AMPLIFICADORES DE ACOPLO DIRECTO. FUENTES DE ...
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1 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II
Miguel Ángel Domínguez GómezMiguel Ángel Domínguez Gómez
CamiloCamilo Quintáns GrañaQuintáns Graña
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACIÓN
UNIVERSIDAD DE VIGO
Tema 9
AMPLIFICADORES DE
ACOPLO DIRECTO.
FUENTES DE
CORRIENTE
Tema 9Tema 9
AMPLIFICADORES DE AMPLIFICADORES DE
ACOPLO DIRECTO. ACOPLO DIRECTO.
FUENTES DE FUENTES DE
CORRIENTECORRIENTE
CURSO 2010-11
Dispositivos Electrónicos II
2 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II
AMPLIFICADORES DE ACOPLO DIRECTO. FUENTES DE CORRIENTE
AMPLIFICADORES DE ACOPLO DIRECTO. FUENTES DE CORRIENTE
9.1. Amplificadores de continua. Introducción.
9.2. Amplificador Darlington.
9.3. Amplificador diferencial.
9.3.1. Generalidades.
9.3.2. Ganancias en modo diferencial y modo común. Factor de rechazo en modo común. Modelos de pequeña señal.
9.4. Fuentes de corriente.
9.4.1. Corriente de referencia y espejo de corriente. Fuente de corriente básica.
9.4.2. Fuentes de corriente de alta ganancia.
9.4.3. Fuente de corriente Widlar.
9.4.4. Fuente de corriente Cascodo.
9.4.5. Fuente de corriente Wilson.
9.4.6. Variaciones sobre las fuentes de corriente.
9.5. Amplificador diferencial con carga activa.
Tem
a 9:
Am
plifi
cado
res
de a
copl
o di
rect
oDEDE--IIII
IND
ICE
IND
ICE
3 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II
9.1. Amplificadores de continua. Introducción.9.1. Amplificadores de continua. Introducción.
Necesidad de amplificar señales de muy baja frecuencia o de continua (dc) para:- Circuitos para instrumentación.- Adquisición de datos.- Circuitos de video…
SOLUCIONES:
1. TRANSISTOR ÚNICO
- Elevada ganancia.
- Adaptación de impedancias de entrada y salida.
2. VARIOS TRANSISTORES
-Acoplamiento directo.
Tem
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1: A
mpl
ifica
dore
s de
con
tinua
.DEDE--IIII
INTR
OD
UC
CIÓ
NIN
TR
OD
UC
CIÓ
N
0
Vo
Vi
VCC
Q1
R2
R1
Q2
ViVo
0
VCC
Q2
Q1
R1
R3R2
VoVi
VCC
0
Q1
Q2
R4R2
R1
R3
ADAPTACIÓN DE IMPEDANCIAS ELEVADA GANANCIA
E-C C-E E-E
4 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II
Tem
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1: A
mpl
ifica
dore
s de
con
tinua
.DEDE--IIII
DIFICULTADES DEL ACOPLAMIENTO DIRECTO
a) Interacción entre etapas: No se puede considerar cada etapa como independiente por lo que hay una mayor dificultad de cálculo de la polarización.
b) Efectos de deriva por variación de los parámetros de los componentes activos. Hay tres causas:
1. Parámetros diferentes debido al proceso de fabricación.
2. Efectos de las condiciones ambientales.
3. Envejecimiento.
c) Los errores producidos se propagan al resto de las etapas.
d) Se debe asegurar la estabilidad de las condiciones de reposo.
5 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II
9.2. Amplificador Darlington9.2. Amplificador Darlington
Se acoplan dos seguidores de emisor en cascada
Proporciona un amplificador con:
• Elevada ganancia de corriente (hfe).
• Alta impedancia de entrada.
• Baja impedancia de salida.
Tem
a 9.
2: E
l am
plifi
cado
r Dar
lingt
on.
DEDE--IIII
ESQUEMA BÁSICO:
B
C
EE
C
B
T2
T1
T
+
-
V1
0
VCC
Vo
T2
T1
RE
RS
VS +
-
V2Io
Para simplificar se supone:
ieieC
feTbbebbbie
oeoeoe
fefefe
hhI
hVrrrh
hhh
hhh
=≅⋅
+=+=
=≅
=≅
21
11'''1
21
21
I2
Ii
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Tem
a 9.
2: E
l am
plifi
cado
r Dar
lingt
on.
