Amplificador diferencial de salida equilibrado de doble entrada:
La configuración del amplificador diferencial de salida de salida de doble entrada se muestra en la figura 20.2. En el circuito dado, se aplican dos señales de entrada VIN1 y VIN2 a las bases B1 y B2 de los transistores Q1 y Q2.
La entrada diferencial bajo amplificación es la diferencia de las dos señales de entrada VIN1 y VIN2 y denotada por VD. La salida en esta configuración está equilibrada a medida que se mide entre los dos coleccionistas C1 y C2, que están en el mismo terreno WRT potencial de CC.
1. Análisis de CC:
El análisis de CC de un circuito de amplificador diferencial se realiza para la determinación de los puntos de funcionamiento (ICQ y VCEQ) cuando no se aplica una señal (es decir, vin1 = vin2 = 0). Para el análisis de CC requerimos un circuito equivalente de CC del amplificador diferencial.
El circuito equivalente de CC del circuito dado en la Fig. 20.2 se muestra en la Fig. 20.3 que se obtiene configurando VIN1 = VIN2 = 0.
Dado que tanto los transistores Q1 como Q2 son idénticos (par coincidente) y también las cargas pasivas (rc1 = rc2 = rc) son las mismas, debemos determinar solo el punto Q para el transistor Q1. El mismo punto Q también se puede usar para el transistor Q2.
Aplicando la ley de voltaje de Kirchhoff al bucle base-emisor del transistor Q1 [Fig. 20.3].
y corriente base,
Aplicando la ley actual de Kirchhoff en el nodo E, tenemos
Sustituyendo = 2ie de la ecuación. (20.3) e Ib = IE/βDC de la ecuación (20.2) en la ecuación. (20.1), tenemos
donde VBE = 0.7 V para transistores de silicio y VBE = 0.3 V para transistores de germanio.
Por lo general, RI/βDC << 2re y, por lo tanto, la ecuación. (20.4) se puede reescribir como
Desde arriba Eq. (20.5), vemos que el valor de RE corrige la corriente del emisor en los transistores Q1 y Q2 para un valor dado de –Vee. Por lo tanto, el valor deseado de la corriente de polarización de CC emisor para un valor dado de –Vee se puede obtener seleccionando la resistencia del emisor RE de un valor adecuado.
Por lo tanto, vemos que la corriente del emisor en los transistores Q1 y Q2 es independiente de la resistencia al colector RC.
El voltaje en el emisor del transistor Q1 es aproximadamente igual a –vbe si se supone que la caída de voltaje a través de RI es negligentemente pequeña. Conociendo el valor de la corriente del emisor, es decir, de la ecuación. (20.5), el voltaje en el colector, VC se puede determinar a partir de la siguiente ecuación
y voltaje de coleccionista a emisor,
Por lo tanto, para los transistores ICQ y VCEQ se puede determinar utilizando EQS. (20.4) y (20.6) respectivamente, porque en el punto Q, es decir, icq y VCE = VCEQ.
El punto notable es que el análisis de DC Eqs. (20.4) y (20.6) son aplicables a las cuatro configuraciones de amplificadores diferenciales siempre que la disposición de polarización (como se discutió anteriormente) es la misma para cada una de ellas.
2. Análisis de CA:
Las expresiones para la AD de ganancia de voltaje diferencial, la ganancia de modo común ACM y el RIN de resistencia de entrada se pueden derivar del análisis de CA del amplificador diferencial de salida equilibrado de doble entrada.
Para el análisis de CA del amplificador diferencial que se muestra en la Fig. 20.2, los voltajes de CC +VCC y –Vee se establecen en cero y los modelos equivalentes de T de señal pequeña se sustituyen por los transistores Q1 y Q2, como se muestra en la Fig. 20.4 (a).
Los puntos notables sobre el circuito dado en la Fig. 20.4 (a) son los siguientes:
- Las corrientes del emisor IE1 e IE2 son iguales, por lo que R′E1 = R′E2. Es por eso que la resistencia dinámica o emisora de CA de los transistores Q1 y Q2 simplemente se denota por R′E.
- Se muestra que el voltaje en cada resistencia del colector tiene una diferencia de fase de 180 ° (es decir, en oposición de fase) con respecto a los voltajes de entrada VIN1 y VIN2. La asignación de polaridad está de acuerdo con la configuración de CE, el amplificador diferencial se construye básicamente en la configuración de CE utilizando dos circuitos CE idénticos.
- La polaridad del VOT de voltaje de salida indica que se supone que el voltaje en el coleccionista C2 es más positivo con respecto al del colector C1, a pesar de que ambos son terrenos de WRT negativos.
(i) Ganancia de voltaje: Aplicación de KVL a los bucles I y II del circuito dado en la figura 20.4 (a), tenemos
Sustituyendo IB1 = IE1/βAC e IB2 = IE2/βAC En las ecuaciones anteriores, tenemos
Por lo general, RI1/βAC y RI2/βAC, siendo muy pequeños, se descuidan y, por lo tanto, las ecuaciones anteriores se convierten en las siguientes:
Resolviendo por encima de las ecuaciones. (20.9) y (20.10) para las corrientes IE1 e IE2, tenemos
El voltaje de salida está dado por
Sustituyendo los valores de IE1 e IE2 de las ecuaciones. (20.11) y (20.12) En la ecuación anterior, tenemos
Por encima de la ecuación. (20.14) muestra que un amplificador diferencial amplifica la diferencia de dos señales de entrada como se esperaba. Las formas de onda de entrada y salida del amplificador diferencial de salida equilibrado de doble entrada se representan en la figura 20.4 (b).
