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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