DEDE--IIII
Segunda etapa:
feI hA +=12
Circuito equivalente de pequeña señal para el amplificador Darlington
I2
0
0
hfe*I2
RE
hie2
( )( )
( ) Efe
Rhh
Efeiei RhRhhREfeie
⋅+≅⋅++=⋅+<<
111
22
2
Primera etapa:
0
VS
RS hie1
Ri2hfe*Ii
I2
Ii1/hoe
1
21 I
IAI =
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+⋅=⋅+
21
1
ioeifei R
hVIhI
Ganancia de corriente:
221 iRIV ⋅=Ecuaciones del nudo V1: ( ) ( )oeifei hRIhI ⋅+⋅=+⋅ 22 11
( ) Efeoe
feRh
EfeoeEoe
fe
Efeoe
fe
oei
fe
iI Rhh
hRhhRh
hRhh
hhR
hIIA
Eoe
⋅⋅+
+≅
⋅⋅+⋅+
+=
⋅+⋅+
+=
⋅+
+==
<<⋅
11
11
111
11 1
2
21
7 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II
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a 9.
2: E
l am
plifi
cado
r Dar
lingt
on.
DEDE--IIII
feo
I hIIA +== 1
22
Ganancia total de corriente del amplificador Darlington:
( )Efeoe
feo
iII
i
oI Rhh
hII
IIAA
IIA
⋅⋅+
+=⋅=⋅==
11 2
2
221
i
ii I
VR =
Impedancia de entrada:
( )211211221 iIieiiiIieiiieii RAhIRIAhIRIhIV ⋅+⋅=⋅⋅+⋅=⋅+⋅=
( ) ( )Eoefe
EfeRAh
EfeEfeoe
feieiIiei Rhh
RhRh
Rhhh
hRAhRiIie
⋅⋅+
⋅+≅⋅+⋅
⋅⋅+
++=⋅+=
⋅<<
11
11
1 2
1211
211
;
;
i
EI
i
EII
ii
i
i
Eo
i
o
i
oV R
RARRAA
RIRI
RIRI
VV
VV
VVA ⋅=⋅⋅=
⋅⋅
⋅⋅⋅
=⋅==1
121
22
22
2
2
Ganancia de tensión:
Efeoe
fe
iI Rhh
hIIA
⋅⋅+
+==
112
1
( )( ) 11
11
12
2
=⋅⋅+
⋅⋅+⋅
⋅⋅+
+≅= E
Efe
Eoefe
Efeoe
fe
i
oV R
RhRhh
Rhhh
VVA
8 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II
Tem
a 9.
2: E
l am
plifi
cado
r Dar
lingt
on.
DEDE--IIII
1
11
o
oo I
VR =
Impedancia de salida de la primera etapa Ro1:
0
VS
RS hie1
hfe*IiIi
1/hoe
R01 0
RS hie1
hfe*IiIi
1/hoe
V01
Io1
011 =⋅−⋅++ oeoifeio hVIhII
( ) fe
ieS
ieSoefe
ieS
oeieS
feo
oo h
hRhRhh
hR
hhR
hIVR
++
≅+⋅++
+=
+++
==111
1 1
1
1
1
1
11
( ) ( ) ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
++⋅=+⋅
+−
−⋅=+⋅−⋅=1
11
1111
111
ieS
feoeofe
ieS
ooeofeioeoo hR
hhVh
hRVhVhIhVI
9 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II
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2. E
l am
plifi
cado
r Dar
lingt
on.
DEDE--IIII
o
oo I
VR =
Impedancia de salida global:
0
Ro1 hie2
hfe*I2I2
RE
R0 0
Io
V01V0
Ro1 hie2
hfe*I2I2
RE
022 =⋅−⋅++ Eofeo RVIhII
( ) ( ) ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
++⋅=+⋅
+−
−=+⋅−=2121
2
1111ieo
fe
Eofe
ieo
o
E
ofe
E
oo hR
hR
VhhR
VRVhI
RVI
( )( ) ( )feEie
fe
ieS
iefe
ieSE
feEieo
ieoE
ieo
fe
E
o
oo
hRhhhR
hhhRR
hRhRhRR
hRh
RIVR
+⋅++++
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
++
⋅
=+⋅++
+⋅=
++
+==
11
1111
1
21
21
21
21
21
( )[ ]( ) ( )221
21
111
feEfeieieS
feieieSE
o
oo hRhhhR
hhhRRIVR
+⋅++⋅++
+⋅++⋅==
10 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II
Tem
a 9.
