1 Cargas Activas: Motivación Emisor y Fuente común con carga activa

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FUENTES DE CORRIENTE Y CARGAS ACTIVAS
Cargas Activas: Motivación
Como se ha visto anteriormente la ganancia en modo diferencial de un
amplificador diferencial es:
Adm=-gmRC= -
I· RC
I ·R
=- C C
I/gm
VT
La ganancia es proporcional al producto IC·RC. Luego para una ganancia
dada Adm si se quiere un consumo reducido (IC ) deberemos maximizar
la resistencia (RC ). Problema de área ocupada en el chip. Ej. RC=2kΩ
50Ω/
15µm
40µm
7µm
Transistor MOS
Carga Activa
92µm
tecnun
Resistencia
FUENTES DE CORRIENTE Y CARGAS ACTIVAS
Emisor y Fuente común con carga activa
vDD
vDD
-
T2
Vce2
+
Iout=Ic1
+
Vi
-
T1
+
-
Vout=Vce1
Iout=Ic1
Vout=Vce1
-
T2
Vds2
T3
+
Iout=Id1
IREF
+
Vi
-
T1
IREF
+
-
T3
Vout=Vds1
Iout=Id1
Vout=Vds1
tecnun
1
FUENTES DE CORRIENTE Y CARGAS ACTIVAS
Estudio de gran señal
tecnun
FUENTES DE CORRIENTE Y CARGAS ACTIVAS
Estudio de pequeña señal
Caso Bipolar
V2=0
rπ2
+ v2
R0= r01 || r02
gm2v2
r02
ib
+
vi
-
+
v1
-
vout
rπ1
ie
gm1v1
r01
Av=-gm(r01 || r02)= -
1
VT VT
+
VA1 VA2
Av ~ 1000 a 2000
tecnun
2
FUENTES DE CORRIENTE Y CARGAS ACTIVAS
Estudio de pequeña señal
Caso MOS
Vgs2=0
+ vgs2
gm2vgs2
+
vi
-
r02
vout
+
vgs1
-
gm1vgs1
r01
R0= r01 || r02
Av=-gm(r01 || r02)
Av ~ 10 a 100
tecnun
FUENTES DE CORRIENTE Y CARGAS ACTIVAS
Amplificador de fuente común con un diodo conectado
como carga
vDD
M2
vout
+
Vi
-
M1
tecnun
3
FUENTES DE CORRIENTE Y CARGAS ACTIVAS
Estudio de gran señal
vDD
M2
vout
+
Vi
-
M1
I1=
k W
(Vgs1-Vt1)2
2 L 1
I2=
k W
(Vgs2-Vt2)2
2 L 2
Vout=VDD-Vgs2
Vout=VDD-Vt2Al ser I1=I2 y Vi=Vgs1
Vout=VDD-Vt2-
tecnun
2I2
k(W/L)2
(W/L)1
(V -V )
(W/L)2 i t1
Si M1 y M2 se encuentran operando en la región
activa y el efecto de cuerpo es despreciable.
FUENTES DE CORRIENTE Y CARGAS ACTIVAS
Estudio de gran señal
• Como puede observarse a partir de la ecuación
anterior la ganancia es constante y lineal para un
amplio rango de la señal de entrada, siempre y cuando
las tensiones umbral se mantienen constantes, por lo
que este tipo de amplificador presentará una muy
buena linealidad.
• Esta arquitectura suele emplearse para implementar
amplificadores de gran ancho de banda, pequeña
ganancia y alta linealidad.
tecnun
4
FUENTES DE CORRIENTE Y CARGAS ACTIVAS
Estudio de pequeña señal
gm1vi+(v0/r01)+(v0/r02)+gm2v0=0
gm1
v0
v1 = - gm2
r02
-gm2vs2
Vout= vs2
+
vi
-
+
vgs1
-
1
+g r
gm2r01 m2 02
1
1+
Si gm2r01>>1 y gm2r02>>1 entonces:
r01
gm1vgs1
1
gm1
v0
v1 ~ - gm2 = -
(W/L)1
(W/L)2
Av~10 a 20
tecnun
FUENTES DE CORRIENTE Y CARGAS ACTIVAS
Amplificador diferencial con carga activa
vDD
vDD
M3
M5
M4
vod
+
IREF1
+
M1
vi1
IREF2
M2
-
M8
tecnun
M3
M5
IREF1
+
+
v- i2
M7
Amplificador diferencial con
carga activa
IREF2
M1
vic
-
M6
M8
M6
Circuito para el cálculo del modo
común de un amplificador
diferencial con carga activa
5
FUENTES DE CORRIENTE Y CARGAS ACTIVAS
Amplificador diferencial con carga activa
vDD
vDD
T4
T3
ITAIL
2
V0
+
vi1
+
T2
T1
V0
ITAIL
2
+
+
T2
T1
vi1
v- i2
-
T4
T3
v- i2
-
ITAIL
ITAIL
tecnun
FUENTES DE CORRIENTE Y CARGAS ACTIVAS
Estudio de pequeña señal
r03||(1/gm3)||rπ3
vid
2
gm4vπ4
rπ4
i3
B1
vi1=vic+
+
vπ4
-
+
vπ1
-
i1
rπ1
i2
C1
gm1vπ1
r01
C2
r02
gm2vπ2
r04
v0
B2
+
rπ2 V
π2
-
vi2=vic-
vid
2
RTAIL
tecnun
6
FUENTES DE CORRIENTE Y CARGAS ACTIVAS
Estudio de pequeña señal
Si se considera r01 y r02 >>, entonces:
i1=gm1·vi1=gm1·
vid
2
i2=gm2·vi2 =-gm2·
vid
2
Luego al ser i1=-i3:
iout=-i2-i3=-i2+i1=gm·vid
Entonces:
Av=iout·RL=gm·vid·RL
tecnun
• Este resultado puede aplicarse de manera análoga a un amplificador
implementado con transistores MOS.
• Obsérvese que se obtiene una ganancia Av doble que la que se obtendría en
un amplificador diferencial con carga resistiva y salida única.
FUENTES DE CORRIENTE Y CARGAS ACTIVAS
Estudio de pequeña señal
r03||(1/gm3)||rπ3
B1
+
Vπ1=0
-
I3=0
i1=0
rπ1
+
vπ4
-
gm4vπ4
rπ4
I2=0
C1
gm1vπ1
r01
C2
r02
gm2vπ2
r04
v0
B2
+
rπ2 V =0
π2
-
RTAIL
tecnun
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FUENTES DE CORRIENTE Y CARGAS ACTIVAS
Estudio de pequeña señal
r04
v0
r02
R0=r02 || r04
tecnun
8
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