v - FCEIA

Amplificador
Diferencial
con BJT
Electrónica I - Año 2004
Prof. María Isabel Schiavon
FCEIA - UNR
v1 = v2 ⇒ VBE1 = VBE2
VCC
Rc
Rc
i C1
B1
+ i
B1
Q1
+
vO1
_
+
v_O2 Q2
v1
_
iC 1 = iC 2 = 2
vCE 1 = vCE 2
i C2
B2
+
i B2 v 2
_
i E1
E
i E2
Io
Q1 ≡ Q 2
Io
iB + iC + iE = 0
-VCC
v1 ≠ v2
VBE1 ≠ VBE2
iC 1 ≠ iC 2
iC 1 + iC 2 = I o
n
ó
i
c
a
z
i
r
a
l
o
P
Rc
Q1 ≡ Q 2
VCC
Rc
B1
+
Q1
+
i B2
+
_
vO2
vO1
_
Q2
B2
+
v2 =0
v 1 =0
_
VEQ = − VBE
i C2
i C1
i B1
i E1
v1 = v2 = 0
i E2
VE
_
2VCC
zona activa ⇔ Io ≤
RC
IC1Q = IC2Q
Io
-VCC
VCQ = VCC −
VCE1Q = VCE2Q = VCC + VBE −
Io
2
Io
2
RC
RC
IO
IO
=
≈
2α N 2
β>>1
s
r
e
y
ol
M
Eb
análisis en
gran señal
l
iC =
 v BE
VT

IS e


 IS

−1 −
 αI

 v BC
 e VT




−1


v BC
v BE




I S  VT
iE = −
e
− 1  − I S  e VT − 1 



αN 




En zona activa:
v BE >> VT
v BC ≤ 0
iC ≈ I S e
iE ≈−
IS
αF
v BE
e
VT
v BE
VT
iC ≈ I S e
v BE
VT
iC 1
iC 1
v BE 1 = VT ln
≈ VT ln
I S1
IS
iC 2
iC 2
v BE 2 = VT ln
≈VT ln
IS2
IS
vid = v1 - v 2
vid = v BE 1 - v BE 2
iC 1
vid = VT ln
iC 2
v id
iC 1 = iC 2 e
VT
iC 2 = iC 1 e
−
v id
VT
iC 1 = αF I0 − iC 2
iC 1 + iC 2
= − (i E 1 + i E 2 ) = I0
αF
v id
iC 1 = iC 2 e
iC 2 = iC 1 e
−
VT
iC 2 = αF I0 − iC 1
iC 1
v id
VT
iC 2


= αF I 0 1 + e


v
− id
VT


= αF I 0 1 + e


v id
VT








−1
−1
iC2
iC1
αF I 0
gmQ
La tensión
diferencial
produce las
variaciones de
las corrientes
de colector
0,5α F
I0
α F I0
=
4VT
vid
-3VT
iC 1

= α F I 0 1 + e


-VT
v id
−
VT




VT
−1
iC 2
3VT


= αF I 0 1 + e


v id
VT




−1
vO1 = VCC − iC 1R C = VCC − IC1R C ± i R C
c1
vO 2 = VCC − iC 2R C = VCC − IC2R C m ic 2R C
IC1 = IC2
Io
=
2α F
La señal entre los colectores
resulta:
vO = vO 1 -vO 2 = − (iC 1 − iC 2 )R C
La señal entre los
colectores queda
expresada en función
de los elementos del
circuito y la señal
diferencial de entrada
vid