3. E
l am
plifi
cado
r Dife
renc
ial.
DEDE--IIII
• Un amplificador diferencial tiene dos terminales de entrada.• Idealmente, la señal de salida es una constante multiplicada por la diferencia de
las señales de entrada.• Es un montaje simétrico que intenta minimizar los efectos de la deriva.
GEN
ER
ALID
AD
ES
GEN
ER
ALID
AD
ES
+
-
+
-V1
V2
VoVid
Amplificador con entrada y salida diferencial
+
-V1
V2Vo
Vid
Amplificador con entrada diferencial y salida en modo común
( ) idddo VAVVAV ⋅=−⋅= 21
Ad es la ganancia diferencial
V1 es la entrada no inversora
V2 es la entrada inversora
Ad
Ad +
Vid es la entrada diferencial
( )21 VVVid −=
9.3. El amplificador diferencial9.3. El amplificador diferencial
11 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II
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r Dife
renc
ial.
DEDE--IIII
GEN
ER
ALID
AD
ES
GEN
ER
ALID
AD
ES
+
-
+
-VoVid Ad+
-
+-
2idV
2idV
V1
V2
El generador Vimc es la entrada en modo común que es igual para la entrada inversora y no inversora.
Entradas en modo común y en modo diferencial
+
-
+
-VoVid Ad+
-
+-
2idV
2idV
V1
V2
+
-
+
-VoVid Ad+
-
+-2
idV
2idV
−
V1
V2
+
-
+
-VoVid Ad+
-
+-2
idV
2idV
−
V1
V2
+-imcV
+-imcV
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renc
ial.
DEDE--IIII
GA
NA
NC
IAS
GA
NA
NC
IAS
+
-
+
-VoVid Ad+
-
+-
2idV
2idV
V1
V2
Entrada en modo común Vimc nula
+
-
+
-VoVid Ac
V1
V2
+-imcV
Entrada en modo diferencial Vid nula
Casos extremos para las entradas del amplificador diferencial
+
-
+
-VoVid
+-
+-2
idV
2idV
−
V1
V2
+-imcV
+-imcV
imcid VVV +=21
imcid VVV +−=22
imcVVV ⋅=+ 221
221 VVVimc
+=
Ac es la ganancia en modo común. Interesa que sea lo más baja posible. La ecuación general queda:
Ad , Ac
( )2
2121
VVAVVAVAVAV cdimcciddo+
⋅+−⋅=⋅+⋅=
Este montaje se utiliza para evaluar la ganancia en modo común, conectando un generador a las dos entradas cortocircuitadas
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l am
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cado
r Dife
renc
ial.
DEDE--IIII
FA
CTO
R D
E R
EC
HA
ZO
FA
CTO
R D
E R
EC
HA
ZO Razón de rechazo en modo común o CMRR (Common Mode Rejection Ratio )
[ ]dBAA
CMRRc
d log20 ⋅=
• Es la relación entre la ganancia en modo diferencial y la ganancia en modo común. Normalmente se expresa en dB.
• Interesa que la CMRR sea lo mas alta posible.
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3. E
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DEDE--IIII
MO
NTA
JE B
ÁS
ICO
MO
NTA
JE B
ÁS
ICO
Time0 s 0.5 ms 1.0 ms 1.5 ms 2.0 ms
V(V1) V(V2) V(V1,V2)
-20 mV
0V
20 mV
(250.6 us, 20.0 mV)
V(VO1,VO2)-5.0 V
0V
5.0 V
(750.6 us, 4.89 V)
VCC
VEE
0
V1 V2
Vo1 Vo2
Q2
Q2N2222A
Q1
Q2N2222A
R2
100k
R1
100k
R3
100k
V2
VAMPL = 0.01VFREQ = 1k
V3
VAMPL = 0.01VFREQ = 1k
Ejemplo de simulación. Evaluación de la ganancia diferencial.
5.244020.089.40 ===
id
dd V
VA0
VCC
VEE
V4
15V
V1
15V
Sistema de alimentaciones simétricas.
A partir de la gráfica se deduce la ganancia diferencial:
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3. E
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DEDE--IIII
MO
NTA
JE B
ÁS
ICO
MO
NTA
JE B
ÁS
ICO
Ejemplo de simulación. Evaluación de la ganancia en modo común y la CMRR.
