tensión de modo común máxima posible para npn

Question

tensión de modo común máxima posible para npn

JordenSH

En primer lugar, me gustaría agradecer a todos aquí por brindar la ayuda. Este gran recurso me permite entender cosas más allá de lo que solo ofrece mi libro de texto. Tengo la pregunta a continuación:

Aquí está la figura a la que se refieren en la pregunta:

(Fuente de las imágenes: libro "Microelectronic Circuits" de Sedra/Smith, 7ª edición, capítulo 9 )

AQUÍ SE OLVIDA DE INSERTAR UNA SUPOSICIÓN IMPORTANTE

Y EXPLICA POR QUÉ FALTAN 0.4 V tomados de sedra-smith

Entonces, usando el modelo de análisis de señal pequeña, que no lo aburrirá, pude encontrar el valor de Rc = 5k ohmios, que concuerda totalmente con la respuesta del libro de texto. Ahora mi lucha es encontrar el Vcm máximo. aqui esta mi analisis

V_{C metro, metro a X} = V_{B mi} + V_{C} = 0.4 + V_{C C} - \frac{I}{2} R_{C} = 0.4 + 5 - (0.5 metro A) (5 k Ω) = 2.9 V

$\begin{equation} V_{cm,max}=V_{BE}+V_C=0.4+V_{CC}-\frac{I}{2}R_C=0.4+5-\left(0.5mA\right)\left(5k\Omega \right)=2.9V \end{equation}$

Pero mi libro dice que:

V_{C metro, metro a X} = 1.6 V

$\begin{equation} V_{cm,max}=1.6V \end{equation}$

¿Alguien puede decirme cómo sucedió eso? ¡Estoy realmente confundido! De forma anticipada, muchas gracias por su ayuda.

ACTUALIZACIÓN 1: Aquí hay una simulación LTspice del problema. Avíseme si mi modelo es correcto o no porque soy un principiante con LTSpice. Puede ver en los resultados de la simulación que el cambio en los voltajes y corrientes del colector no ocurre hasta alrededor de vb = 2.9V

Sven B.

Me parece que para qué operación es necesaria implica que debe tener en cuenta una oscilación de salida diferencial adicional. También creo que es incorrecto calcular el rango del modo común de entrada sin mencionar la base (por ejemplo, un

V_{B E}

$V_{BE}$ ). A pesar de esto, tampoco puedo ver cómo el rango de entrada de CM sería tan limitado.

broma

Ha proporcionado una fórmula, no un análisis. Proporcione el razonamiento sólido que usó para llegar a esa fórmula. Además, ¿de dónde vinieron esos 400 mV? No está en el texto que ofreces. Si se me permite aplicar 400mV al problema, puedo razonar sólidamente un caso para su

1.6 V

$1.6\:\text{V}$ . Bajo ninguna circunstancia puedo encontrar una manera de aceptar su fórmula. Entonces, su razonamiento aquí ayudaría a identificar su error.

G36

Principalmente se olvidó de la oscilación de voltaje en el colector del transistor.

JordenSH

Creo que el problema se está derritiendo conmigo agregando 0.4V y restando 0.4V. Entonces mi libro dice:

V_{B C} = 0.4 = V_{B} - V_{C} t h mi r mi F o r mi V_{B} = V_{C metro, metro a X} = 0.4 + V_{C} = 0.4 + V_{C C} - \frac{I}{2} R_{C} = 0.4 + 5 - (0.5 metro A) (5 k Ω) = 2.9!!!!

$\begin{equation}V_{BC}=0.4=V_B-V_C\\therefore\\ V_B=V_{cm,max}=0.4+V_C=0.4+V_{CC}-\frac{I}{2}R_C=0.4+5-\left(0.5mA\right)\left(5k\Omega \right)=2.9!!!!\end{equation}$ usando esta ecuación de mi libro solamente, ¿no sé cómo están obteniendo 1.6V?

JordenSH

El mio es Sedra Smith 7ma edicion capitulo 9

G36

@Raykh ¿Dónde encontraste esta respuesta (1.6V). Y quien dijo que los libros no "cometen errores".

JordenSH

En la parte de atrás de la espalda proporcionan respuestas pero no soluciones a algunos problemas seleccionados. Hay una baja probabilidad de error.

