amplificadores de acoplo directo. fuentes de

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


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


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

a 9.

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


Tem

a 9.

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.


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


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


Tem

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


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


Tem

a 9.

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

+⋅++⋅++

+⋅++⋅==


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


Tem

a 9.

3. E

l am

plifi

cado

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


Tem

a 9.

3. E

l am

plifi

cado

r Dife

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


Tem

a 9.

3. E

l am

plifi

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.


Tem

a 9.

3. E

l am

plifi

cado

r Dife

renc

ial.

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:


Tem

a 9.

3. E

l am

plifi

cado

r Dife

renc

ial.

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 =⋅=


Tem

a 9.

3. E

l am

plifi

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−−−

=


Tem

a 9.

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 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:


Tem

a 9.

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 =


Tem

a 9.

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 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

⋅=


Tem

a 9.

3. E

l am

plifi

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≅

+

-


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.


Tem

a 9.

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


Tem

a 9.

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


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


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.


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


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


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


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


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.


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.


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

amplificadores de acoplo directo. fuentes de

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