Deslocador de nível usando o esquema BJT

Eu estava lendo o livro Circuitos eletrônicos analógicos e sistemas , de Amitava Basak, quando tropecei neste circuito de mudança de nível que usa BJTs em vez dos mosfets habituais. Veja a imagem abaixo. Desconsidere os modelos de transistor.

Estou intrigado com o Q2, o transistor NPN do meio: está sempre desligado?

Q5 é conectado no modo diodo, e seu Vbe é fixado em 0,7V
A adição de Q2 Vbe mais a queda de tensão no R2 deve então dar 0,7V novamente
O exposto acima implica que o Vbe do Q2 é menor que 0,7 OU a queda de tensão no R2 é zero.

Descartando a queda de tensão nula no R2, como é possível que um transistor ligado tenha uma base para a tensão do emissor abaixo de 0,7V?

bjt level-shifting

— I DG
fonte

Considere que o R2 está vinculado ao -VEE e não ao GND como o R3 é

— po.pe 13/02/19

A idéia básica aqui é usar uma corrente gerada por

R_{3}

$R_3$ e conectado por diodo

Q_{5}

$Q_5$ configurar

Q_{5}

$Q_5$ é

V_{BE}

$V_\text{BE}$ e, portanto, uma corrente espelhada (mas não 1: 1 por causa da

R_{2}

$R_2$ ) no

Q_{2}

$Q_2$ .

R_{2}

$R_2$ torna uma corrente muito reduzida no coletor de

Q_{2}

$Q_2$ , mas ainda é definido indiretamente por

R_{3}

$R_3$ . Essa corrente cria uma queda de tensão conhecida através

R_{1}

$R_1$ . Desde a

Q_{1}

$Q_1$ emissor é uma gota conhecida de

V_{IN}

$V_\text{IN}$ e desde

R_{1}

$R_1$ tem uma queda visível através dele,

V_{OUT}

$V_\text{OUT}$ será uma gota conhecida abaixo

V_{IN}

$V_\text{IN}$ e é assim que o shifter funciona.

— 21719

Respostas:

Q2 está sempre desligado?

Não, está sempre ligado. O que o Q2 faz é que ele tenta fazer um fluxo (pequeno) de corrente no coletor. Essa corrente tenta diminuir a tensão em Vout.

Q5, Q2 e R2 são uma espécie de espelho atual, mas ruim. A corrente através de R3 não é copiada de 1 para 1 como em um espelho de corrente "adequado". Em vez disso, como R2 está presente, a corrente no Q2 será muito menor que a corrente no R3 e Q5. No R3, obtemos uma tensão constante constante de VEE - 0,7 V. Como R3 é de 1 kohm, a corrente através de R3 será de alguns mA. Como dito, a corrente no Q2 será menor do que isso, como 100 uA ou menos (100uA é apenas o meu palpite, é muito trabalho tornar esse número mais preciso, o que não importa de qualquer maneira para explicar como o circuito funciona). Esse 100uA faz com que o Vbe de Q5 não seja 0,7 V, mas um pouco menor como 0,6 V (= 0,7 V - 100 mV, pois 100 uA através de R2 fornece 100 mV).

Aqueles 100 uA derrubam Vout. O oposto é Q1 puxando a saída para cima (através de R1). Se o Vin for alto o suficiente, o Q1 poderá fornecer tanta corrente que o Vout será puxado para cima, quase até o valor do VCC.

Quando Vin tem uma voltagem muito baixa, o Q1 será aberto muito menos, fornecendo muito menos corrente para que o Q2 "ganhe" e Vout seja puxado para baixo.

Q5 é conectado no modo diodo, e seu Vbe é fixado em 0,7V

Corrigir

A adição de Q2 Vbe mais a queda de tensão no R2 deve então dar 0,7V novamente

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

O que acontecerá lá é que haverá uma corrente significativamente menor fluindo pelo Q2, R2 do que pelo Q5.

O exposto acima implica que o Vbe do Q2 é menor que 0,7 OU a queda de tensão no R2 é zero.

Ambos são verdadeiros, Vbe (Q2) será um pouco menor que 0,7 V e haverá uma pequena queda de tensão (menos de 100 mV) no R2.

— Bimpelrekkie
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Não vejo bem como isso funciona como um deslocador de nível. Não atuaria apenas como um seguidor de emissor, com uma saída cerca de 0,7V abaixo de Vin?

— Hearth

Você está certo, é mais um seguidor de voltagem (com alguma queda de voltagem) e não um deslocador de nível "adequado" real.

— Bimpelrekkie 13/02/19

Portanto, não é um circuito muito bom anunciar como um deslocador de nível!

— Hearth

@Hearth Concordo plenamente com você, mas algumas pessoas chamam de um circuito que desloca uma tensão por alguns volts uma "levelshifter" Mesmo que seja mais um seguidor de emissor ;-)

— Bimpelrekkie

@Bimpelrekkie, obrigado pela resposta abrangente. Eu estava assumindo incorretamente que a queda de tensão do emissor-base em um transistor foi fixada em 0,7V durante a condução. Mais uma vez, bastante esclarecedor :) Felicidades!

— DG DG

Resistores $R_3$ , $R_2$ e transistores $Q_2$ e $Q_5$ formar uma fonte atual Widlar.

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

A fonte atual está sempre ativada.

Este não é realmente um circuito aplicável ao design no nível da placa. Como requer que o transistor seja geometricamente e termicamente combinado.

— sstobbe
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+1 por colocar um nome nele. Leitura interessante.

— importância