JordenSH

@ G36, ¿puede proporcionar una respuesta utilizando la simulación LTSPICE solo para asegurarse? Muchas gracias

abu_bua

su modelo no es correcto , ¡lo que está haciendo es una simulación de modo común! Pero también quieres tener una ganancia . ¡Tienes que agregar el voltaje de entrada diferencial! ¡Mira mi esquema ! Por favor, lea y eche un vistazo a mi publicación.

JordenSH

Acabo de cambiarlo, espero haberlo hecho correctamente. No cambió mucho las cosas

abu_bua

Corrija el v_differential_mode voltage2 a -5 mV para obtener resultados de simulación correctos.

JordenSH

@abu_bua, acabo de corregir mi modelo de simulación y muestra que el voltaje del colector no cambiaría hasta vb=2.5V, lo que concuerda con los comentarios de G36. Entonces, ¿puedo concluir que esto es un error en el libro y que la respuesta correcta debería ser Vcm,max=2.5V???? ¡¡¡PERO ESTO ESTÁ CONTRARRESTANDO tus cálculos!!!

JordenSH

@G36: mi modelo de simulación muestra los resultados de los cálculos. el voltaje del colector cambia a vb=2.5V

Respuestas (1)

tensión de modo común máxima posible para npn

Me parece que para qué operación es necesaria implica que debe tener en cuenta una oscilación de salida diferencial adicional. También creo que es incorrecto calcular el rango del modo común de entrada sin mencionar la base (por ejemplo, un $V_{BE}$ ). A pesar de esto, tampoco puedo ver cómo el rango de entrada de CM sería tan limitado.
Ha proporcionado una fórmula, no un análisis. Proporcione el razonamiento sólido que usó para llegar a esa fórmula. Además, ¿de dónde vinieron esos 400 mV? No está en el texto que ofreces. Si se me permite aplicar 400mV al problema, puedo razonar sólidamente un caso para su $1.6\:\text{V}$ . Bajo ninguna circunstancia puedo encontrar una manera de aceptar su fórmula. Entonces, su razonamiento aquí ayudaría a identificar su error.
Principalmente se olvidó de la oscilación de voltaje en el colector del transistor.
Creo que el problema se está derritiendo conmigo agregando 0.4V y restando 0.4V. Entonces mi libro dice: $V_{B C} = 0.4 = V_{B} - V_{C} t h mi r mi F o r mi V_{B} = V_{C metro, metro a X} = 0.4 + V_{C} = 0.4 + V_{C C} - \frac{I}{2} R_{C} = 0.4 + 5 - (0.5 metro A) (5 k Ω) = 2.9!!!!$ $\begin{equation}V_{BC}=0.4=V_B-V_C\\therefore\\ V_B=V_{cm,max}=0.4+V_C=0.4+V_{CC}-\frac{I}{2}R_C=0.4+5-\left(0.5mA\right)\left(5k\Omega \right)=2.9!!!!\end{equation}$ usando esta ecuación de mi libro solamente, ¿no sé cómo están obteniendo 1.6V?
@Raykh ¿Dónde encontraste esta respuesta (1.6V). Y quien dijo que los libros no "cometen errores".
En la parte de atrás de la espalda proporcionan respuestas pero no soluciones a algunos problemas seleccionados. Hay una baja probabilidad de error.
@ G36, ¿puede proporcionar una respuesta utilizando la simulación LTSPICE solo para asegurarse? Muchas gracias
su modelo no es correcto , ¡lo que está haciendo es una simulación de modo común! Pero también quieres tener una ganancia . ¡Tienes que agregar el voltaje de entrada diferencial! ¡Mira mi esquema ! Por favor, lea y eche un vistazo a mi publicación.
Acabo de cambiarlo, espero haberlo hecho correctamente. No cambió mucho las cosas
Corrija el v_differential_mode voltage2 a -5 mV para obtener resultados de simulación correctos.
@abu_bua, acabo de corregir mi modelo de simulación y muestra que el voltaje del colector no cambiaría hasta vb=2.5V, lo que concuerda con los comentarios de G36. Entonces, ¿puedo concluir que esto es un error en el libro y que la respuesta correcta debería ser Vcm,max=2.5V???? ¡¡¡PERO ESTO ESTÁ CONTRARRESTANDO tus cálculos!!!
@G36: mi modelo de simulación muestra los resultados de los cálculos. el voltaje del colector cambia a vb=2.5V

abu_bua · Answer 1

Necesita Vout = 1V cuando tiene Vin = 10mV. Estos valores son totalmente diferenciales . Eso significa que con una entrada de un solo extremo de 5 mV, debe obtener un cambio de 500 mV en la salida.

