¿Una pregunta sobre cómo entender un amplificador diferencial BJT?

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Estoy tratando de entender cómo un amplificador diferencial rechaza el ruido de modo común y amplifica el ruido de modo diferencial / normal.

Para eso uso la siguiente topología y simulación de circuito:

CuandoVin+yVin-sondiferenciales,Voutaumentadelasiguientemanera:

CuandoVin+yVin-soniguales,Voutnosemuevecomosemuestraacontinuación:

En el caso de entradas de modo común, el aumento en Vout es menor que el aumento en Vin. Así que los voltajes de modo común se atenúan o podemos decir que la ganancia es negativa.

Sin embargo, en el caso de entradas diferenciales, el aumento en Vout es mucho más que el aumento en Vin. Así se amplifican las tensiones de modo diferencial. Por lo tanto, significa ganancia positiva.

Puedo ver esto como resultado en simulaciones.

Pero no sé qué causa esto lógicamente. Quiero decir que la fuente actual está causando todo esto, pero ¿cómo? ¿Por qué las entradas de modo común no causan casi ninguna diferencia en Vout, pero los voltajes de modo diferencial tienen una gran ganancia? ¿Hay una manera de saber qué sucede en este circuito en el nivel de transistor paso a paso para explicar por qué los resultados son como estos?

    
pregunta user1234

1 respuesta

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Si el circuito es simétrico (componentes y excitaciones), la corriente de la fuente de corriente se dividirá equitativamente entre las ramas izquierda y derecha. Por lo tanto, aunque Vin + y Vin aumentan, la corriente a través de Q1 se mantendrá aproximadamente constante a 0.5 mA. Esto requiere que el voltaje del emisor aumente para mantener el voltaje del emisor base aproximadamente constante.

Si las excitaciones son diferenciales, entonces la corriente a través de un transistor aumentará y la corriente a través del otro disminuirá, de modo que la suma sea siempre igual a 1 mA. Esto resulta en un gran cambio en Vout.

EDITAR:

Supongamos que Vin + aumenta y Vin- disminuye. Por lo tanto, la corriente a través del BJT a la izquierda aumentará, y la corriente a través del BJT a la izquierda disminuirá. Debido a la simetría, resulta que el voltaje del emisor será constante con excitaciones diferenciales. Luego podemos encontrar $$ \ Delta I_C = g_m \ Delta V_ {b}. $$ A la izquierda, este cambio en la corriente del colector será positivo y en la izquierda negativo. La ganancia del amplificador es entonces (aproximadamente): $$ A_v = g_m R_1, $$ ya que la tensión de salida cambiará por el producto de la resistencia y el cambio en la corriente del colector.

    
respondido por el andars

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