etapas básicas de amplificación - desi.iteso.mx · compuerta común (gc) !! drenaje común (dc,...

Dr. J.E. Rayas Sánchez1

Etapas Básicas de Amplificación

(Parte 2)


Etapas Básicas de Amplificación

! Emisor Común (EC) !! Base Común (BC) !! Colector Común (CC, Seguidor de Emisor) !! Degeneración de Emisor (DE) !! Fuente Común (SC) !! Compuerta Común (GC) !! Drenaje Común (DC, Seguidor de Fuente) !! CC-EC, CC-CC y Darlington! Cascode! Diferenciales


CC-EC, CC-CC y Darlington

Ibias

Q1

Q2

VCC

EntradaSalida

Ibias

Q1

Q2

VCC

Entrada

Salida

CC-EC CC-CC

Darlington

Ibias

Q1

Q2 Darlington en CC ≡ CC-CCDarlington en EC ≈ CC-EC


CC-EC, CC-CC y Darlington (cont.)

Ibias

Q1

VCC

Be

Q2

Ce

Ee

Ce

Ee

Be


CC-EC, CC-CC y Darlington - Señal Pequeña

rπ1gm1vπ1

rο

Ee

Ce

Be

vπ1

vπ2rπ2

gm2vπ2

*oe

o rr =

211 )1( πππ β rrr e ++=

21

22

ππ

π

vvvgg me

m +=

12

122 /1

/ππ

ππ

vvvvgg m

em +

=

211112 )/( πππππ rvgrvv m+=

)/1(/ 11212 mgrrvv += ππππ

)1()1(

1121

1122

πππ

ππ rgrr

rgrggm

mm

em ++

+=

)1()1(

121

12 β

ββππ +++=

rrg e

m


CC-EC, CC-CC y Darlington – S. P. (cont.)

rπ1gm1vπ1

rο

Ee

Ce

Be

vπ1

vπ2rπ2

gm2vπ2

)1()1(

121

12 β

ββππ +++=

rrg e

m

TCm VIgr

/2

2

2

22

ββπ ==

TCTCm VIVIgr

/)/(/ 22

1

1

1

1

11 β

βββπ ≈==

211 ππ β rr ≈

222

2

2 mem

gr

g =≈π

β


rπ1gm1vπ1

rο

Ee

Ce

Be

vπ1

vπ2rπ2

gm2vπ2

112 )1( bb ii β+=

112222 )1( bbc iii βββ +==

)1( 121

2 βββ +==b

ce

ii



222

2

2 mem

gr

g =≈π

β

Ibias

Q1

VCC

Be

Q2

Ce

Ee

211 )1( πππ β rrr e ++=

)1( 121

2 βββ +==b

ce

ii


*oe

o rr =


Darlington en Tecnología BiCMOS

Ibias

M1

Q2


Configuración Cascode (EC-BC, SC-GC)

vI

VB

vO


Cascode – Señal Pequeña

rο2vπ2rπ2

gm2vπ2

rπ1gm1vπ1vπ1 rο1

vi

vo 1ππ rr e =

1me

m gg ≈

?=eor


Degeneración de Emisor – Señal Peq. (repaso)

rL vovi Re

)]||(1[ emoo RrgrZ π+≈

βπ −=−== rgiiA m

i

Li

em

Lm

i

ov Rg

rgvvA

+−==

1

ei

iin Rr

ivZ βπ +==


Cascode – Señal Pequeña (cont.)

rο2vπ2rπ2

gm2vπ2

rπ1gm1vπ1vπ1 rο1

vi

vo 1ππ rr e =

1me

m gg ≈

)]||(1[ 1222 omoe

o rrgrr π+≈

)1( 22 β+≈ oe

o rr

La alta ro se explota en:! amplificadores de muy alta ganancia! referencias de voltaje


Cascode en Tecnología MOS

vI

VG

vO


Amplificador Diferencial – Señal Grande

TEB VvvSE eIi /)(

11−=

αTEB VvvS

E eIi /)(2

2 −=α

TBB Vvv

E

E eii /)(

2

1 21−=

Iii EE =+ 21

TBB VvvE eIi /)(2 211 −+

=


=

vC1 vC2

vB2vB1

I

VCC

VEE

RCRC

iE2iE1


Curva Característica del Par Diferencial


Amp. Diferencial – Señal Grande (cont.)

