Que Es Y Como Funciona El Circuito De Par De Cola Larga De Transistores - Amplificador Diferencial
El par de cola larga o circuito de par diferencial es una forma de amplificador diferencial que proporciona una salida de tensión proporcional a la diferencia entre los dos nodos de entrada.
El par de cola larga se utiliza a menudo con transistores bipolares, pero puede construirse igualmente con FET, y los primeros circuitos de par de cola larga se diseñaron utilizando válvulas termoiónicas / tubos de vacío.
Desarrollo del par de cola larga
El circuito de par de cola larga existe desde hace muchos años y se utilizaba mucho antes de la aparición del transistor bipolar o del FET.
El circuito se vio por primera vez alrededor de 1934 y posteriormente fue un circuito que apareció en una patente presentada por Alan Blumlein, el ingeniero electrónico británico que inventó el sonido estereofónico.
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La configuración del par de cola larga se adoptó posteriormente en diversas aplicaciones, incluida la tecnología de osciloscopios> También se utilizó ampliamente en circuitos relacionados con la informática, donde funcionaba bien como interruptor que era en gran medida independiente de la ganancia y otros parámetros del dispositivo utilizado.
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En los primeros tiempos del par de cola larga, se utilizaban tubos o válvulas termoiónicas.
Más tarde, la versión del circuito con transistores bipolares encontró un gran nivel de uso cuando se empezaron a utilizar los amplificadores operacionales. Como el par de cola larga es una forma de amplificador diferencial, era ideal para utilizarlo en estos amplificadores de circuitos integrados.
Conceptos básicos del par de cola larga
El par de cola larga, LTP o par diferencial se muestra a continuación en una variante que utiliza dos transistores.
En el diagrama se puede ver que los dos emisores de los transistores están conectados entre sí y este nodo se lleva a tierra a través de una gran resistencia. Esta configuración es la que da nombre a la configuración del circuito, ya que se asemeja a una larga cola.
La resistencia tiene un valor elevado y, por tanto, se asemeja a una fuente de corriente. En muchas aplicaciones de circuitos integrados en las que se pueden añadir fácilmente más transistores, la resistencia de cola larga se suele sustituir por una fuente de corriente activa para mejorar el rendimiento.
En su funcionamiento, uno de los aspectos clave del par de cola larga es que es un amplificador diferencial. El amplificador amplifica la diferencia de tensión entre las dos entradas. Si se aplica la misma señal a ambas entradas no debería verse ninguna salida.
En realidad, aparecerá alguna señal, pero el nivel está determinado por lo que se denomina relación de rechazo en modo común, CMMR. El nivel viene determinado principalmente por la falta de equilibrio en el circuito.
La relación de rechazo del modo común se expresa normalmente como una relación en decibelios. El valor indica el nivel de reducción de una señal aplicada a ambas entradas en comparación con una señal aplicada a una sola entrada, estando la otra conectada a tierra.
Ganancia de par de cola larga
Como en cualquier circuito electrónico, la ganancia es importante. La ganancia para un amplificador diferencial perfecto puede expresarse como sigue:
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Donde:
- Vout = tensión de salida
- V+in = tensión de entrada en la entrada positiva
- V-in = tensión de entrada en la entrada negativa
- Ad = ganancia diferencial
En realidad, siempre hay alguna ganancia de las señales de modo común. En consecuencia, la representación más precisa de la ganancia incluye tanto los elementos de modo diferencial como de modo común de la salida.
Donde:
- Ac = ganancia en modo común
Fuente de corriente del emisor
Uno de los desarrollos del circuito básico de par de cola larga mostrado anteriormente, es utilizar una fuente de corriente activa para el circuito emisor.
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El par de cola larga básico utiliza una gran resistencia en el circuito emisor. Esto se aproxima a una fuente de corriente, pero no es tan bueno como una versión activa completa. Como es muy fácil añadir transistores en un circuito integrado, es prácticamente tan fácil tener una fuente de corriente activa como una resistencia.
En consecuencia, todos los circuitos integrados que utilizan un par de cola larga emplean un circuito que utiliza una fuente de corriente activa.
Espejo de corriente de colector de par de cola larga
Otra mejora del circuito básico es emplear un espejo de corriente dentro del circuito de colector de los transistores. Esto permite convertir la señal de corriente de colector diferencial en una señal de tensión de un solo extremo sin las pérdidas de la resistencia, al tiempo que aumenta la ganancia del circuito.
La alta carga efectiva de colector proporcionada por el espejo de corriente permite alcanzar ganancias de tensión de 5000 o más, siempre que no se coloque una carga externa en el circuito.
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El par de cola larga o par diferencial se utiliza ampliamente en la tecnología de circuitos integrados, especialmente en los amplificadores operacionales, donde proporciona el bloque de construcción básico de todo el amplificador.
Dada la facilidad de uso de los amplificadores operacionales y su bajo coste, rara vez se ven circuitos de par de cola larga hechos con componentes discretos. Esto indica el éxito del amplificador operacional y su uso del concepto de circuito de par de cola larga.
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