¿Cómo actúa la resistencia en la cola como una fuente de corriente en un par diferencial?

Una fuente de corriente ideal tiene una impedancia de salida infinita (es decir, \ $ dV / dI = \ infty \ $). Una fuente de corriente real es equivalente a una fuente de corriente ideal en paralelo con alguna impedancia de salida finita Ro.

Una fuente de corriente en paralelo con una resistencia es equivalente a una fuente de voltaje en serie con una resistencia ( transformación de fuente ) .

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Por lo tanto, la resistencia de cola larga en su circuito es solo una fuente de corriente no ideal.

^{simular este circuito}

En la versión tradicional de tubo de vacío, V- sería un voltaje muy grande y Re sería una resistencia muy grande, por lo que la corriente resultante era correcta pero estaba más cerca del ideal de resistencia infinita.

"¿Cómo se mantiene constante la corriente de cola con esa resistencia Re?"

No, no se puede mantener constante. Sin embargo, el cambio de corriente total puede mantenerse muy bajo. Solo imagine que el par de cola larga se excita con un pequeño voltaje de señal Vin (+) solo (operación asimétrica con Vin- = 0). En este caso, el diff. El amplificador se puede ver como una conexión de serie básica común de coleccionista común .

Ahora, anotemos los cambios actuales del colector en ambos transistores, causados por Vin (+). Por supuesto, Ic1 = Ic2 con gm1 = gm2 = gm .

(1) d (Ic1) = gm [Vin (+) - d (Ve)] con d (Ve): variación de voltaje del emisor.

(2) d (Ic2) = gm [0-d (Ve)].

Se encuentra que la pequeña variación de voltaje d (Ve) es (seguidor de emisor cargado por 1 / gm de la segunda etapa): d (Ve) = Vin (+) [gm / (gm + 1 / re )] .

Aquí el diff. La resistencia re es la resistencia dinámica efectiva en el nodo emisor (con la resistencia de entrada 1 / gm de T2): re = (1 / gm) || RE .

Por lo tanto,

(1) d (Ic1) = gm [Vin (+)] [1-gm / (gm + 1 / re)]

(2) d (Ic2) = - gm [Vin (+)] [gm / (gm + 1 / re)].

Ahora, para la condición d (Ic1) + d (Ic2) = 0 tenemos

[1-gm / (gm + 1 / re)] = [gm / (gm + 1 / re)].

Resolviendo esto, vemos que esta igualdad es posible solo para re = 1 / gm .

Esto significa: Ambas variaciones de las corrientes del colector se compensan entre sí solamente (corriente constante en la ruta del emisor común) si la resistencia diferencial de la ruta del emisor común re = (1 / gm) || RE se reduce a re = 1 / gm , que es equivalente a RE > > & infinity (fuente actual)

Comentario: Por lo tanto, por supuesto, ambas variaciones actuales NO se cancelarán entre sí por un valor finito de RE. Este efecto se expresa utilizando el término "ganancia de modo común" (que no es cero para un RE finito).

En primer lugar, el resistor 'tail' es un sumidero actual, no una fuente. No es necesario entrar en la semántica sobre esto.

En muchos diseños de bajo costo, las resistencias se usan con el entendimiento de que limitan el rango dinámico al no regular la corriente, lo que también limita el rango de voltaje de trabajo . El sumidero de corriente constante que vio en la primera versión es típico de los amplificadores operacionales y otros circuitos integrados donde es fácil implementar fuentes de corriente y sumideros en todo el lugar. Estar en el mismo troquel ayuda mucho para evitar la deriva de la temperatura y el ruido externo. Una resistencia de valor medio en el rango de 10K a 50K se trata como si fuera un sumidero de corriente, ya que, para empezar, fluye muy poca corriente. No puede ser más que la suma de Q1 actual y Q2 actual .

Sin embargo, para las placas hechas con partes discretas, se convierte en una tiranía de números, porque cada fuente o sumidero debe hacerse con partes estables a la temperatura. Los transistores dobles especiales de 5 pines se pueden usar como entradas diferenciales o espejos actuales, pero comienzan a consumir espacio y aumentan el costo.

Sí, hay amplificadores hechos por Crown y Cerwin Vega que se construyen así, pero cuestan miles de dólares cada uno, solo para obtener una velocidad de giro de 70 V / uS y un rango dinámico de 130dB, para 500 a 5,000 vatios.

Se reduce al costo frente al rendimiento requerido o obligatorio. En los circuitos integrados es fácil litografiar todos los extras que hacen un excelente amplificador operacional u otro circuito analógico.

Tenga en cuenta que muchos IC de RF en el rango de GHZ evitan los sumideros o las fuentes de corriente, ya que tienen una carga más capacitiva que una resistencia, pero generalmente consumen más corriente que los IC de audio o los IC de baja potencia de micro alimentación.

La resistencia mantiene la corriente de cola bastante constante, lo suficientemente constante.

Si la magnitud de V- es mucho más que el rango de Vin, entonces la corriente es bastante constante.

Hay una ganancia de modo común, RC / 2RE, pero es mucho más pequeña que la ganancia diferencial, RC / 2 (Qx intrinsic Re), y para muchos propósitos, este grado de CMRR es suficiente.

Notará que no se usa una resistencia entre los emisores Q1 / 2 para reducir la ganancia diferencial, por lo que esta ganancia se mantiene muy alta. Cuando se usa esta degeneración, el CMRR es mucho menor, y se puede usar una fuente de corriente en la cola para aumentarla nuevamente.

La resistencia del emisor se comporta aproximadamente como una fuente de corriente siempre que la resistencia del emisor de base sea mucho menor y que solo considere el modelo de señal pequeña. Olvídate del par diferencial por ahora y considera el amplificador de emisor común. La corriente del emisor es $$ I_ \ mathrm {e} = \ frac {V_ \ mathrm {in}} {r_ \ mathrm {e} + R_ \ mathrm {E}} \ approx \ frac {V_ \ mathrm {in}} {R_ \ mathrm {E}}, $$ utilizando el hecho de que la resistencia del emisor de base es pequeña. Bajo el supuesto de pequeña señal, el voltaje a través de la resistencia del emisor permanecerá relativamente constante. Por lo tanto, la resistencia del emisor se comporta aproximadamente como una fuente de corriente constante.