Ganancia de modo común Amplificador diferencial BJT

Una forma de encontrar las ganancias es elegir un punto de operación, analizarlo, luego perturbarlo un poco y analizarlo. Se necesitan pertubaciones separadas para un cambio de modo común y un cambio de modo diferencial.

Por ejemplo, analice todo a 0 V en ambas entradas. Para la ganancia de modo común, eleve cada entrada 1 V y analice lo que sucede con la salida. El cambio en la salida dividido por el cambio en la entrada (1 V en este ejemplo) es la ganancia de modo común.

De manera similar, comenzando con el caso analizado anteriormente de ambas entradas en 0, eleve la entrada positiva 1 mV y vea lo que obtiene. La ganancia de modo diferencial es entonces el cambio de salida resultante dividido por el cambio de voltaje de entrada diferencial (1 mV en este ejemplo). Si la salida se recorta, entonces el cambio de entrada fue demasiado grande. En ese caso, haga que el cambio de entrada sea más pequeño y vuelva a intentarlo.

EDITAR : Mi respuesta fue actualizada. En la primera versión, por error, supuse que se solicitaba la resistencia de entrada de modo común, en lugar de la ganancia de modo común.

En lugar de proporcionar la fórmula completa para la ganancia de modo común, me gusta describir la forma de derivar el resultado deseado. Esto debería permitirle resolver la tarea usted mismo.

Como sabe, la ganancia es la relación de salida a entrada. Para señales de modo común, en principio, sería suficiente considerar una sola entrada porque ambos transistores están haciendo lo mismo. Por lo tanto, al observar una sola entrada, debe analizar una etapa de emisor común simple con retroalimentación negativa causada por la resistencia en la pata del emisor común. Este efecto de retroalimentación, por supuesto, disminuye drásticamente la ganancia de modo común.

En el presente caso, la realimentación no la proporciona una resistencia óhmica (Re), sino una resistencia diferencial (dinámica) (re). Esta resistencia de realimentación re tiene un valor finito (resistencia de salida de a bjt idéntica a la pendiente inversa de la característica Ic=f(Vce) del transistor en la pata común del emisor).

Por lo tanto, se puede aplicar la fórmula de ganancia conocida para una etapa de emisor común con retroalimentación resistiva. Sin embargo, hay un punto importante que no debe pasarse por alto:

El cambio de corriente que se observará en la resistencia de retroalimentación para la operación en modo común es causado por AMBAS señales de entrada (iguales). Por lo tanto, el cambio de voltaje correspondiente que causa el voltaje de retroalimentación es el DOBLE del valor que pertenece a un solo transistor. Este efecto se cubre fácilmente si reemplazamos "re" en la fórmula de la resistencia de entrada por la expresión " 2re ". Eso es todo.

La ganancia de modo común de pequeña señal de este circuito depende completamente de las imperfecciones en los componentes y, por lo tanto, su "valor teórico" es solo 0.

Deje que todas las resistencias de 1 kOhm sean exactamente iguales, que dos transistores diferenciales sean exactamente iguales y que la corriente del colector de BJT con pines 3 4 5 sea independiente en V CE. Luego, el aumento de ambos voltajes de entrada en la misma cantidad (por ejemplo, 10 mV) provoca un aumento del voltaje del emisor común (7 10 5) exactamente en 10 mV. La corriente a través de la fuente de corriente BJT no cambia y los voltajes de salida siguen siendo los mismos.

Para un caso no ideal, debe considerar la dependencia de la corriente del colector BJT en V CE (voltaje del colector al emisor). Esta dependencia es bastante débil para los BJT modernos, puede encontrarla en hojas de datos de gráficos IC vs V CE.

En cuanto a la ganancia diferencial de señal pequeña, es 1 kOhm * SE * h, aquí SE es una conductancia de entrada de BJT en su punto de operación y h es la ganancia de corriente de BJT. Estos valores también se pueden encontrar o derivar de las hojas de datos.

Creo que la razón por la que tiene dificultades es que puede ver que el espejo actual mantiene aproximadamente una corriente de modo común constante. Esto significa que una señal aplicada por igual a Vin1 y Vin2 no provocará ninguna variación en el voltaje de salida de modo común. Entonces la ganancia de modo común es cero. Por supuesto, nada es perfecto y la ganancia del modo común en la vida real será mayor que cero, pero aún muy baja. Y esa es la virtud del par de entrada diferencial.

El amplificador diferencial tiene una ganancia de un solo extremo de 20 y una ganancia de dos extremos de 40.