)()()( 2121 CCCCCCCCCCO RiVRiVvvv −−−=−=vC1 vC2

vB2vB1

I

VCC

VEE

RCRC

iE2iE1


=TBB VvvE e

Ii /)(1 121 −+=

CCCO Riiv )( 12 −=

+−

+= −− TBBTBB VvvVvvCO ee

IRv /)(/)( 1221 11

11α

−=

+−= −

−

T

BBCVvv

Vvv

CO VvvIR

eeIRv

TBB

TBB

2tanh

11 12

/)(

/)(

12

12

αα

−=

T

IDCO V

vIRv2

tanhα 21 BBID vvv −=



−=

T

IDCO V

vIRv2

tanhα

I

VCC

RCRC

vID

+ vO

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6-5

0

5

Voltaje de Entrada (V)

Vol

taje

de S

alida

(V)

RC = 1KΩI = 5 mAVT = 25mVα = 1



I

VCC

RCRC

vID

+ vO

Simulación en Spice:

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6-5

0

5


Vol

taje

de S

alida

(V)

VCC = 12VI = 5mARC = 1KΩQ: 2N2222



Spice (−) VS modelo analítico (o):

I

VCC

RCRC

vID

+ vO

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6-5

0

5


Vol

taje

de S

alida

(V)


Amp. Diferencial - Señal Pequeña

vC1 vC2

I

VCC

VEE

RCRC

iE2iE1vd

Td VvC eII /1 1 −+

= αTd VvC e

II /2 1+= α

)2/()2/(

)2/(

1 TdTd

Td

VvVv

Vv

C eeIeI −+

= α

L++++=!3!2

132 xxxexusando

y suponiendo que Td Vv 2<<

222)2/1()2/1()2/1(

1d

TTdTd

TdC

vVII

VvVvVvII ααα +=−++

+=

221d

mCvgII +=α

, similarmente 222d

mCvgII −=α


Amp. Diferencial - Señal Pequeña (cont.)

d

ccd v

vvA 21 −= CmRg−=


Modelo del BJT en Señal Pequeña (repaso)


Análisis en Señal Pequeña (otro punto de vista)

eid rR 2)1( += β

πr2=

d

ccd v

vvA 21 −=

Ce

d Rr

A α−=

CmRg−=


Amp. Dif. en Degeneración de Emisor

d

ccd v

vvA 21 −=

)( Ee

Cd Rr

RA+

−= α

)(2)1( Eeid RrR ++= β

1ysi >>>> βeE rR

E

Cd R

RA −=

])1([2 Eid RrR ++= βπ


Ganancia de Modo Común

CMc

c vRRv

21−=

CMc

c vRRv

22−=

CM

c

CM

cc v

vvvA 21 ==

RRA c

c 2−=


Razón de Rechazo de Modo Común (CMRR)

c

d

AACMRR = Rgm=

)dB(log20c

d

AACMRR =

RR

Rg

c

cm

2

21

−

−=


Par Diferencial JFET

vD1 vD2

vG2vG1

I

VDD

VSS

RDRD

iD2iD1

211 )( tGSD VvKi −=

idDD vKii =− 21

222 )( tGSD VvKi −=

21 GSGSid vvv −=

Iii DD =+ 21

resolviendo simultáneamente,

)2/()2/(1)

2(2

2

2

1 KIvvKIIi idid

D −+=

)2/()2/(1)

2(2

2

2

2 KIvvKIIi idid

D −−=


Par Diferencial JFET (cont.)