0205.012
3089.03499.00 =
−
==ic
dc V
VAEn simulación los transistores son idénticos, al igual que las resistencias de colector. Bajo estas condiciones la Ac sería nula, por ello se ha variado la resistencia R2, para que no sea ideal el amplificador.
Time0 s 0.5 ms 1.0 ms 1.5 ms 2.0 ms
V(VC)
-1.0 V
0 V
1.0 VV(VO2,VO1)
300 mV
325 mV
350 mV(254.4 us, 349.9 mV)
(766.6 us, 308.9 mV)
VCC
VEE
0
Vo1 Vo2
Vc
Q2
Q2N2222A
Q1
Q2N2222A
R2
95k
R1
100k
R3
100k
V2
VAMPL = 1VFREQ = 1k
dBCMRR 81.50205.0
5.244log20 =⋅=
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3. E
l am
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cado
r Dife
renc
ial.
DEDE--IIII
PU
NTO
DE T
RA
BA
JOP
UN
TO
DE T
RA
BA
JO
VEE
VCC
0
RC
T1 T2R R
RC
RE
Vp
IB1IB2
VBE
Si Vp ~ constante y R se puede despreciar, entonces la corriente a través de la resistencia de emisor queda:
E
BEEEE R
VVI −−=
IE
VEE
Vp
IE
Vp
VEE
RE
• Como T1 no es idéntico a T2 las corrientes de polarización de base tampoco lo son. Se llama corriente de asimetría o de offset a:
) (21 OffsetInputioBB III =−
• Se toma como corriente de polarización de entrada la media de las dos entradas:
BBB III
=+2
21
221E
EEIII ==
IE
VEE = -15 V
VCC = +15 V
Ejemplo (alimentaciones: VCC= 15 V, VEE= -15 V): Ak
VVIE µ 143 100
7.0) 15(=
Ω−−−
=
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3. E
l am
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cado
r Dife
renc
ial.
DEDE--IIII
Mo
delo
s d
e p
eq
ueñ
a s
eñ
al
Mo
delo
s d
e p
eq
ueñ
a s
eñ
al VCC
VEE
Vo1 Vo2
T2T1
Rc2Rc1
RE
Vo +-
V1 V2
i1 i2
ie1 ie2
0 0
+
+ ++2
dV2dV
cVcV
Si se considera la corriente por cada emisor igual a la mitad de la de la resistencia RE, entonces en condiciones ideales se puede dividir el circuito de dos ramas de la siguiente forma:
VEE
VCC VCC
VEE
2*RE 2*RE
T2T1
Rc2Rc1
2odV
2odV
+ -
+2odV
-
Vo2
12 ooodo VVVV −==
Para analizar las ganancia del circuito, bien sea en modo común bien en modo diferencial, se debe toma el modo de la salida de la misma forma, por ejemplo en modo diferencial:
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Tem
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3. E
l am
plifi
cado
r Dife
renc
ial.
DEDE--IIII
Mo
delo
s d
e p
eq
ueñ
a s
eñ
al
Mo
delo
s d
e p
eq
ueñ
a s
eñ
al
Voc
Análisis de la ganancia en modo común
VCC
VEE
2*RE
T2
Rc
0
cV+ 0 0
0
cV hiehfe*Ib
2*RE
Rc
+
+
-
E
c
c
oc
c
odc R
RVV
VVA ≅
⋅==
2
Conclusiones:• Como interesa una ganancia en modo común lo más baja posible, entonces RE
debe ser lo más alta posible. Pero con este circuito si se aumenta la resistencia de emisor se disminuye la corriente de polarización y no interesa disminuir el punto de trabajo de los transistores.• Es sustituir la resistencia RE por una fuente de corriente que se configure para la corriente de polarización deseada y, al mismo tiempo, tiene una resistencia idealmente infinita.
( )feEie
cfe
c
ocV hRh
RhVVA
+⋅⋅+
⋅−==
12
2od
ocVV =
19 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II
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3. E
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cado
r Dife
renc
ial.
