Quiero calcular el valor de VO.
Habría adivinado que VO = VCC - VEB. Asumiendo VCC = 5V y VEB = 0.6 V, eso representaría VO = 4.4 V, como en la rama izquierda del circuito.
Pero haciendo la simulación encontré que VO es en realidad mucho más bajo: VO = -459.9 mV
Entonces, ¿cómo debo hacer para calcular VO correctamente?
La tensión de salida de CC de un par diferencial no es una figura particularmente útil. Al igual que con cualquier voltaje de compensación de entrada por falta de coincidencia, la salida se enrollará de una forma u otra.
La respuesta simple es que todas sus PNP coinciden y sus NPN se comparan.
Por lo tanto, en la rama izquierda tiene un \ $ 2I_b \ $ extra de su espejo actual.
La NPN izquierda tiene un \ $ V_ {be} \ $ que se basa en este extra \ $ 2I_b \ $. El NPN correcto tiene el mismo Vbe pero ve 2Ib menos la corriente del colector que la otra rama. Por lo tanto, la NPN derecha se satura intentando extraer la misma corriente que la NPN izquierda.
Tienes razón en que, en teoría, esos voltajes son iguales. En la vida real, las compensaciones entre los dos dispositivos resultarán en que eso no sea cierto. Sin embargo, simulaciones simples como la que está usando no modelan las compensaciones. Así que uno esperaría que los voltajes fueran iguales.
Lo que hace su software, sin embargo, el modelo es beta finito de los transistores.
Aquí hay una simulación que hice, donde barrí la Beta de cada dispositivo de 100 a 1e6 ("infinito").
Puede ver cómo Vout se acerca a Vref como beta - > infinito.
Puedeobteneruna"sensación" intuitiva por el hecho de que el beta finito afecta este circuito si observa que Q3 extrae dos corrientes de base además de la corriente "programada" del colector de Q1.
Puedes calcular Vo haciendo la hipótesis poco realista de que todos los transistores son perfectamente idénticos. Sin embargo, este no será el caso con transistores reales, por lo que este cálculo es inútil.
Q1 y Q2 forman un amplificador diferencial de par de cola larga. Toman como entrada la diferencia de voltaje entre sus bases y generan una diferencia en las corrientes de colector. Es importante tener en cuenta que la salida es una corriente, no un voltaje.
Aquí, ambas bases están en el mismo potencial. Usando la hipótesis poco realista de que ambos transistores son idénticos, sus corrientes de colector son iguales, y su valor es I1 / 2 menos la corriente base, lo cual ignoraremos.
Ahora, Q3 y Q4 forman un espejo actual. La corriente del colector de Q1 se refleja y se genera en Q3. La corriente de colector de Q3 también es I1 / 2.
Las corrientes de colector de Q3 y Q1 se cancelan perfectamente y ... olvidamos la corriente base de Q3. No podemos descuidarlo esta vez.
Por lo tanto, después de que se cancelen las partes I1 / 2 en las corrientes de colector Q1 y Q3, la corriente que intenta fluir hacia el nodo "Vo" es la corriente base de Q3, que es negativa.
Con I1 = 1mA y Q3 con un hFe de 200, esta corriente es de 1mA / 2/200 = 2.5µA
Sin embargo, descuidamos el efecto inicial (y el autocalentamiento) en todos los transistores, lo que realmente no deberíamos estar haciendo. Así que este valor será incorrecto.
De todos modos. Quieres voltaje Esto significa que tenemos que calcular la impedancia en el nodo Vo, para convertir la corriente en voltaje. La mala noticia es que esta impedancia es difícil de calcular, ya que dos coleccionistas se enfrentan entre sí. Dependerá de las características individuales del transistor, es decir, su parapeter ro (debido al efecto inicial).
Lo que está viendo es que la impedancia del colector de sus transistores es lo suficientemente alta como para que la tensión de salida se ajuste a uno de los transistores.
Este circuito debe usarse con una etapa de baja impedancia de entrada, que toma una corriente como entrada e impone una tensión al punto Vo.
Intentaré explicar cómo funciona el circuito de manera intuitiva. Q3 y Q4 forman un espejo actual. Esto significa que sus corrientes de colector serán casi iguales en una amplia gama de voltajes de colector. O podría decir que la corriente intentará ser igual, a menos que simplemente no sea posible.
Lo siguiente que se debe tener en cuenta es que la corriente total del recopilador se ha corregido debido a la fuente actual. Llamemos a eso Itot. Entonces Icq1 = Icq2 = Itot / 2.
Ahora veamos Q1 y Q2. Estos son el par de entrada de este amplificador diferencial. Básicamente, si la base de Q2 es más alta que la de Q1, Q2 intentará conducir más corriente que Q1. Pero el espejo actual intentará mantener las corrientes de colector iguales. El resultado neto de esto es que cuando la base de Q2 se eleva, el colector de Q2 se agota y el colector de Q1 se eleva. Lo contrario también es cierto.
Sin retroalimentación ni nada, esto actúa como un comparador, disparando de riel a riel dependiendo de qué base, Q1 o Q2 tiene un voltaje más alto. Si agrega etapas de ganancia y algunos comentarios, tendrá algún tipo de amplificador operacional rudimentario.
Espero que ayude.
Lea otras preguntas en las etiquetas transistors amplifier circuit-analysis bipolar