)2/()2/(1)

2(2

2

2

1 KIvvKIIi idid

D −+=)2/(

)2/(1)2

(22

2

2 KIvvKIIi idid

D −−=

,)(2

2tGS VVKI −=

2

2

1 )()2/(1)

2)((

2 tGS

idid

tGSD VV

vvVV

IIi−

−−

+=

como 2)(2/ tGS VVKI −=

2

2

2 )()2/(1)

2)((

2 tGS

idid

tGSD VV

vvVV

IIi−

−−

−=

,)(

2 2tGS VV

IK−

=


Curva de Transconductancia


Par Diferencial E-MOS

2

2

1 )()2/(1)

2)((

2 tGS

idid

tGSD VV

vvVV

IIi−

−−

+=

2

2

2 )()2/(1)

2)((

2 tGS

idid

tGSD VV

vvVV

IIi−

−−

−=


Análisis en Señal Pequeña (Modo Diferencial)

vD1 vD2

I

VDD

VSS

RDRD

iD2iD1

vd

vd1 vd2

0 V(signal)

RDRD

id2id1+vd /2 -vd /2

221III DD ==

21d

DmdvRgv −=

22d

DmdvRgv =

d

ddd v

vvA 21 −= DmRg−=

GD

vgs

S

gmvgs


Asimetría en el Amplificador Diferencial

I

VCC

RC2RC1

+ VOQ2Q1

I

VCC

RC2RC1

+ 0VQ2Q1

VOS

I

VCC

RCRC

QQVOS

+ VO

VOS Input offsetvoltage


VOS en Función de la Asimetría en RC

21C

CCRRR ∆+=

22C

CCRRR ∆−=

+−=

221C

CCCCRRIVv ∆α

−−=

222C

CCCCRRIVv ∆α

CO RIV ∆α2

−= dCOS ARIV /2

∆α−=

CT

Cmd RVIRgA 2/α−=−=

C

CTOS R

RVV ∆= )Tol(2CRTOS VV =

I

VCC

RC2RC1

+ VOQ2Q1


VOS en Función de la Asimetría en IS

I

VCC

RC2RC1

+ VOQ2Q1

21S

SSIII ∆+=

22S

SSIII ∆−=

TBE VVSC eII /

11 = TBE VVSC eII /

22 =

)()( 21 CCCCCCCCO RIVRIVV −−−=

2

1

2

1

S

S

C

C

II

II = 21 CC III +=α

Resolviendo simultáneamente:

+=

S

SC I

III2

121

∆α

−=

S

SC I

III2

122

∆α

CS

SO R

IIIV

−= ∆α

2 S

STOS I

IVV ∆=


VOS en Función de la Asimetría en RC y en IS

I

VCC

RC2RC1

+ VOQ2Q1

S

STOS I

IVV ∆=C

CTOS R

RVV ∆=

+=

S

S

C

CTOS I

IRRVV ∆∆

TV

TV OSOS =∂

∂

Ej.: Si VOS = 3mV a temperatura ambiente, la deriva en VOS con la temperatura es de 10µV/°C


Efectos de la Asimetría en β

I

VCC

RC2RC1

+ VOQ2Q1

βββ == 21si1

2/21 +

==βIII BB

IOS Input offset current

|| 21 BBOS III −≡

21β∆ββ +=

22β∆ββ −=

2/11

212/

11 β∆ββ ++

=+

= IIIB

2/11

212/

22 β∆ββ −+

=+

= IIIB


Efectos de la Asimetría en β (cont.)

2/11

212/

11 β∆ββ ++

=+

= IIIB

)1(21

11

12

++

+=

ββ∆β

I

+++

+=

β∆ββ

β )1(2)1(2

11

21IIB

++−

+=

β∆ββ∆

β )1(21

11

2I

,)1(2Si β∆β >>+

+−

+=

)1(21

11

21 ββ∆

βIIB

++

+=

)1(21

11

22 ββ∆

βIIBSimilarmente


Efectos de la Asimetría en β (cont.)

I

VCC

RC2RC1

+ VOQ2Q1

|| 21 BBOS III −≡

+−

+=

)1(21

11

21 ββ∆

βIIB

++

+=

)1(21

11

22 ββ∆

βIIB

221 BB

BIII +≡IB Input bias current

11

2 +=

βIIB

)1( +=

ββ∆

BOS II β∆β >>+ )1(2que siempre

etapas básicas de amplificación - desi.iteso.mx · compuerta común (gc) !! drenaje común (dc,...

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