Sesgo de corriente constante en el amplificador diferencial:
En los amplificadores diferenciales discutidos hasta ahora, hemos utilizado la combinación de RE y VEE para producir la corriente de sesgo de CC emisor. Alternativamente, también se puede emplear un circuito de polarización de corriente constante para configurar la corriente de polarización del emisor DC.
En realidad, el sesgo de corriente constante en el circuito de amplificador diferencial se considera mejor, ya que proporciona estabilización de corriente y, por lo tanto, asegura un punto de operación estable para el amplificador diferencial.
El amplificador diferencial de salida de doble entrada y salida equilibrada con un sesgo de corriente constante resistiva se muestra en la figura 20.19. Al comparar los dos circuitos (circuitos que se muestran en las Figs.
20.2 y 20.19) Se nota que la resistencia del emisor RE ha sido reemplazada por un circuito de transistor de corriente constante Q3. La corriente del colector DC en el transistor Q3 está establecida por las resistencias R1, R2 y R3 y puede determinarse de la siguiente manera:
Voltaje en la base del transistor Q3,
Por regla de divisor de voltaje, descuida el efecto de carga de base
Voltaje en el emisor de Transistor Q3,
Actual de colección,
Sustituyendo el valor de VE3 de la ecuación. (20.42) En la ecuación anterior, tenemos
Debido a que las dos mitades del amplificador diferencial son simétricas, cada una tiene la mitad del IC3 actual. De este modo,
La corriente del colector del transistor Q3 (IC3) es fija y debe ser invariante porque no hay señal de entrada en la base o el emisor del transistor Q3.
Por lo tanto, el transistor Q3 es una fuente de corriente de emisor constante para los transistores Q1 y Q2 del amplificador diferencial [Fig. 20.19].
Hemos visto, en el análisis de circuitos de amplificador diferencial con sesgo emisor, que RE debe ser mucho más grande que R′E, es decir, re >> r′e. El sesgo de corriente constante, además del suministro de corriente de emisor constante, también proporciona una resistencia de fuente muy alta.
Esto se debe a que el equivalente de CA de la fuente de corriente de CC es idealmente un circuito abierto.
Por lo tanto, todas las ecuaciones de rendimiento derivadas de las diferentes configuraciones de amplificadores diferenciales con sesgo emisor también son válidas en el caso de amplificadores diferenciales con sesgo de corriente constante.
La estabilidad térmica del transistor de corriente constante Q3 se puede mejorar si la resistencia R1 se reemplaza por diodos D1 y D2 como se muestra en la figura 20.20. La base del transistor Q3 está sesgada con el divisor de voltaje que consiste en la resistencia de componentes R2 y los diodos D1 y D2.
Los diodos D1 y D2 ayudan a mantener constante la corriente del emisor IE3 a pesar de que hay una gran variación en la temperatura.
Desde el circuito que se muestra en la Fig. 20.20, se ve que la corriente I2 fluye al nodo en la base del transistor Q3 y luego se divide en ID de corriente de diodo y la corriente de base IB3 del transistor Q3.
En caso de que la temperatura del transistor Q3 aumente, su voltaje de emisor base VBE3 se reduce (en transistores de silicio, VBE se reduce en 2 mV/° C, y en los transistores de germanio, VBE se reduce en 1,6 mV/° C).
Debido a la reducción en VBE3, la caída de voltaje a través de R3 tiende a aumentar y, por lo tanto, la corriente del emisor IE3. Por otro lado, el voltaje cae a través de los diodos D1 y D2 también se reducen, lo que hace que una mayor porción de corriente I2 contribuya a la ID de corriente del diodo.
Esto hace que la corriente base i3 caiga, lo que evita cualquier aumento significativo en la corriente del emisor IE3.
La corriente del emisor del transistor Q3 se puede determinar de la siguiente manera:
Voltaje en la base del transistor Q3,
Suponiendo una caída de voltaje igual a través de los diodos y denotándolo por VD, voltaje en el emisor del transistor Q3,
y corriente de emisor a través del transistor Q3,
Suponiendo las mismas características para el transistor Q3 y los diodos D1 y D2, es decir, VD = VBE3, tenemos
Por lo tanto, la corriente del emisor a través del transistor Q3 depende de VD y resistencia R3. La caída de voltaje a través de los diodos depende del ID de corriente de diodo y la corriente de diodo es parte de la corriente I2 que depende del valor de la resistencia R2. Por lo tanto, la corriente del emisor IE3 puede variar variando R2 o R3.
El rendimiento se puede mejorar si usamos una matriz de transistores como CA3086 como fuente de corriente constante [Fig. 20.21]. Aquí se emplea un transistor aislado, y los diodos requeridos se forman mediante el empleo de transistores conectados para la operación de diodos. Sin duda, los diodos discretos también funcionarán. La Figura 20.21 muestra el diagrama funcional de CA3086.
Para diseñar un circuito de polarización de corriente constante representada en la figura 20.20, podemos proceder de la siguiente manera:
En primer lugar, elegir un transistor Q3 emisor Current i3.
Los valores de la resistencia R3 y R2 ahora se pueden determinar a partir de las ecuaciones. (20.43) y (20.44) respectivamente asumiendo VD1 = VD2 = 0.7V e I2 = IE3
A menudo usamos un diodo zener en lugar de diodos como se muestra en la figura 20.22, porque las zeners están disponibles en una amplia gama de voltajes y pueden tener un coeficiente de voltaje de temperatura coincidente con los de los transistores.
Del diagrama de circuito dado en la figura 20.22.
y voltaje en el emisor de Transistor Q3,
y así la corriente a través de la resistencia R3,
El valor de R2 debe seleccionarse para proporcionar i2 = 1.2 IZT donde IZT es la corriente mínima requerida para hacer que el diodo Zener realice en la región inversa (es decir, para bloquear el voltaje nominal VZ) y su valor se especifica en la hoja de datos de un diodo Zener.
El diodo Zener es bastante útil para mantener un voltaje de base constante y, por lo tanto, la corriente del emisor constante en un circuito de polarización de corriente constante.