VT
−
1
e

vo = α I 0R C 
F
vid

VT
+
1
e







vod
vid


VT
−
1
e

vo = α I 0R C 
F
vid

VT
+
1
e







α F I0
RC
VT 2VT
-2VT -VT
La salida tomada entre los
colectores sólo depende
de la tensión diferencial
−α F I 0
máxima tensión diferencial para
funcionamiento lineal: ±2VT
- 2VT ≤ v iD ≤ 2VT
RC
vid
Análisis de pequeña señal con excitación diferencial
v id = v BE 1 - v BE 2
VCC
Rc
Rc
+ i
B1
v_id /2
Q1
iE1
∆iC 1 = − ∆iC 2
i C2
i C1
B1
El potencial de emisor
permanece constante
+
+
vO2
_
vO1
_
B2
Q2
iE2
vE
Io
-VCC
_
iB2 v /2
id
+
el emisor se
comporta como
masa virtual para
señales a modo
diferencial
las variaciones de vCE se
reflejan directamente en la
salida correspondiente
Las variaciones de vCE producidas por una señal vid son las
mismas que se producirían en la salida de una configuración emisor
común sin resistencia de emisor excitado con una señal en su
entrada equivalente a la mitad de la tensión diferencial
+
vπ
vi
rπ
g mvπ
ro
Rc
vo
_
Q1
Entrada: -vid/2, Salida: vo2
vo2 = −
v id
2
Av ≈
g
R
m
c
(
2
vid)
Entrada vid/2, Salida: vo1
vo1=
_
_
Q2
vo
Av =
≈ − gm Rc
vi
+
+
v id
2
Av ≈ −
gm Rc
2
v id
Se define la ganancia a
modo diferencial simple
Avd S
vod S Avd
gm Rc
= v =
=−
id
2
2
Ganancia a modo diferencial simple
Avd S
vod S Avd
gm Rc
= v =
=−
id
2
2
Desfasa 180º
Si
vid = v1 – v2
vo1S = AvdS vid
vo2S = −AvdS vid
En fase con vid
Análisis con excitación a modo común
v1 = v2 = vic
VCC
vE sigue las variaciones de vic.
vE = vic−VBE ⇒∆ vCE
Rc
ie =
ve
rF
ie1 = ie 2
B1
+ i
B1
i C2
i C1
Las variaciones
de vE se reflejan
en la resistencia
de la fuente de
corriente
Rc
Q1
+
vO2
_
+
vO1
_
B2
iB2
vic
_
iE1
ve
=
= ∆iC 1 = ∆iC 2
2rF
iE2
vE
Io, rF
-VCC
_
Q2
vic
+
+
vic
_
A vc
+
rπ
gm vπ
ro
Rc
voc
2rF
_
A vc
v oc
=
v ic
g m Rc
≈ −
1 + g m 2 rF
A vc
vo1C = vo2C = Avc vic ≈ −
≈ −
Rc
2rF
Rc
2 rF
vic
Las señales a modo común de ambas salidas
están desfasadas 180o respecto a la señal de
entrada a modo común
vid = v1 − v2
VCC
Rc
i C2
iC1
B1
+
v
Q1
iB1
_1
i E1
z id ≈ 2 rΠ
Rc
+
_
+
vO1
_
vO2
Q2
i E2
VE
B2
i B2+
v_2
vic =
v1 + v2
2
Io
-V CC
z ic ≈ rΠ + 2 β rF
vid = v1 − v2
v o1 ≈
VCC
Rc
B1
i C2
+
Q1
iB1
+
_
+
vO1
_
vO2
Q2
v1
_
i E1
Io
vic −
B2
i B2+
v_2
FRS =
i E2
VE
vic =
2
2
Avd S
AvC
vid
≈ gm rF
vo2 = A vC vic + AvdS (-vid )
-V CC
v1 + v2
gm Rc
vo1 = Avcvic + AvdS vid
Rc
iC1
Rc
− 2r
F
vo 2 ≈
Rc
− 2r
F
vic +
gm Rc
2
vid
v1
Tensión
diferencial
v2
+
diferencial
+
vid = v1− v2
v1+ v2
vic = 2
Tensión a modo común
circuito lineal
amplificador
vo1
vo2
1
v1 = v ic + 2 v id
1
v 2 = v ic − 2 v id
v o1 = Avd S v id + Avc v oc
v o2 = − Avd S v id + Avc v oc
+
v1
AMPLIFICADOR
+
DIFERENCIAL
+
v
2
vid = v1− v2
vic =
vos
+
vod
circuito lineal
voc
vo S = Avd S vid + Avc voc
v1+ v2
2
(
vo S = Avd s vid
v
oc
+
FRs
)
FRs =
A vds
A vc