Primero obtenga el g_m de un Q1 por:

{gramo}_{metro} = \frac{I_{C}}{2 \cdot V_{T h}} = \frac{1 metro A}{2 \cdot 25 metro V} = 20 metro S,

$g_m = \cfrac{I_c}{2\cdot V_{Th}} = \cfrac{1mA}{2\cdot 25\,mV} = 20 \, mS\, ,$

suponiendo que el Q1 funciona a temperatura ambiente. Por lo tanto, cuando tenemos el voltaje de entrada máximo de 5mV, obtienes:

Δ I_{C} = {gramo}_{metro} \cdot Δ v_{B mi} = 20 metro S \cdot 5 metro V = 0.1 metro A .

$\Delta I_C = g_m\cdot \Delta v_{BE} = 20\, mS \cdot 5\, mV = 0.1\, mA\, .$

Para obtener un valor de R_c, debe recordar que la caída de voltaje debe ser de 500 mV:

R_{C} = \frac{500 metro V}{Δ I_{C}} = 5 k Ω .

$R_C = \cfrac{500\, mV}{\Delta I_C}\, = 5\,k\Omega .$

La rama con la corriente más alta en el amplificador diferencial establece el voltaje de entrada de modo común máximo permitido.

Mirando el diagrama del circuito a continuación, puede configurar un bucle de voltaje de la entrada.

esquemático

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

V_{C C} - R_{C} \cdot (\frac{I}{2} + Δ I_{C}) - V_{B C} \geq V_{i norte Modo común} + V_{i norte modo diferencial} 5 V - 5 k \cdot 0.6 metro A + 0.4 V \geq V_{i norte Modo común} + 5 metro V V_{i norte Modo común} \leq 2.395 V .

$V_{CC} - R_C \cdot \Bigg(\cfrac{I}{2} + \Delta I_C \Bigg) - V_{BC}\ge V_{in\,\text{Common mode}} + V_{in\, \text{diff mode}} \\ 5\, V - 5\, k \cdot 0.6 \, mA + 0.4\, V\ge V_{in\,\text{Common mode}} + 5\, mV \, \\ V_{in\,\text{Common mode}} \le 2.395 \,V\quad .$

NOTA : Cuando el voltaje en el colector es mayor que el voltaje base, el transistor Q1 se mantiene en la región del triodo (lineal, activo). En este libro de texto y como muestra la simulación, el diodo del colector de base puede abrirse hasta alcanzar un voltaje de 400 mV, sin influir en la etapa de ganancia.

Su libro de texto ha olvidado incluir los 5 mV del máx. voltaje de entrada diferencial. En caso de que la ganancia sea alta, no cambia mucho, sin embargo, cuando la ganancia es baja (por ejemplo, 2), ¡importa! Si la ganancia es 2 y desea tener un máximo. oscilación de salida de un solo extremo de 500 mV, ¡obtiene un V_diferencial/2 de 250 mV! , que tienes que sumar a tu max. rango de entrada cm permisible. ¡La mayoría de los libros de texto ignoran ese caso!

Aquí está el resultado de la simulación.

La curva negra es el voltaje del colector de Q1, que comienza a aumentar en un voltaje de entrada de modo común de 2,45 V.

