CURRENT MIRROR AND LEVEL SHIFTING

Prof. Barapate's Tutorials

14 Nov 202318:00

Summary

TLDRIn diesem Video werden die Funktionsweise und die Anwendungen von Stromspiegeln und Pegelverschiebungs-Schaltungen erklärt. Zuerst wird der Stromspiegel erläutert, ein Schaltkreis, der den Eingangsstrom mit dem Ausgangsstrom spiegelt, wobei die Bedeutung von Transistoren und Widerständen betont wird. Es werden auch die mathematischen Beziehungen und KCL-Regeln angewendet, um das Verhalten des Stromspiegels zu verstehen. Im zweiten Teil wird die Notwendigkeit von Pegelverschiebungen behandelt, um Verzerrungen in Signalpegeln zu vermeiden, und verschiedene Schaltungsansätze zur Lösung dieses Problems werden diskutiert, einschließlich der Verwendung von Stromspiegeln und anderen Modifikationen.

Takeaways

😀 Ein Current Mirror ist ein Schaltkreis, der den Strom durch ein Gerät (Q1) durch Steuerung des Stroms durch ein anderes Gerät (Q2) spiegelt.
😀 Der Hauptzweck eines Current Mirrors ist es, den Eingangsstrom so zu steuern, dass der Ausgangsstrom (Ic3) dem Emitterstrom von Q1 und Q2 entspricht.
😀 Das Current Mirror funktioniert, indem es die Basis-Emitter-Spannungen von zwei identischen Transistoren in Übereinstimmung hält, was zu identischen Stromwerten führt.
😀 KCL (Kirchhoffs Gesetz) wird verwendet, um Beziehungen zwischen den Strömen in verschiedenen Knoten des Schaltkreises herzustellen.
😀 Das Current Mirror eignet sich nicht gut für niedrige Ströme, da es zu einer hohen Leistungsdissipation führt und instabil wird.
😀 Um diese Instabilität zu vermeiden, kann der Widlar-Stromquelle (modifizierter Current Mirror) verwendet werden, bei der ein Widerstand an den Emitter von Q3 angeschlossen wird.
😀 Ein weiterer Nachteil des einfachen Current Mirrors ist, dass bei niedrigem I2-Wert der Widerstand R2 sehr groß sein muss, was die Leistung beeinträchtigt.
😀 Die Basis- und Kollektorströme der Transistoren sind in Beziehung zueinander, wobei angenommen wird, dass der Beta-Wert des Transistors sehr hoch ist (idealerweise unendlich).
😀 Ein Level Shifting wird benötigt, um Verzerrungen in Signalen zu vermeiden, die durch direkte Kopplung zwischen den Stufen eines Systems entstehen, und um die DC-Ebene auf Null zurückzusetzen.
😀 Es gibt verschiedene Methoden zur Durchführung von Level Shifting: Basis-Emitter-Schaltungen, modifizierte Emitter-Follower und Verwendung von Current Mirrors für Level Shifting.

Q & A

Was ist ein Current Mirror und welche Funktion erfüllt es?
-Ein Current Mirror ist eine Schaltung, die darauf abzielt, den Eingangsstrom (I1) auf den Ausgangsstrom (I2) zu spiegeln. Das bedeutet, dass der Ausgangsstrom ein Spiegelbild des Eingangsstroms ist, was durch die Verwendung von Transistoren erreicht wird, die identisch sind und den gleichen Strom führen.
Wie wird der Strom in einem Current Mirror gleich gehalten?
-Der Strom in einem Current Mirror wird durch den Kollektorstrom (Ic) der Transistoren Q1 und Q2 sowie durch den Widerstand R2 so angepasst, dass der Ausgangsstrom (I2) gleich dem Kollektorstrom (Ic3) wird.
Was ist das Hauptziel des Current Mirror Kreises?
-Das Hauptziel des Current Mirror Kreises ist es, den Strom I2 so zu gestalten, dass er dem Strom Ic3 entspricht. Das bedeutet, dass der Ausgangsstrom I2 das gleiche wie der Eingangsstrom Ic3 wird.
Was passiert, wenn der Wert des Widerstands R2 zu hoch ist?
-Ein zu hoher Wert von R2 führt zu einer höheren Leistungsaufnahme und kann den Wert des Kollektorstroms Ic3 beeinflussen, wodurch der Current Mirror instabil wird.
Warum ist der Current Mirror nicht für niedrige Ströme geeignet?
-Der Current Mirror ist nicht für niedrige Ströme geeignet, da der Wert des Widerstands R2 groß sein muss, um einen niedrigen Ausgangsstrom zu erreichen. Dies kann zu einer Erhöhung der Leistungsverluste führen und die Stabilität des Systems beeinträchtigen.
Was ist der Unterschied zwischen einem normalen Current Mirror und einem Widler Current Source?
-Der Widler Current Source ist eine modifizierte Version des Current Mirrors, bei der ein Widerstand am Emitter von Q3 hinzugefügt wird, um die Stabilität der Schaltung zu verbessern und die Leistungsaufnahme zu verringern.
Was ist die Funktion des Level Shifting in einer Schaltung?
-Level Shifting ist notwendig, um die DC-Spannung von einem Schaltungsabschnitt auf einen anderen zu übertragen, ohne die Ausgangsspannung zu verzerren oder zu verschieben. Es wird verwendet, um die DC-Komponente auf den gewünschten Wert zu bringen und Verzerrungen zu vermeiden.
Warum wird Level Shifting in Operationsverstärkern benötigt?
-Level Shifting wird in Operationsverstärkern benötigt, um die Verschiebung des DC-Niveaus zu verhindern, die durch direkte Kopplung zwischen den Stufen entstehen kann. Ohne Level Shifting könnten Verzerrungen und Instabilitäten in der Ausgangsspannung auftreten.
Was ist das Problem bei einem einfachen Emitterfolger als Level Shifter?
-Der einfache Emitterfolger hat den Nachteil, dass er nur bis zu einer Spannung von etwa 7 V arbeiten kann, da der Basis-Emitter-Spannungsabfall (Vbe) etwa 7 V beträgt. Dies begrenzt den möglichen Ausgangsbereich und kann zu Signalverzerrungen führen.
Wie funktioniert das Level Shifting mit einem Current Mirror?
-Das Level Shifting mit einem Current Mirror wird erreicht, indem der Kollektorstrom I1 so eingestellt wird, dass der Ausgangsstrom die gewünschte Spannung erreicht. Der Current Mirror sorgt dafür, dass der Strom stabil bleibt und somit das DC-Niveau im Ausgang auf den gewünschten Wert gebracht wird.