Diseño: Polarización

Introducción:

El amplificador diferencial es una configuración basada en transistores, en la cual su voltaje de salida es proporcional al voltaje de entrada; presenta también una ganancia bastante alta y esta acoplado en DC a los voltajes de entrada.

El amplificador diferencia se puede encontrar configurado con BJTs o con MOSFETs. En esta oportunidad se trabajo con MOSFETs, sin embargo su comportamiento es muy parecido a los BJTs, en donde encontramos ganancias similares y la propiedad de una rápida conmutación que sufren los pares diferenciales en gran señal.

Existen dos razones relevantes por las cuales es conveniente usar amplificadores diferenciales: la primera es por su insensibilidad al ruido y a las interferencias, y la segunda porque esta configuración permite polarizar el amplificador y conectar etapas de amplificadores sin la necesidad de capacitores de derivación o acople.

Diseño:

Polarización:

En el proceso de polarización se obtiene el siguiente circuito con sus respectivos valores de voltajes y corrientes relevantes:

Análisis por pequeña señal:

Primero se determinaron los gm de cada uno de los transistores:

1/gm2=1/gm3=10,35k

1/gm1=7,25k

Obtuvimos el siguiente circuito equivalente en pequeña señal:

Del cual se obtuvo la siguiente ganancia:

Vo/Vin=10,63

El manejo lineal es:

Vin<0,14V

Análisis de gran señal:

Cuando Vin aumenta, se encontró que el manejo se lo lleva M2, haciendo que M2 tienda a región de corte.

Cuando Vin disminuye, se encontró que el manejo se lo lleva M1, haciendo que M1 tienda a región de tríodo.

La condición para que ningún transistor conmute está dada por:

-500mV<Vin<500mV

Para tener un aumento de 1V en Vo con respecto a la polarización (Vo=2,2V) el Vin debe ser:

Vin=0,1V

Para tener una disminución de 1V en Vo con respecto a la polarización (Vo=0,2V) el Vin debe ser:

Vin=-0,1V

Medición

Pequeña señal.

Durante las mediciones obtuvimos los siguientes resultados:

Vg1=-3,42 V

Vs2=Vs3=-3,1V

Ids3=25µA

Ids2=22µA

Vo=0,22V

Se presentaron diferencias en cuanto a los valores teóricos debido a las tolerancias de los componentes usados, las impedancias y demás factores de ruido generados por los aparatos de medida, sin embargo se obtuvo una ganancia de 11 aproximadamente como se muestra en la siguiente figura:

Gran señal:

Se obtuvo un manejo de aproximadamente 2,4 V como se muestra en la siguiente figura:

En el momento de variar el Vin, se analizó la señal por pedazos:

Ciclo positivo:

Ciclo negativo:

Al hacer las variaciones en el Vin se observo que el ciclo negativo, se descuadraba primero, concluyendo que los transistores tendían a región de corte, en este caso esa variación se presentó aproximadamente en 2V.

Modo de rechazo común

Para analizar el modo de rechazo común, se conectó la señal de entrada al Gate de M2, con el fin de tener la

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