ElectrónicaBásica · Amplificador Diferencial con Carga Activa ... • Resistencia de salida R...

Tema B.4. El Amplificador Diferencial

Electrónica Básica

Gustavo A. Ruiz Robredo Juan A. Michell Mar<n

DPTO. DE ELECTRÓNICA Y COMPUTADORES

Este tema se publica bajo Licencia: CreaHve Commons BY-‐NC-‐SA 3.0

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/es/

Electrónica Básica. 2º Curso. Grado en Ingeniería de Tecnologías de Telecomunicación 2

Amplificador Diferencial con Carga Activa

•  Esquema de circuito: VDD

M3

M1

vI1 ~

vO2

M2

M4

M5

VREF2

VREF1

VSS

~

vO1

vI2



•  Circuito equivalente de pequeña señal:

gm1vgs1 gds1vi1 ~+vgs1−

gds3

gds2

gds4

gm2vgs2 vi2~+vgs2−

vo2vo1

v1

gds5


gmivgs1 goi+vgs1−

gol

goi

gol

gmivgs2+vgs2−

vo2vo1

v1

go

~2idv

vic~

~ −2idv

vi1 vi2


•  Circuito equivalente con transistores simétricos:

1 2id i iv v v= −

1 2

2i i

icv vv +

=

1 2id

i icvv v= +

2 2id

i icvv v= − +

1 1 1d c

o o ov v v= + 2 2 2d c

o o ov v v= +



•  Análisis en modo diferencia (DM):

2 1d do ov v= −

gmivgs1 goi+vgs1−

gol

goi

gol

gmivgs2+vgs2−v1

go

~2idv ~ −

2idv

1dov 2

dov



•  Circuito equivalente de pequeña señal en DM:

( )1 2d mi ido

ol oi

g vvg g

= −+

gmivgs1+vgs1−

~2idv goi gol

1dov


gmivgs1 goi+vgs1−

gol

goi

gol

gmivgs2+vgs2−v1

go

~ ~vic vic

1cov 2

cov


•  Análisis en modo común (CM):

2 1c co ov v=



•  Circuito equivalente de pequeña señal en CM:

gmivgs1+vgs1−

~ goi golvic

1cov

2og

v1

( ) ( )1 1 1 1 0c col o mi ic oi og v g v v g v v+ − + − =

1 12co

ol og v g v= −

( )1

2

co mi o

ic oi o ol o ol mi oi

v g gv g g g g g g g

= −+ + +



•  Resistencia de salida Rout:

−gmiv1goi

gol

goi

gol

−gmiv1

v1

go

vt~

it

i2i1Rout

Req1 Req2

Req3


−gmiv1goi

gol

goi

gol

−gmiv1

v1

go

vt~

it

i2i1Rout

Req1 Req2

Req3


•  Cálculo de Req1 :

( )1oi ol

eqoi mi ol

g gRg g g

+=

+


−gmiv1goi

gol

goi

gol

−gmiv1

v1

go

vt~

it

i2i1Rout

Req1 Req2

Req3



12 1||eq o eqR g R−=


−gmiv1goi

gol

goi

gol

−gmiv1

v1

go

vt~

it

i2i1Rout

Req1 Req2

Req3



( )13 2 21eq eq oi mi eqR R g g R−= + +


−gmiv1goi

gol

goi

gol

−gmiv1

v1

go

vt~

it

i2i1Rout

Req1 Req2

Req3


•  Cálculo de Rout :

13||out ol eqR g R−=



•  Tensiones de salida:

( ) ( )

( ) ( )

1 1 1

1

2 2 2 1 1

2

2 2

2 2

d co o o

mi id mi oo ic

ol oi oi o ol o ol mi oi

d c d co o o o o

mi id mi oo ic

ol oi oi o ol o ol mi oi

v v vg v g gv v

g g g g g g g g g

v v v v vg v g gv v

g g g g g g g g g

= +

= − −+ + + +

= + = − +

= −+ + + +



•  Ganancias DM (Adm) y CM (Acm):

( )

( )

( )

( )

1 2

1 2

2 2

2

miod o o id

ol oi

od midm

id ol oi

o o mi ooc ic

oi o ol o ol mi oi

oc micm

ol mi oiicoi ol

o

gv v v vg g

v gAv g g

v v g gv vg g g g g g g

v gAg g gv g g

g

= − = −+

= = −+

+= = −

+ + +

= = −+

+ +



•  Razón de rechazo del modo común (CMMR):

•  Tensiones de salida vs. tensiones de entrada:

( ) ( )

( ) ( )

1 1 2 1 2

2 1 2 1 2

2 2

2 2

dm cmo i i i i

dm cmo i i i i

A Av v v v v

A Av v v v v

= − + +

= − − + +

( )( )