DEDE--IIII
Mo
delo
s d
e p
eq
ueñ
a s
eñ
al
Mo
delo
s d
e p
eq
ueñ
a s
eñ
al Análisis de la ganancia en modo diferencial
0 00
2dV hie hfe*Ib
Rc
+
+
-
bie
cbfe
d
od
V IhRIh
V
VA
⋅
⋅⋅−=
−=
2
2
Vd/2 en T1 hace aumentar la corriente y Vd/2 en T2 la hace disminuir en el mismo valor que aumenta en T1, por lo que IRE se mantiene constante. Como en alterna IRE no varía, se puede poner a masa:
2odV
VCC
VEE
Vo1
T2T1
Rc2Rc1
RE
+-
V1
i1
ie1 ie2
00
+
+2dV
2dV
2odV
odV2odV
+
La ganancia diferencial resulta ser:
La ganancia de tensión de la rama de la derecha es:
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ ⋅⋅=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅=
ie
Efe
c
d
hRh
AACMRR log20log20
ie
cfed h
RhA
⋅=
20 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II
Tem
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3. E
l am
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cado
r Dife
renc
ial.
DEDE--IIII
Po
lari
zaci
ón
med
ian
te
fuen
te d
e c
orr
ien
teP
ola
riza
ció
n m
ed
ian
te
fuen
te d
e c
orr
ien
teSustitución de RE por una fuente de corriente
VCC
VEE
T2T1
Rc2Rc1
IE
+-
V1
00
+
+2dV
2dV
odV
0
VEE
T3R1
R3 R2
VCC
T2T1
Rc2Rc1
IE
+-
V1
00
+
+2dV
2dV
odV
BEV
BV
21
1
RRRVV EEB +
⋅−= EEEBEB VRIVV −⋅+= 3
cteR
VRR
RV
R
VRR
RV
R
VVRR
RVI
BEEEBEEEBEEEEE
E ≅−
+⋅
=−⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
−⋅=
−++
⋅−=
3
21
2
3
21
1
3
21
1 1
;
oeeq h
Z 1≅
+
-
21 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II
Tem
a 9.
4. F
uent
es d
e co
rrie
nte.
DEDE--IIII
INTR
OD
UC
CIÓ
NIN
TR
OD
UC
CIÓ
N9.4. FUENTES DE CORRIENTE9.4. FUENTES DE CORRIENTE
Las fuentes de corriente se utilizan en los circuitos integrados:1. Para proporcionar las corrientes de polarización en zona activa de los
transistores.2. Como cargas activas para aumentar la ganancia de los amplificadores.
Los subcircuitos principales de la fuentes de corriente son:1. La corriente de referencia IREF que debe ser independiente de:
• La temperatura.• De la variación de los parámetros de los dispositivos.
2. Espejo de corriente.• Copia IREF hacia otra rama del circuito.• El elemento esencial es el transistor conectado como diodo.
22 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II
Tem
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4. F
uent
es d
e co
rrie
nte.
DEDE--IIII
9.4.1. Fuente de corriente básica.9.4.1. Fuente de corriente básica.Fu
en
te d
e c
orr
ien
te b
ási
caFu
en
te d
e c
orr
ien
te b
ási
ca
Circuito del espejo de corriente
• Las corrientes de base se pueden despreciar para transistores con hfe grande.• VBE idéntica en ambas expresiones (las dos uniones BE están en paralelo).• Tensión equivalente de temperatura VT=k*T/q . Idéntica si los transistores están próximos en el integrado.• Corrientes de saturación. Pueden ser idénticas, dando lugar a Io=IREF, o las áreas de la unión pueden estar escaladas para introducir un factor de escala.• Para que los transistores estén en zona activa:
T
BEVV
SatQCREF eIII ⋅== 11T
BEVV
SatQCo eIII ⋅== 22
oeh1
Característica de salida
Zona de trabajo
Ruptura
23 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II
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4. F
uent
es d
e co
rrie
nte.
DEDE--IIIIDeducción de la ganancia de la fuente de corriente básica
Gan
an
cia d
e l
a f
uen
te d
e
corr
ien
te b
ási
caG
an
an
cia d
e l
a f
uen
te d
e
corr
ien
te b
ási
ca
T1 y T2 son muy parecidos y están a la misma temperatura, entonces:
( )β+⋅=+= 1BCBE IIII
( ) ( )21 TVTV BEBE ≅
0
T1 T2
1+βEI
1+βEI
EI⋅+1ββ
12+⋅
βEI
REFIoI
CCC
CBE IIIIII ⋅+
=+=+=β
ββ
1
EI EI
β+=
1E
BII
EC II ⋅+
=1β
β
EEEREF IIII ⋅++
=⋅+
⋅+⋅+
=β
βββ
β1
21
121
EE
BTCo IIIII ⋅+
=+
⋅=⋅==β
ββ
ββ11)2(
12
121 ≅
+=
⋅++
⋅+==
ββ
ββββ
E
E
REF
oI
I
I
IIA
Ganancia de corriente:
También se pueden diseñar los transistores para que la relación de las corrientes no sea unitaria, si no cualquier otra que se desee.
