Preguntas básicas sobre la etapa Push Pull

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Estoy confundido en cuanto a cómo funcionará el siguiente circuito (????)

Supongamos que no hay señal de CA y solo se aplica una señal de CC.

  1. Según los libros, esta es una etapa seguidora de voltaje, es decir, Vo será igual a Vi. Pero, ¿cómo es posible? Ambos transistores siempre están cortados porque Vgs de NMOS y PMOS deberían ser cero y, por lo tanto, Vo debería estar flotando. Pero si hago un barrido de Vi de 0 a Vdd, también veo que Vo sigue a Vi. ¿Cómo está tan bien definida la tensión de salida Vo?

  2. Intuitivamente, este circuito no tiene ningún sentido para mí. ¡Sería realmente bueno si alguien me pudiera explicar con palabras sencillas!

EDITAR: Intentaré explicar lo que creo que debería suceder. Para el circuito exactamente como se describe en la imagen (sin condición de carga y solo condición de CC)

  1. Cuando Vi está abierto o los terminales de la puerta están flotando, con Vdd aplicado, Vo está flotando.

  2. Cuando los terminales de la puerta están conectados a Vi y Vi = 0 voltios, Vo sigue flotando (considerando que Vo_floating > 0 voltios es más probable que Vo = 0 voltios), VgsPMOS = voltaje negativo, por lo tanto PMOS tirará de vo al suelo. 2.1: Si Vo_floating = exactamente 0 voltios (Vo = Vi) entonces es el mismo caso que 2.

  3. Cuando Vi > 0 pero menos que Vth (PMOS y NMOS) VgsNMOS = + ve y VgsPMOS = -ve (desde Vo > = 0), Vo = 0 voltios

  4. Vi > Vth pero Vi < < Imágenes Vdd, VgsNMOS > VthNMOS y -VgsPMOS < -VthPMOS, por lo tanto ambos transistores están conduciendo. VgsNMOS = Vi-Vo, por lo tanto, Vo = Vi-VgsNMOS. Sin embargo, en esta etapa Vo = Id RdsPMOS, donde Id es la corriente de drenaje definida por VgsNMOS (Id = gm VgsNMOS). Si RdsPMOS es muy alto, entonces Vo aumentará reduciendo VgsNMOS. Pero, ¿y si VgsNMOS cae por debajo de Vth? ¿Por qué no puede pasar esto? ¿Qué definirá Vo (es Vo = Vi-VgsNMOS? O Vo = Id * RdsPMOS?) Aquí y por qué?

pregunta RAN

2 respuestas

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Según los libros, esta es una etapa seguidora de voltaje, es decir, Vo será   igual a Vi

No, Vo nunca alcanzará el nivel de Vi debido a los efectos de carga en la salida y la necesidad de exceder los voltajes de umbral de la puerta para poder encender (en cualquier medida razonable) cualquiera de los transistores.

Por lo tanto, si Vi es de 5 voltios p-p y el riel de alimentación tiene 5 voltios, entonces esperaría ver que tal vez de 4 a 4,5 voltios p-p salgan en condiciones sin carga. Puede preguntarse por qué no 5 voltios por pp. El transistor que está "apagado" seguirá consumiendo nano amperios y tendrá capacidad para drenar la fuente, lo que significa que la corriente real debe pasar a través del transistor "encendido" para lidiar con el efecto de carga de El transistor "off". Esto significa que la fuente realmente no puede seguir la compuerta sin una caída de voltaje.

Para comprender mejor este circuito, deshágase del MOSFET del canal P y reemplácelo con una resistencia para formar un amplificador seguidor de fuente: la ganancia es algo menor que 1 y este es el mismo problema básico que se enfrenta en la versión push-pull (pero está ligeramente mejorado en escenarios sin carga).

    
respondido por el Andy aka
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Veamos una versión BJT, y también incluiré una carga en la salida:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

¿Ahora tiene más sentido?

Cuando la tensión de entrada es más alta que la conexión a tierra (o lo que sea que termine la carga), entonces la unión b-e de Q1 tendrá polarización directa, y Q1 conducirá hacia la carga. Al mismo tiempo, el b-e de Q2 tendrá polarización inversa, por lo que Q2 se cortará.

Cuando el voltaje de entrada está por debajo del nivel del suelo (o lo que sea que termine la carga), Q2 estará activo hacia adelante y Q1 se cortará.

Habrá una pequeña región, cuando la entrada se encuentre dentro de aproximadamente 0.6 o 0.7 V de tierra, donde ni Q1 ni Q2 estarán activados, y esto causará la infame distorsión de cruce que usualmente hablamos cuando discute este circuito.

La versión MOSFET que presentaste funcionará de la misma manera, pero como un VOS (th) MOSFET típico es más alto que Vbe (activado) de un BJT, la región de distorsión de cruce será mucho más amplia.

En un circuito de alimentación única como el suyo, si la carga finaliza a tierra, no es necesario incluir Q2 (o el PMOS en su circuito), ya que solo Q1 estará siempre activo. Pero si tiene una carga que termina en un voltaje intermedio (o si desvía la salida allí y se acopla capacitivamente a la carga real), podría tener sentido utilizar este diseño en un solo entorno de suministro

Editar

RE tu edición,

  

Para el circuito exactamente como se describe en la imagen (sin condición de carga y solo condición de CC) ...

     
  1. Cuando Vi está abierto o los terminales de la puerta están flotando, con Vdd aplicado, Vo está flotando.
    2.   

No puedes contar con esto. Es probable que cierta carga estática se acumule en el nodo de la puerta y la conduzca hacia arriba o hacia abajo en forma redimible. Siempre debe conectar las puertas CMOS a un potencial conocido.

En el resto de su análisis, está descuidando que habrá corrientes de fuga a través de los canales FET y los diodos del cuerpo, por lo que la tensión de salida nunca será realmente flotante.

Por lo tanto, su expectativa de que "Vo_floating = exactamente 0 Voltios" es muy poco probable. Es más probable que se incline hacia un voltaje cercano (a unos pocos voltios de) Vdd / 2. El valor probablemente cambiará con la temperatura, las corrientes de aire que pasan, etc.

Si el voltaje de entrada es diferente de este valor (variable) en más de los Vgs (th) de uno de los FET, entonces comenzará a controlar el voltaje de salida como un circuito seguidor. Se acumulará alguna carga en el nodo de salida debido a la capacitancia parásita. Si la tensión de entrada vuelve a cambiar, la fuga puede tardar un tiempo en descargar esta capacitancia y restablecer la tensión de salida de equilibrio.

Pero realmente, ¿por qué querría usar este circuito sin carga adjunta? El objetivo principal del diseño es poder generar o hundir corrientes relativamente grandes en (o fuera de) una carga.

    
respondido por el The Photon

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