INFORME N°1 Analisis de un Amplificador Diferencial

INFORME PREVIO N°1

1. Calcular el punto Q de cada transistor tr ansistor en el A. D.

Ilustración 1

Para calcular el punto de trabajo (Q), debemos trabajar con la componente DC. Sea el circuito equivalente en DC:

Ilustración 2

1

Del circuito de la fuente de corriente:

  

      (  )                                                                

De la ilustración 2 obtenemos:

                             (  )                2

Para el transistor de la fuente de corriente:

                   2. Muestre el circuito para señal y c alcule de las formulas dadas en clase la Avmd y Avmc. ANALISIS EN AC:

Obtendremos las expresiones de las ganancias e impedancias en modo diferencial y en modo común para pequeña señal. Utilizaremos el modelo de parámetros híbridos simplificado. El circuito equivalente es el mostrado en la ilustración 3. Debido a que Io es una fuente de corriente continua, para señal la hacemos cero y lo que queda es su impedancia para AC. En dicho esquema Z es la impedancia en AC que ofrece la fuente de corriente.

Ilustración 3

Para simplificar el circuito utilizamos las técnicas de transformación de fuentes del análisis de la teoría de circuitos, con lo que r esulta el esquema de la ilustración 4:

3

Ilustración 4

Podemos aplicar ahora reflexión de impedancias: Hacia el lado izquierdo vemos las corrientes ib1 y (h fe ib1) y podemos reflejar un circuito con h ie y otro con la fuente (hfe ib), como se muestra en la ilustración 5:

Ilustración 5

En la ilustración 5 vemos que el circuito inferior no nos aporta información adicional y podemos prescindir de el, quedándonos solo con los esquemas de la parte superior, como se muestra en la ilustración 6:

4

Ilustración 6

   y  y podemos reflejar    y otro con la fuente , como se

Hacia el lado derecho de la ilustración 6 vemos las corrientes nuevamente un circuito hacia la resistencia muestra en la ilustración 7.

Ilustración 7

En esta figura ya hemos despreciado el circuito que se refleja con la fuente de corriente porque no nos da información adicional. A continuación, vemos que todas las resistencias están multiplicadas por (1+hfe) y las corrientes divididas por (1+h fe). Al multiplicar las corrientes por las resistencias, el factor (1+hfe) desaparece del producto y podemos simplificar más el circuito multiplicando las corrientes por (1+hfe) y dividiendo las resistencias por (1+h fe). Eliminados estos factores, podemos llegar al esquema de la ilustración 8:

5

Ilustración 8

Adicionalmente, se han representado las señales de entrada (V1 y V2) mediante el modo común (Vc) y el modo diferencial (Vd). Como el modelo es lineal, podemos aplicar superposición y hallaremos la ganancia en modo diferencial haciendo cero la señal en modo común (Vc = 0); luego hallaremos la ganancia en modo común haciendo cero la señal en modo diferencial (V d = 0). GANANCIA EN MODO DIFERENCIAL: Aplicando superposición, se hace cero el modo común (Vc = 0) y, debido a la simetría, la tensión Ve es cero y este nudo se comporta como tierra virtual (porque su voltaje es cero sin estar conectado a tierra). Para el modo diferencial:

      

1) A continuación:

Luego:

         

Ad1 es la ganancia en modo diferencial cuando tomamos la salida desbalanceada en el colector de Q 1. Aquí la salida esta desfasada 180° respecto al modo diferencial. 2) Si tomamos la salida desbalanceada en el colector de Q 2:

      6

Luego:

  

Aquí vemos que la salida esta en fase con el modo diferencial y A d2 es la ganancia en modo diferencial cuando tomamos la salida desbalanceada en el colector de Q 2. 3) Si tomamos la salida balanceada entre los colectores de Q 1 y Q 2:

Luego:

            

Aquí vemos que la salida es el doble que en los casos anteriores y A d12 es la ganancia en modo diferencial cuando tomamos la salida balanceada entre los colectores de Q 1 y Q 2.

IMPEDANCIA DE ENTRADA EN MODO DIFERENCIAL: En el circuito de entrada vemos que para el modo diferencial:

     Id = corrriente que entrega la fuente Vd GANANCIA EN MODO COMUN: Aplicando superposición, se hace cero el modo diferencial (Vd = 0) y vemos que en este caso la tensión Ve no es cero (para el modo común no es tierra virtual)

Para el modo común:

             

1) Si tomamos la salida desbalanceada en el colector de Q 1:

Luego:

7

                 

Ac1 es la ganancia en modo común cuando tomamos la salida desbalanceada en el colector de Q 1. Vemos que depende inversamente de la impedancia en AC de la fuente de corriente. Si esta impedancia es muy elevada, podemos minimizar la ganancia en modo común. 2) Si tomamos la salida desbalanceada en el colector de Q 2:

Luego:

                 

Aquí vemos que la salida es igual en amplitud y signo que en el colector de Q 1 e, igualmente, si la impedancia es muy elevada, podemos minimizar la ganancia en modo común. 3) Si tomamos la salida balanceada entre los colectores de Q 1 y Q 2:

Luego:

           

Esto significa que tomando la salida en forma balanceada podemos disminuir mas la ganancia en modo común (idealmente se hace cero). IMPEDANCIA DE ENTRADA EN MODO COMUN:

En el circuito de entrada vemos que para el modo común:

  [    ] Vemos que si deseamos tener una alta impedancia de entrada en modo común Rb debe ser elevado o no debemos colocar esta resistencia. 3. Explicar por que cuando vi(t) > 100 mV distorsiona. Al obtener la expresión:

       

Utilizando Matlab para algunos casos obtenemos: Syms x ezplot('(1*sinh(1000*x/26))/(1+cosh(1000*x/26))')

8

(sinh(1000 x/26))/(1+cosh(1000 x/26))

1

0.5

0

-0.5

-1

-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

x

ezplot('(10*sinh(1000*x/26))/(1+cosh(1000*x/26))')

(10 sinh(1000 x/ 26))/(1+cosh(1000 x/26))

10

5

0

-5

-10

-0.3

-0.2

-0.1

0 x

9

0.1

0.2

0.2

ezplot('(100*sinh(1000*x/26))/(1+cosh(1000*x/26))')

(100 sinh(1000 x/26))/(1+cosh(1000 x/26))

100

50

0

-50

-100

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

x

ezplot('(1000*sinh(1000*x/26))/(1+cosh(1000*x/26))')

(1000 sinh(1000 x/26))/(1+cosh(1000 x/26))

1000

500

0

-500

-1000

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0 x

10

0.1

0.2

0.3