Tienes toda la razón y por eso yo también lo miro. Siempre que el colector tenga un voltaje más alto que la base, la unión base-colector se invertirá, lo que hace que el transistor permanezca en la región activa. Por supuesto, este es el caso general, porque mi libro es más preciso al respecto. Dice que mantenga el transistor activo, Vbc <= 0.4V. y de donde viene la ecuacion de mi pregunta. Vb=vcm, Vc es la tensión de colector ya conocida de Vcc y Rc. Haciendo las matemáticas, obtengo Vcm=2.9V y tu respuesta es un poco cercana a 2V. Pero el libro dice que vcm debería ser igual a 1.6V
¿Pero todavía no entiendo cómo obtuvieron vcm = 1.6? estoy realmente confundido y eso para lo que publiqué la pregunta
En su publicación original escribió V_CE = 400mV, debería ser V_BC = 400mV.
Lo siento por el error tipográfico, lo arreglaré en breve.
Entonces, todo esto significa que si asumimos que antes de que el transistor ingrese a la región de saturación, el voltaje Vbc puede alcanzar 0.4V. El voltaje en el colector puede "seguridad" ir por debajo del voltaje base sea este 0.4V. Y es por eso que el libro de texto Raykh agrega este 0.4V.
Entonces, ¿por qué escribes 1.995V - 0.4V? ¿Margen de seguridad?
porque el póster original tenía un Vbc = 400mV --> Vcb = -400mV. Yo mismo uso V_bc = 0V para el cálculo en papel; el resto o un resultado más preciso se puede obtener mediante simulación (o una mejor medición)
@abu_bua, gracias por tu respuesta, pero lamento no poder seguir su lógica. Publiqué un comentario arriba que describe cómo funciona mi libro de texto, no creo que te hayas tomado el tiempo de leerlo. Estás restando 0,4 V y mi libro suma 0,4 V. Espero que alguien publique una respuesta más clara.
En el circuito, en discusión, tenemos Vc1 = Vc2 = 2.5V y la salida de voltaje oscila +/-0.5V y si ignoramos otros factores. Para Vbc=0V tenemos Vcm = 2.5V - 0.5V = 2V pero para Vbc = 0.4V tenemos Vcm = 2.5V - 0.5V + 0.4V = 2.4V
Su declaración de Vc es correcta. El otro: suponga que Vcm es 2.4, entonces el diodo del colector base está abierto --> ¡está en saturación! Nota: Vbc= - Vcb !!! Eso significa que tienes que restar .
@ G36 Estoy más de acuerdo con su comentario, y parece muy lógico y siguiendo la ruta de mis pasos de libro, pero aún no muestra cómo obtuvieron 1.6V
Lo que me gusta decir es lo siguiente: debe tomar el modelo de transporte del transistor bipolar y debe saber que son dispositivos muy asimétricos en términos de niveles de dopaje. Por lo tanto, beta es diferente en la operación inversa y directa -> por lo tanto, debe tener en cuenta un Vbc. ¡Dígame el autor y el título de este libro!
@abu_bua Para que Vcm = Vb = 2.4V esté saturado, Vc debe estar 0.4V por debajo de 2.4V, ¿verdad? Y el libro global.oup.com/us/companion.websites/umbrella/sedrasmith
Pero para Vc = 2V y Vb = 2V tenemos Vbc = 0V no 0.4V. Os dejo el enlace a la web del libro. Sedra y KC Smith, Circuitos Microelectrónicos
@abu_bua Te di el libro en los comentarios de arriba y G36 TAMBIÉN lo hizo. El problema es del capitulo 9 y el libro es la 7ma edicion
Tus respuestas son correctas, pero no puedo seguir su lógica de acuerdo con los pasos del libro. Simplemente no entiendo por qué estás restando 0.4V donde deberías agregar 0.4V
@Raykh: solo asumí que tenía algo de margen. Dado que su libro de respuestas dice 1.6V. No encontré ese problema en mi sexta edición. Entonces es nuevo -> tal vez un error. Además, por lo general, un buen diseñador no calcula R_c para un problema de modo tan común -> usa su cerebro y usa para la corriente la ecuación Id/2 * (1 + Vindif/(2*25mV)) -- en nuestro caso 0.5 mA ( 1 + 5mV/50mV) --> fácil: vale la pena recordarlo.
@abu_bua, muchas gracias y realmente aprecio tu ayuda. Puede que tengas razón en que se trata de un error en el libro. Estoy a punto de cargar un modelo de simulación para el problema usando LTSpice, échele un vistazo. Muestra que el voltaje y la corriente del colector no cambian hasta aproximadamente vb = 2.9V