2+⋅=ββ
REFo II
24 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II
Tem
a 9.
4. F
uent
es d
e co
rrie
nte.
DEDE--IIIIEstablecimiento de la referencia de corriente IREF
Esp
ejo
bási
coE
spejo
bási
co
VVBE 7.0≅REFI oIcte
RVII CC
oREF ≅−
==7.0
Mediante una resistencia R que se calcula a partir de Vcc y de la Io deseada:
0
VCC Vo
T1 T2
R
Equivalentes Norton y Thévenin de la salida
0 0
A
oI
A
A
++
oR
oRooAth RIVV ⋅==
oeo h
R 1=
Nota: La fuente de corriente presentada se comporta, en realidad, como un consumidor de corriente, no como una fuente. Utilizando transistores PNP se puede obtener una fuente de corriente equivalente a este consumidor:
0
VEE
oI
R
Fuente de corriente básica con transistores NPN
Fuente de corriente básica con transistores PNP
25 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II
Tem
a 9.
4. F
uent
es d
e co
rrie
nte.
DEDE--IIII
Esp
ejo
bási
coE
spejo
bási
co
REFI oI
0
VCC Vo
T1 T2
R
Si se tiene en cuente la resistencia de salida del transistor la corriente esperada de salida se ve aumentada en :
A
Ejemplo más realista: Diseñar una fuente de Io=5 µA.Datos: VCC=30 V, VCE1=VBE1=VBE2= 0.7 V, Ro=30 MΩ, βmedia=100, VCE2=20 V.
Ω=−
= M 75.5 5
7.030A
Rµ
V 150M 30 5 =Ω⋅= AVth µ
A 66.0 30
V 20
2
2 µ=Ω
=MR
V
o
CE
Conclusiones: (1) El resistor R necesario es demasiado elevado y ocuparía demasiado espacio en circuito integrado. Por tanto, esta fuente se utiliza para valores de corrientes del orden del mA.(2) Si la salida de la fuente está en circuito abierto, la tensión de salida no es -150 V como indica la deducción teórica, más bien sería la VCEsat, esto es, unos 0.2 V.
26 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II
Tem
a 9.
4. F
uent
es d
e co
rrie
nte.
DEDE--IIII
9.4.2. Fuente de corriente de alta ganancia.9.4.2. Fuente de corriente de alta ganancia.
• En la fuente de corriente básica la corriente de referencia y la de salida difieren en un factor:
• Si la ganancia no es muy elevada la error puede ser significativo.
• Se propone incrementar la ganancia añadiendo el transistor T3 al circuito básico:
T1
1+βEI
1+βEI
EI⋅+1ββ
12+⋅
βEI
REFI
oI
EI EI
VCC
Vo
T2
R
T3
0
( )212+⋅
βEI
( ) EEREF III ⋅+
+⋅+
=11
22 β
ββ
ECo III ⋅+
==12 β
β
( ) ooREF III +⋅+
⋅+
=β
ββ
11
22
( )⎟⎟⎠⎞
⎜⎜⎝
⎛+⋅
+⋅=1
21ββoREF II
Ejemplo: Si β=10, entonces:Con el circuito básico: Ai=10/12= 0.833Con el circuito de alta ganancia: Ai=110/112= 0.982
2+⋅=ββ
REFo II
22
2
+++
⋅=ββββ
REFo II
cteR
VVVI BEBECCREF ≅
−−= 13
27 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II
Tem
a 9.
4. F
uent
es d
e co
rrie
nte.
DEDE--IIII
9.4.3. Fuente de corriente Widlar.9.4.3. Fuente de corriente Widlar.
Como se vio antes, para conseguir una corriente baja del orden del uA es necesario una resistencia de polarización elevada, lo cual no resulta práctico. Una forma de evitar este inconveniente consiste en añadir una resistencia de emisor al transistor de salida. A este circuito se le conoce como fuente de corriente Widlar.