21 ol mi oidm

cm o ol oi

g g gACMRRA g g g

+= = +

+


Amplificador Diferencial con Espejo de Corriente

•  Esquema de circuito: VDD

M3

M1

vI1 ~

vO

M2

M4

M5VREF1

VSS

~ vI2



•  Circuito equivalente de pequeña señal:

gm1vgs1 gds1vi1 ~+vgs1−

gds3

gds2

gds4

gm2vgs2 vi2~+vgs2−

voutv2

v1

gds5

gm3

−vgs4+

gm4vgs4



•  Circuito equivalente con transistores simétricos:

gmivgs1 goivi1 ~+vgs1−

gol

goi

gol

gmivgs2 vi2~+vgs2−

voutv2

v1

go

gml

−vgs4+

gmlvgs4



•  Análisis del circuito con transistores simétricos:

( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( )

2 1 1 2 1

1 2 1 1 1 1 2 1

2 1 2 1

0

0

0

ml mi i oi

o oi mi i oi out mi i

ol out ml oi out mi i

g v g v v g v v

g v g v v g v v g v v g v v

g v g v g v v g v v

+ − + − =

− + − + − + − + − =

+ + − + − =

goi goi

gol

gmi(vi2−v1)

voutv2

v1

go

gmlv2@ gml

gmi(vi1−v1)



•  Tensión de salida vout: ( ) ( )( )( ) ( )

1 2 1

1 2 1 2

1 2 2

2 2mi oi ml oi mi i

mi oi o oi oi out mi i mi i

mi oi ml oi ol out mi i

g g v g g v g v

g g g v g v g v g v g v

g g v g v g g v g v

+ − + =

+ + − − = +

+ − − + =

( )( )

( ) ( )( ) ( )( )

1 2 1 22 1

2

oimi ml mi oi i i o i i

mlout

mi oi oi ol ml oi ol o ml oi oi ol

gg g g g v v g v vg

vg g g g g g g g g g g g

⎛ ⎞⎛ ⎞⎛ ⎞+ − + − +⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠⎝ ⎠=

+ + + + + +

( ) ( ) ( )

( ) ( )( ) ( )( )

1 21 22 1

2 22

i ioimi ml mi oi o i i mi oi o

mlout


v vgg g g g g v v g g gg

vg g g g g g g g g g g g

⎛ ⎞ +⎛ ⎞+ + + − −⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠⎝ ⎠=+ + + + + +



•  Ganancias DM (Adm) y CM (Acm):

( ) ( )1 21 2 2

i iout dm i i cm

v vv A v v A

+= − +

( )

( ) ( )( ) ( )( )

2 12

2

oimi ml mi oi o

mldm


gg g g g gg

Ag g g g g g g g g g g g

⎛ ⎞⎛ ⎞+ + +⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠⎝ ⎠=+ + + + + +

( ) ( )( ) ( )( )2mi oi o

cmmi oi oi ol ml oi ol o ml oi oi ol

g g gAg g g g g g g g g g g g

−=

+ + + + + +



•  Razón de rechazo del modo común (CMMR):

•  Expresiones simplificadas:

( )( ) 122

dm mlmi oi o

cm oi o

A gCMRR g g gA g g

= = + + +

, , ,mi ml o oi olg g g g g>>

midm

oi ol

gAg g+

;( )2o oi

cmml oi ol

g gAg g g−

+;

2 mi ml

o oi

g gCMRRg g

;



•  Resistencia de salida Rout:

goi goi

gol

−gmiv1

v2

v1

go

gmlv2

−gmiv1 vt~

it

Rout@ gml

( )( ) ( )

( )

2 1 2 1

1 2 1 1 1 1

2 1 1

0

0ml mi oi

o oi mi oi t mi

ol t ml oi t mi t

g v g v g v v

g v g v v g v g v v g v

g v g v g v v g v i

− + − =

− + − − + − − =

+ + − − =



•  Cálculo de Rout:

( ) ( )( )( ) ( )

1 2

1 2

1 2

0

2 2 0mi oi ml oi

mi oi o oi oi t

mi oi ml oi ol t t

g g v g g v

g g g v g v g v

g g v g v g g v i

+ − + =

+ + − − =

+ − − + = −

( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )( )

22

mi oi ml oi o ml oiout


g g g g g g gR

g g g g g g g g g g g g+ + + +

=+ + + + + +

1, , , :mi ml o oi ol outoi ol

g g g g g Rg g

>>+

;

tout

t

vRi

=

ElectrónicaBásica · Amplificador Diferencial con Carga Activa ... • Resistencia de salida R...

Documents

Transcript of ElectrónicaBásica · Amplificador Diferencial con Carga Activa ... • Resistencia de salida R...