Entendiendo la necesidad de la Fuente de Corriente de Cola en Amplificador / Simulación Diferencial (SPICE)

Un amplificador diferencial amplifica la diferencia entre dos entradas. El propósito de la corriente de la "cola" es dividir esa diferencia entre los dos lados del amplificador. Para hacer esto, la tensión de entrada debe estar referenciada a tierra, de modo que cualquier aumento en la corriente en el lado provoque una disminución correspondiente en el otro, y viceversa.

Si V1 aumenta, M1 conduce más y pasa más corriente. Como I1 es fijo, significa que debe circular menos corriente a través de M2. ¿Pero cómo se reduce la corriente a través de M2? El voltaje en los terminales de la Fuente de M1 y M2 aumenta, reduciendo el voltaje de la Fuente de la Fuente de M2 y haciendo que conduzca menos. El resultado es señales de salida iguales pero opuestas en cada lado.

He configurado V1 y V2 para producir ondas sinusoidales con polaridad opuesta (180 ° fuera de fase). Inténtelo con una amplitud V2 = 0 V y verá que la salida aparece en ambos lados aunque la señal de entrada solo esté en un lado.

Pregunta : Mi objetivo es comprender la necesidad de la fuente de corriente de cola en un amplificador diferencial.

Respuesta: Considera, cuál es la diferencia. El amplificador es en principio: un amplificador de dos etapas que consiste en una etapa de puerta común (NMOS 2) accionada por una etapa de drenaje común (NMOS1). Esta descripción hace referencia a una entrada en la puerta de NMOS1. Sin embargo, el rol de ambos transistores se intercambia si consideramos la puerta de NMOS 2 como una entrada. Ese es el principio de funcionamiento de todo el circuito.

Tenga en cuenta que, por su naturaleza, la ruta de la puerta-fuente de NMOS2 ya actúa como un amplificador de voltaje diferencial; sin embargo, una resistencia de entrada (puerta) es muy grande y la otra (fuente) es bastante baja. Por lo tanto, utilizamos un seguidor de ganancia unitaria NMOS1 (con una resistencia óhmica Ro) para dirigir la fuente de NMOS2.

Por lo tanto, la diferencia más básica. el amplificador tiene una resistencia óhmica Ro en la ruta de la fuente común, y la ganancia del modo común es pequeña (como se desee) si el valor de Ro es grande. Esto resulta del efecto de retroalimentación negativa causado por Ro (para señales de modo común). Esa es la razón por la que podemos reemplazar la parte óhmica Ro por un tercer transistor que actúa como una resistencia DINÁMICA muy grande (una fuente de corriente). Por lo tanto, podemos tener una muy buena supresión de modo común.

El propósito de la corriente de cola es proporcionar una alta proporción de rechazo de modo común. La intención del amplificador diferencial no es solo amplificar las señales diferenciales y también rechazar (proporcionar menos ganancia, idealmente cero) para la señal de modo común. Podría haber tomado dos amplificadores de fuente comunes y tomar la diferencia de su salida para tener una alta ganancia diferencial. Pero el circuito también tiene una alta ganancia para señales de modo común.
Al agregar la fuente de corriente de cola, degeneramos la fuente con alta impedancia para las señales de modo común y reducimos la ganancia para ellas.