T1
1>>βREFI
oI
2BEV
( ) 02221 =⋅+−− EBCBEBE RIIVVVCC
Vo
T2
R
RE
RVVI BECC
REF1−
=
+
-1BEV
+
-
011221 =⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+⋅⋅−−βECBEBE RIVV⇒
T
BEVV
SC eII ⋅= ⇒
S
CTBE I
IVV ln⋅= ;
0lnln 22
2
1
1 =⋅−⋅−⋅ ECS
CT
S
CT RI
IIV
IIV
Si se consideran las corrientes de saturación de los transistores idénticas:
ECC
CT RI
IIV ⋅=⋅ 2
2
1ln
T
ECV
RI
CC eII⋅
⋅=2
21
ββ2
121111 C
CBBCREFIIIIII +⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+⋅=++=
βββ 2
2211
21 CVRI
CBBCREFIeIIIII T
EC
+⋅⋅+
=++=⋅
No lineal
28 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II
Tem
a 9.
4. F
uent
es d
e co
rrie
nte.
DEDE--IIII
9.4.4. Fuente de corriente Cascodo. 9.4.4. Fuente de corriente Cascodo.
La resistencia de emisor de la fuente Wildar se puede sustituir por una fuente básica de corriente formada por los transistores T3 y T4. Este circuito se denomina Cascodo y proporciona una resistencia de salida mucho mayor que las otras fuentes:
0
T1
REFI
oI
VCC
Vo
T2
R
T3 T4
( )β+⋅= 11
oeo h
R
29 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II
Tem
a 9.
4. F
uent
es d
e co
rrie
nte.
DEDE--IIII
9.4.5. Fuente de corriente Wilson. 9.4.5. Fuente de corriente Wilson.
La fuente de corriente Wilson consigue los dos efectos, alta ganancia y resistencia de salida elevada, en un solo circuito.
0
T1
1+βEI
1+βEI
EI⋅+1ββ
12+⋅
βEI
REFI( )
( )222 12
1 ++⋅
⋅=+
⋅==βββ
ββ
EECo IIII
EI EI
VCC
Vo
T2
R
T3
EC II ⋅+
=13 β
β
12
2 ++
⋅=ββ
EE II
( )( )( )2221 1
2112
1 ++++⋅
⋅=⋅++
+⋅+
=+=β
βββββ
ββ
EEEBCREF IIIIII
( )( )
( )( )2
2
12
221
++⋅
⋅+++⋅
+⋅=
βββ
ββββ
REFo II
222
2
2
+⋅+⋅+
⋅=ββββ
REFo II
Si β=10: 984.0⋅= REFo II
Con el circuito básico era Ai=0.833 y con el de alta ganancia: Ai=0.982
30 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II
Tem
a 9.
4. F
uent
es d
e co
rrie
nte.
DEDE--IIII
9.4.6. Variaciones sobre las fuentes de corriente. 9.4.6. Variaciones sobre las fuentes de corriente.
Espejo de corriente NMOS
• La tensión VDS es igual a la VGS por lo que el transistor M1 está en saturación, entonces funciona como fuente de corriente.• Como M2 tiene la misma VGS su corriente de drenador será la misma que la de M1.• Por consiguiente funciona como espejo de corriente para Vo>VGS.
31 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II
Tem
a 9.
4. F
uent
es d
e co
rrie
nte.
DEDE--IIII
9.4.6. Variaciones sobre las fuentes de corriente. 9.4.6. Variaciones sobre las fuentes de corriente.
Circuito de polarización típico para un circuito integrado bipolar.
32 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II
9.7. Amplificador diferencial con carga activa. 9.7. Amplificador diferencial con carga activa.
Time0 s 5 ms 10 ms 15 ms1 V(Vo,Q4:c) 2 V(VIN)
-800 mV
-400 mV
0 V
400 mV
800 mV
1
-500 uV
0 V
500 uV2
VCC
VEE
0
00
VEE
VO
VIN
Q1Q2N2907A
Q2Q2N2907A
Q8Q2N2222A
Q7Q2N2222A
Q5Q2N2222A
Q4Q2N2222A
R210k
V2
VAMPL = 0.0005FREQ = 100
Q6Q2N2222A
Q3Q2N2907A
R1
100k
V10.00218
Amplificador diferencial con carga y fuente de polarización activas de alta ganancia.
Tensión de entrada VIN
Tensión de salida diferencial