ganancia del amplificador diferencial

Gh-B, me temo que hay una especie de malentendido de tu parte.

• Primero, permítanme citar y comentar una oración de la respuesta de Dan Fritchman:
  " Generalmente para circuitos no lineales, este no es un número constante, sino una función de la señal de entrada " .

En mi opinión, esto puede dar lugar a graves malentendidos. Cada amplificador basado en transistores es un circuito no lineal y necesita polarización de CC. Por supuesto, si la señal de entrada contiene un voltaje de CC, el punto de operación en reposo (y, con él, la transconductancia y la ganancia) cambiará su valor. Pero este no es el caso clásico. Normalmente, polarizamos un dispositivo no lineal de este tipo por separado e independientemente de la "señal de entrada" que se va a amplificar. Y esto también se aplica al amplificador diferencial en discusión.

Hablando de una "señal de entrada", normalmente nos referimos a excursiones periódicas alrededor de un punto de operación fijo (sin ninguna parte de CC), y la transconductancia (y la ganancia) permanecerán constantes, siempre que las excursiones estén dentro de un límite (pequeño). ) rango: condiciones de señal pequeña. Para un amplificador diferencial, este rango es tan grande como (50---60) milivoltios.

• Su oración: " ... pero si la corriente se desvía hacia un lado (ignorando la corriente de fuga), entonces gm de ese lado será = 1 m / 25 mv = 40 mS, ¿cuál será la ganancia diferencial? "

Este es un caso extremo (un transistor apagado) y no podemos hablar de "ganancia de señal" porque no es posible permitir excursiones de señal en dos direcciones alrededor de este punto. Por supuesto, podemos identificar una pendiente de la curva de transferencia en estas condiciones, pero ¿con qué propósito? Es un número puramente teórico sin ninguna relevancia práctica.

• Por lo tanto: La característica de transferencia mostrada Id=f(Vd) es una función tanh y se puede usar para fines de amplificación "lineal" (mejor: casi lineal) alrededor del punto medio (en Vd=0) para valores de señal (y una señal consiste en variaciones de Vd) dentro de un rango pequeño. Este rango está limitado por las no linealidades permitidas que dependen de la aplicación.

Y la transconductancia gm se considera constante y está definida por la pendiente de la curva en Vd=0.

Ejemplo: para amplitudes de entrada de 50 mV, la distorsión de la señal (THD) provocada por la no linealidad de la característica tanh será aprox. THD=5%.

Comentario final: por supuesto, podemos imaginar un caso (teórico), en el que tenemos un voltaje de entrada (CC) constante en un transistor y un "voltaje de señal" en el otro transistor. En este caso, el "punto de reposo de CC" no estaría en Vd = 0, y la pendiente (transconductancia) alrededor de este nuevo punto de operación sería algo menor, pero ¿con qué propósito? Ahora se reduce el rango permitido de excursiones de señal alrededor de este punto de polarización (debido a una mayor no linealidad). Este es un caso teórico sin ninguna relevancia práctica.

Todo lo que has dicho aquí es correcto. Espero que la confusión sea solo en la interpretación de un término: ganancia .
Es cierto (y un lugar común) decir cosas como:

la ganancia diferencial del amplificador diferencial (mosfet o bjt) es _gmRc o _gm Rd

Pero más exactamente, podríamos decir que la ganancia de pequeña señal , o mejor aún, incremental , es gm*Rc. Esto se aplica únicamente a un cambio de entrada incremental, es decir, infinitesimalmente pequeño.

El modo principal de análisis en circuitos analógicos es el de versiones linealizadas de circuitos inherentemente no lineales . Los amplificadores de fuente común y emisor común son excelentes ejemplos. Tiene razón al señalar que una vez que cambia la corriente de polarización, incluso debido a cambios en la señal de entrada estática, la ganancia incremental cambia con ella.

Como se señaló en comentarios anteriores, la ganancia incremental es la pendiente de la curva de entrada-salida en cada condición de polarización. Generalmente, para circuitos no lineales, este no es un número constante, sino una función de la señal de entrada.

Calcular la ganancia de señal grande para una entrada de señal grande, digamos un cambio de 1 V, generalmente requiere un análisis no lineal que, al menos en forma cerrada, rara vez vale la pena. La simulación y el análisis de distorsión son siempre más comunes para los circuitos analógicos casi lineales.

Los arreglos de circuitos más elaborados ayudan a garantizar que el modelo linealizado siga siendo preciso en una gama más amplia de condiciones. Los amplificadores operacionales en configuraciones de retroalimentación son ejemplos principales. La alta ganancia de un amplificador operacional asegura que para cualquier señal de entrada de interés, la entrada diferencial del amplificador sea cercana a cero y su ganancia sea aproximadamente igual a su valor máximo.