Amplificador diferencial con espejo de corriente (2N2222A), Duda.

[Dymmtra]

Hola, estoy diseñando un amplificador diferencial con espejo de corriente.
El voltaje en los colectores Vc = 6V.
La corriente en los colectores Ic = 2mA.
y los Vcc = 12V y -12V.

Con respecto a esto calcule las resistencias de colectores y la resistencia Rp que va en el espejo de corriente.

Las cuales son Rc= 3K y Rp = 5.825K.

El problema es que teóricamente si me dan los valores de Vc e Ic, y en el simulador con trnsistores genericos también, pero a la hora de intercambiarlos por los 2N2222A en el simulador me da una Ic = 4mA aprox. y el Vc me lo da en mV.

Y en la práctica el espejo de corriente se calienta en exceso.

Espero alguien me pueda decir que esta pasando y como resolver este problema.
De antemano gracias.
Saludos

 

[cosmefulanito04]

Fijate si podes usar una fuente de corriente mas confiable, widlar, wilson o inclusive una con diodos. Usando esta ultima, tiende a lo que buscas.



Consejo, usa los valores mas comunes de resistencias comerciales: 1- 1,2 - 1,5 - 1,8 - 2,2 - 2,7 - 3,3 - 3,9 - 4,7 - 5,6 - 6,8 - 8,2 (creo que no me olvido ninguno).

 

[Dymmtra]

Fijate si podes usar una fuente de corriente mas confiable, widlar, wilson o inclusive una con diodos. Usando esta ultima, tiende a lo que buscas.



Consejo, usa los valores mas comunes de resistencias comerciales: 1- 1,2 - 1,5 - 1,8 - 2,2 - 2,7 - 3,3 - 3,9 - 4,7 - 5,6 - 6,8 - 8,2 (creo que no me olvido ninguno).

Si, gracias por la propuesta, lo qUE pasa esqUE nuestro profesor nos dejo esto como práctica, entonces por lo mismo de que no sale en la práctica esa es mi duda, de que es lo que esta pasando con el espejo de corriente, PORqUE teoricamente si obtengo los resultados pero ya con el 2N2222A no.

Me di cuenta que el problema se resuelve si duplico mi resistencia del espejo de corriente la Rp, pero realmente no encuentro que me justifica eso, y eso es lo qUE me gustaria saber.

 

[cosmefulanito04]

El gran inconveniente que tiene la fuente espejo es que los dos transistores deben ser de las mismas caracteristicas, normalmente se suelen usar transistores en array, tipo el CA3086, que al ser fabricados en la misma oblea, te aseguras que los transistores tengan las mismas caracteristicas. Por otro lado, si probas con transistores discretos, estos deberan ser del mismo modelo, y en lo posible de la misma tanda.

Fijate tu mismo circuito usando en la fuente espejo 2 transistores iguales como el 2N2222A y luego que pasa cuando cambio uno por otro transistor:





Verifica que a la hora de simularlo, la fuente espejo tenga los mismos transistores.

 

[Dymmtra]

Si de hecho tuve eso en cuenta y en el simulador todos son iguales, no se realmente el ZTX qUE signifique pero el modelo qUE me pone el multisim solo es 2N2222A.

Y por lo mismo en la práctica se que aunqUE use transistores de la misma matricula no signifca qUE tengan la misma ganancia, por lo qUE opte por cambiarlo por un integrado el MPQ3904, pero aun asi tengo el mismo problema se empieza a calentar y la corriente aumenta mucho, medio resolvi el problema agregando un potenciometro pero no se como justificar esto, no entiendo el POR qUÉ.

Otra cosa qUE note es qUE en los datasheets del 2N2222A dice qUE mas o menos en los amperajes que estoy trabajando la beta suele ser de 35 o 50 en el mejor de los casos, no se si tambien sea por esta ganancia muy pobre en esos rangos de corriente.

 

[cosmefulanito04]

Lo que te esta pasando es normal en este tipo de fuentes, eso se llama embalamiento termico, y el problema esta en no poner una resistencia en el emisor de los transistores para evitar esas pequeñas diferencias que puede llegar haber entre transistores y se produzca un efecto cascada.

Aunque admito que es raro que te pase usando un array de transistores. Eso si me paso usando 2 548, la solucion en su momento fue cambiar la fuente por una mas estable.

Proba con este circuito, es un espejo, modificado:



La justificacion, sin esas resistencias en el emisor se produce un embalamiento termico (=la corriente en un semiconductor empieza aumentar => aumenta la temperatura => vuelve aumentar la corriente y se produce un efecto cascada o realimentacion positiva) producto del desbalanceo entre los transistores. Por las dudas, aclara cuales son esos parametros que deben ser iguales en los transistores (el hfe y otro que no recuerdo, pero era importante) para que la fuente espejo funcione bien.

Para el calculo, de las resistencias, simplemente plantea mallas:

- Vcc=VRC1+VRE1+VBE1 (1)
- VRE1+VBE1=VBE2+VRE2 (2)

En este caso, la depencia de Vbe no es tan importante como en la fuente espejo tradicional, y las resistencias en emisor provocan una caida de tension que en cierta forman te independizan de dicha tension y decir que es 0,7V; entonces de (2) podes afirmar que:

Vbe1=Vbe2 => VRE2=VRE1 => Icq1*Re1=Icq2*Re2, si Re1=Re2 => Icq1=Icq2

Ahora para polarizar el circuito, tenes que partir de (1):

Vcc=Icq1*Rc1+Icq1*Re1+VBE1 => (Rc1+Re1)=(Vcc-0,7v)/Icq1

Volviendo al ej. que te di, Icq=1mA => (Rc1+Re1)=11,3kohm

Imponiendo Re1=Re2=1kohm => Rc1=10kohm (valores comerciales)

Ahi tenes una fuente espejo mejorada y tu profesor no te puede decir nada porque le argumentaste el porque no usar una fuente espejo convencional y como solucionar el inconveniente que dicha fuente presenta. Por otro lado, esta fuente presenta un Rout mayor que la fuente espejo, lo cual mejora el Rechazo de modo comun en amplificadores diferenciales.

A si y todo, fijate que la fuente con diodos (la 1era que te puse) es todavia mas sencilla, y tambien aplicando mallas sale facil:

Vcc=iF-diodo*R4+2*Vdiodo (1)
2*Vdiodo=Vbe+Icq*R5 (2)

Vdiodo=0,7v => R4=(Vcc-1,4v)/iF-diodo

If-diodo debera ser lo suficientemente grande para polarizar los 2 diodos y el transistor que funciona como fuente.

De (2) imponemos la corriente que deseamos:

Icq=(2*Vdiodo-Vbe)/R5=0,7v/R5 => R5=0,7V/Icq

Todavia mas facil que la espejo, y con la ventaja que los diodos funcionan como proteccion en caso de sobre temperatura y en caso de cambiar Vcc, la fuente sigue polarizada igual, a lo sumo habra que cambiar R4.