Al definir Vin1 – Vin2 = Vd como la diferencia en los voltajes de entrada, la ecuación de ganancia de voltaje para el amplificador diferencial de salida de salida de doble entrada viene dada por
Por encima de la ecuación. (20.15) revela que la ecuación de ganancia de voltaje para el amplificador diferencial es independiente de la resistencia del emisor RE y esta ecuación es idéntica a la ecuación de ganancia de voltaje del amplificador CE.
(ii) Resistencia de entrada diferencial: la resistencia de entrada diferencial observada desde la fuente de la señal se define como la resistencia equivalente que se mediría en cualquiera de los terminales de entrada con el otro terminal conectado a tierra.
Por lo general, las resistencias de origen RI1 y RI2 son insignificantemente pequeñas y, por lo tanto, se ignorarán en la derivación de las resistencias de entrada Rin1 y Rin2 observadas a partir de las fuentes de señal de entrada Vin1 y Vin2 respectivamente.
La resistencia de entrada RIN1 vista desde la fuente de señal de entrada VIN1 se determina mediante la configuración de la fuente de señal VIN2 en cero y se expresa en forma de ecuación como
Sustituyendo el valor de IE1 de la ecuación. (20.11) En la ecuación anterior, tenemos
Por lo general, re >> r’e, lo que implica que (r′e + 2re) ≡ 2re y (r′e + re) ≡ re y, por lo tanto, la ecuación superior se convierte en
Del mismo modo, la resistencia de entrada Rin2 vista desde la señal de entrada VIN2 se determina con la fuente de señal VIN1 establecida en cero y se expresa en forma de ecuación como
Sustituyendo el valor de IE2 de la ecuación. (20.12) En la ecuación anterior, tenemos
Sin embargo, (2re + r ′) ≡ 2re y (re + re) = re desde r′e << re y, por lo tanto, la ecuación anterior para rin2 se convierte en
(iii) Resistencia de salida: la resistencia de salida puede definirse como la resistencia equivalente medida en cualquier terminal de salida con respecto a la tierra. Por lo tanto, la resistencia de salida Rout1 medida entre el colector C1 y la tierra es igual a la resistencia al colector RC [Fig. 20.4 (a)] es decir, rut1 = rc.
Del mismo modo, la resistencia de salida Rout2 medida entre el colector C2 y la tierra es igual a la resistencia del colector RC, es decir, Rout1 = RC.
3. Entradas no inversores e invertidas:
En el circuito de amplificador diferencial que se muestra en la Fig. 20.2, el voltaje de entrada VIN1 se conoce como una entrada no invertida como un voltaje positivo VIN1 solo proporciona un voltaje de salida positivo. Esto es obvio de la ecuación de ganancia de voltaje. (20.14).
Del mismo modo, el voltaje positivo VIN2 que actúa solo produce un voltaje de salida negativo y, por lo tanto, VIN2 se conoce como una entrada invertida [Eq. (20.14)].
En consecuencia, el terminal base B1 al que se impresiona VIN1 se conoce como el terminal de entrada no inversor, y el terminal base al que se aplica VIN2 se conoce como el terminal de entrada invertir.
El terminal de entrada no invertir está marcado con signo más (+) y el terminal de entrada de inversión está marcado con signo menos (-).
4. Ganancia de voltaje de modo común:
Si se aplican señales en fase VIN a cada base del amplificador diferencial, como se muestra en la Fig. 20.5 (a), la señal de entrada se conoce como señal de modo común VCM.
Idealmente, no habrá voltaje de salida de CA con una señal de entrada en modo común porque el voltaje entre las bases es cero. Sin embargo, debido a las imperfecciones dentro del amplificador diferencial, habrá un pequeño voltaje de salida de CA.
En la Fig. 20.5 (a) se aplican voltajes iguales a las dos entradas. Un amplificador diferencial nunca se usa deliberadamente de esta manera porque el voltaje de salida sería idealmente cero. Entonces, ¿cuál es la necesidad de discutir dicho circuito?
Esto se debe a que la mayoría de los tipos estáticos, de interferencia y otros tipos de pastillas indeseables son señales de modo comunes.
Debido a que el amplificador diferencial es un circuito simétrico, la resistencia al emisor RE se puede dividir en dos resistencias paralelas, como se ilustra en la Fig. 20.5 (b).
Debido a la simetría del circuito, el plomo que conecta los dos emisores E1 y E2 no llevan corriente, IE, ix = 0 porque los emisores E1 y E2 tienen el mismo potencial.
Con IX = 0, la conexión entre dos emisores se puede eliminar y los medios circuitos independientes resultantes se muestran en la figura 20.5 (c). El comportamiento en modo común se puede determinar desde la mitad del circuito.
Usando parámetros R, el modelo común para la mitad del circuito se representa en la figura 20.5 (d).
Refiriéndose a la figura 20.5 (d), tenemos
El voltaje de salida de modo común es, por lo tanto,
La ganancia de voltaje de modo común ACM es, por lo tanto,
5. Resistencia de entrada en modo común RIN CM
La resistencia de entrada en modo común se obtiene como debajo:
Resistencia de entrada de modo común,
6. Ratio de rechazo en modo común (CMRR)
Al haber definido ganancia de voltaje diferencial AD y ganancia de voltaje de modo común ACM, se puede calcular un valor de la relación de rechazo de modo común (CMRR) a partir de la siguiente ecuación
es decir, CMRR puede definirse como la relación de ganancia de voltaje diferencial a ganancia de voltaje en modo común.
Si un amplificador diferencial es perfecto, CMRR sería infinito porque en ese caso la ganancia de voltaje en modo común ACM sería cero.
El valor de CMRR también se puede expresar en términos logarítmicos como
Las hojas de datos generalmente enumeran los valores de AD y CMRR ‘, pero no el valor de ACM. Sin embargo, el valor de ACM se puede determinar a partir de la siguiente ecuación
