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Amplificadores Diferenciales
(1a parte)
Dr. José Ernesto Rayas Sánchez
Algunas de las figuras de esta presentación fueron tomadas de la página de internet de los autores del texto:
A.S. Sedra and K.C. Smith, Microelectronic Circuits. New York, NY: Oxford University Press, 1998.
2Dr. J.E. Rayas Sánchez
Amplificadores Diferenciales
! Introducción
! Par diferencial BJT
! Operación en señal pequeña del amplificador diferencial BJT
! Polarización en C.I.
! Amplificador diferencial con carga activa
! Par diferencial JFET
! Amplificadores diferenciales MOS
3Dr. J.E. Rayas Sánchez
Introducción
! Amplificador diferencial: uno de los módulos más utilizados en C.I.
! Empleados como etapas de entrada en los amplificadores operacionales (OP-AMPS)
! Muy utilizados en etapas de instrumentación
4Dr. J.E. Rayas Sánchez
Modos de Operación del Par Diferencial
Modo común
5Dr. J.E. Rayas Sánchez
Modos de Operación del Par Diferencial (cont)
Modo diferencial, con entrada grande positiva
6Dr. J.E. Rayas Sánchez
Modos de Operación del Par Diferencial (cont)
Modo diferencial, con entrada grande negativa
7Dr. J.E. Rayas Sánchez
Modos de Operación del Par Diferencial (cont)
Modo diferencial, con señal pequeña
8Dr. J.E. Rayas Sánchez
Ejemplo
Suponiendo vd = 0V, VCC = 10V, VEE = −5.7V, RE = 1KΩ, RC = 2.2KΩ, y una β grande para Q1 y Q2, calcular vc1 y vc2
vC1 vC2
VCC
VEE
RCRC
iE2iE1vd
RE
9Dr. J.E. Rayas Sánchez
Otro Ejemplo
Suponiendo una β grande para Q1 y Q2,
vC2
vB1
2 mA
-5 V
5 KΩ5 KΩ
Q1 Q2
a) calcular vc2
b) si Rc1 cambia a 2.5KΩ, recalcular vc2
10Dr. J.E. Rayas Sánchez
Modelo del BJT (NPN) en señal grande
TBE VvSB eIi /
β=
TBE VvSE eIi /
α=
11Dr. J.E. Rayas Sánchez
Análisis en Señal Grande
vC1 vC2
vB2vB1
I
VCC
VEE
RCRC
iE2iE1
TEB VvvSE eIi /)(
11−=
αTEB VvvS
E eIi /)(2
2−=α
TBB Vvv
E
E eii /)(
2
1 21−=
Iii EE =+ 21
TBB VvvE eIi /)(2 211 −+
=
TBB VvvE eIi /)(1 121 −+
=
12Dr. J.E. Rayas Sánchez
Curva Característica del Par Diferencial
13Dr. J.E. Rayas Sánchez
Problema
vC1 vC2
I
VCC
VEE
RCRC
iE2iE1vd
Calcular el valor de vd de tal forma que iE1= 0.8I
14Dr. J.E. Rayas Sánchez
Modelos del BJT en Señal Pequeña (repaso)
15Dr. J.E. Rayas Sánchez
Análisis en Señal Pequeña
vC1 vC2
I
VCC
VEE
RCRC
iE2iE1vd
Td VvC eIi /1 1 −+
= αTd VvC e
Ii /2 1+= α
)2/()2/(
)2/(
1 TdTd
Td
VvVv
Vv
C eeIei −+
= α
L++++=!3!2
132 xxxexusando
y suponiendo que Td Vv 2<<
222)2/1()2/1()2/1(
1d
TTdTd
TdC
vVII
VvVvVvIi ααα +=−++
+=
221d
mCvgIi +=α , similarmente
222d
mCvgIi −=α
16Dr. J.E. Rayas Sánchez
Análisis en Señal Pequeña (cont.)
d
ccd v
vvA 21 −= CmRg−=
17Dr. J.E. Rayas Sánchez
Modelo del BJT en Señal Pequeña (repaso)
18Dr. J.E. Rayas Sánchez
Análisis en Señal Pequeña (otro punto de vista)
eid rR 2)1( += β
πr2=
d
ccd v
vvA 21 −=
Ce
d Rr
A α−=
CmRg−=
19Dr. J.E. Rayas Sánchez
Amp. Dif. en Degeneración de Emisor
d
ccd v
vvA 21 −=
)( Ee
Cd Rr
RA+
−= α
)(2)1( Eeid RrR ++= β
1ysi >>>> βeE rR
E
Cd R
RA −=
])1([2 Eid RrR ++= βπ
20Dr. J.E. Rayas Sánchez
Problema
vC1 vC2
VCC
VEE
RCRC
iE2iE1vd
RE
Suponiendo una β = 150 para Q1y Q2, y si Vcc = 15V, Rc = 10KΩ, RE = 5KΩ, y VEE = −5.7V, calcular Ad y Zin
21Dr. J.E. Rayas Sánchez
Emisor Común (repaso)
rL vovi
?==i
oV v
vA ?=inZ
Lbo riv β−=
mgr βπ =
T
Cm V
Ig =
πriv bi =
LmL
V rgr
rA −=−=π
β
min g
rZ βπ ==
22Dr. J.E. Rayas Sánchez
Amp. Diferencial VS. Amp. en Emisor Común
21d
cmcvRgv −=
22d
cmcvRgv +=
d
ccd v
vvA 21 −=
CmRg−=
23Dr. J.E. Rayas Sánchez
Ganancia de Modo Común
CMc
c vRRv
21α−=
CMc
c vRRv
22α−=
CM
c
CM
cc v
vvvA 21 ==
RRA c
c 2−=
24Dr. J.E. Rayas Sánchez
Razón de Rechazo de Modo Común (CMRR)
RR
Rg
c
cm
2
21
−
−=
c
d
AACMRR = Rgm=
)dB(log20c
d
AACMRR =
25Dr. J.E. Rayas Sánchez
Ejercicios de Tarea
Resolver problemas 6.5, 6.7, 6.10, 6.12, 6.15, 6.18, 6.21, y 6.26 del libro de texto