in questo circuito di cambio di livello che utilizza BJT al posto dei soliti mosfet. Vedi l'immagine sotto. Ignorare i modelli di transistor.

Sono perplesso da Q2, il transistor NPN medio: è sempre spento?

Q5 è collegato in modalità diodo e il suo Vbe è fisso a 0,7 V.
L'aggiunta di Q2 Vbe più la caduta di tensione in R2 dovrebbe quindi fornire nuovamente 0,7 V.
Quanto sopra implica che Vbe di Q2 è inferiore a 0,7 OPPURE la caduta di tensione su R2 è zero.

Scartando la caduta di tensione nulla su R2, come è possibile che un transistor acceso abbia una tensione base-emettitore inferiore a 0,7 V?

bjt level-shifting

— I DG
fonte

Considera R2 legato a -VEE e non a GND come R3

— po.pe

L'idea di base qui è di usare una corrente generata da

R_{3}

$R_3$ e collegato a diodo

Q_{5}

$Q_5$ impostare

Q_{5}

$Q_5$ 'S

V_{BE}

$V_\text{BE}$ e quindi una corrente speculare (ma non 1: 1 a causa di

R_{2}

$R_2$ ) in

Q_{2}

$Q_2$ .

R_{2}

$R_2$ lo rende una corrente molto ridotta al collezionista di

Q_{2}

$Q_2$ , ma è ancora impostato indirettamente da

R_{3}

$R_3$ . Questa corrente crea una caduta di tensione evidente attraverso

R_{1}

$R_1$ . Da

Q_{1}

$Q_1$ L 'emettitore è una goccia conoscibile da

V_{IN}

$V_\text{IN}$ e da allora

R_{1}

$R_1$ ha una caduta conoscibile attraverso di essa,

V_{OUT}

$V_\text{OUT}$ sarà un calo conoscibile di seguito

V_{IN}

$V_\text{IN}$ ed è così che funziona il cambio.

— Jon

Risposte:

Q2 è sempre spento?

No, è sempre acceso. Quello che fa Q2 è che cerca di fare un (piccolo) flusso di corrente nel suo collettore. Quella corrente cerca di abbassare la tensione su Vout.

Q5, Q2 e R2 sono una specie di mirror corrente ma cattivo. La corrente attraverso R3 non viene copiata da 1 a 1 come in un mirror corrente "corretto". Invece, poiché R2 è presente, la corrente attraverso Q2 sarà molto più piccola della corrente attraverso R3 e Q5. Attraverso R3 otteniamo una tensione abbastanza costante di VEE - 0,7 V. Poiché R3 è 1 kohm, la corrente attraverso R3 sarà un paio di mA. Come detto, la corrente attraverso Q2 sarà più piccola di quella, come 100 uA o meno (100uA è solo la mia ipotesi, è troppo lavoro per renderlo un numero più accurato, che non importa comunque per spiegare come funziona il circuito). Quel 100uA fa sì che il Vbe di Q5 non sia 0,7 V ma leggermente più piccolo come 0,6 V (= 0,7 V - 100 mV, poiché da 100 uA a R2 si ottengono 100 mV).

Quei 100 uA abbattono Vout. Di fronte è Q1 che porta in alto l'output (attraverso R1). Se Vin è abbastanza alto, Q1 può fornire così tanta corrente che Vout verrà tirato su, quasi al valore di VCC.

Quando Vin ha una tensione molto bassa, Q1 verrà aperto molto meno, fornendo molta meno corrente, quindi Q2 "vince" e Vout viene abbattuto.

Q5 è collegato in modalità diodo e il suo Vbe è fisso a 0,7 V.

Corretta

L'aggiunta di Q2 Vbe più la caduta di tensione in R2 dovrebbe quindi fornire nuovamente 0,7 V.

Infatti Vbe (Q2) + V (R2) = Vbe (Q5) = 0.7 V

Quello che accadrà è che ci sarà una corrente significativamente più piccola che fluisce attraverso Q2, R2 rispetto a quella che fluisce attraverso Q5.

Quanto sopra implica che Vbe di Q2 è inferiore a 0,7 OPPURE la caduta di tensione su R2 è zero.

Entrambi sono veri, Vbe (Q2) sarà leggermente inferiore a 0,7 V e ci sarà una piccola caduta di tensione (inferiore a 100 mV) attraverso R2.

— Bimpelrekkie
fonte

Tuttavia, non vedo come questo funzioni come cambio di livello. Non agirebbe solo come un seguace dell'emettitore, con un'uscita di circa 0,7 V al di sotto di Vin?

— Focolare il

Hai ragione, è più un seguace di tensione (con qualche caduta di tensione) e non un vero e proprio cambio di livello "corretto".

— Bimpelrekkie,

Quindi non è un ottimo circuito essere pubblicità come un cambio di livello!

— Focolare il

@Hearth Sono pienamente d'accordo con te, ma alcune persone chiamano un circuito che sposta una tensione di alcuni volt un "interruttore di livello" anche se è più un seguace di emettitore ;-)

— Bimpelrekkie,

@Bimpelrekkie, grazie per la risposta esaustiva. Supponevo erroneamente che la caduta di tensione dell'emettitore di base su un transistor fosse fissata a 0,7 V durante la conduzione. Ancora una volta, piuttosto illuminante :) Saluti!

— I DG

resistenze $R_3$ , $R_2$ e transistor $Q_2$ e $Q_5$ formare una fonte attuale di Widlar.

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

La fonte corrente è sempre attiva.

Questo non è in realtà un circuito applicabile alla progettazione a livello di scheda. Poiché richiede che il transistor sia abbinato geometricamente e termicamente.

— sstobbe
fonte

+1 per averci assegnato un nome. Lettura interessante.

— importante