maximal mögliche Gleichtaktspannung für npn

Question

maximal mögliche Gleichtaktspannung für npn

JordanSH

Zuerst möchte ich allen hier für die Bereitstellung der Hilfe danken. Diese großartige Ressource ermöglicht es mir, Dinge zu verstehen, die über das hinausgehen, was mein Lehrbuch nur bietet. Ich habe folgende Frage:

Hier ist die Zahl, auf die sie sich in der Frage beziehen:

(Bildquelle: Buch "Microelectronic Circuits" von Sedra/Smith, 7. Auflage, Kapitel 9 )

HIER VERGESSEN SIE EINE WICHTIGE ANNAHME EINZUFÜGEN

UND ES ERKLÄRT, WARUM IHNEN 0,4 V FEHLEN, die von sedra-smith stammen

Mit dem Kleinsignalanalysemodell, das Sie nicht langweilen wird, konnte ich den Wert für Rc = 5 kOhm finden, der vollständig mit der Antwort des Lehrbuchs übereinstimmt. Jetzt ist mein Kampf, die maximale Vcm zu finden. Hier ist meine Analyse

v_{C M, M A X} = v_{B E} + v_{C} = 0,4 + v_{C C} - \frac{ICH}{2} R_{C} = 0,4 + 5 - (0,5 M A) (5 k Ω) = 2.9 v

$\begin{equation} V_{cm,max}=V_{BE}+V_C=0.4+V_{CC}-\frac{I}{2}R_C=0.4+5-\left(0.5mA\right)\left(5k\Omega \right)=2.9V \end{equation}$

Aber in meinem Buch steht:

v_{C M, M A X} = 1.6 v

$\begin{equation} V_{cm,max}=1.6V \end{equation}$

Kann mir bitte jemand sagen wie es dazu kam?? Bin echt verwirrt! Danke im Voraus für Ihre Hilfe.

UPDATE 1: Hier ist eine LTspice-Simulation des Problems. Bitte lassen Sie mich wissen, ob mein Modell richtig ist oder nicht, da ich ein Anfänger mit LTSpice bin. Sie können aus den Simulationsergebnissen ersehen, dass eine Änderung der Kollektorspannungen und -ströme erst bei etwa vb = 2,9 V auftritt

Sven B

Es scheint mir, dass der Betrieb wie erforderlich bedeutet, dass Sie einen zusätzlichen differenziellen Ausgangshub berücksichtigen müssen. Ich denke auch, dass es falsch ist, den Eingangs- Gleichtaktbereich ohne Angabe der Basis zu berechnen (z. B. a

V_{B E}

$V_{BE}$ ). Trotzdem kann ich auch nicht sehen, wie der CM-Eingangsbereich so begrenzt sein sollte.

jonk

Sie haben eine Formel bereitgestellt, keine Analyse. Bitte geben Sie die fundierte Argumentation an, die Sie verwendet haben, um zu dieser Formel zu gelangen. Und woher kommen diese 400 mV? Es steht nicht in dem von Ihnen angebotenen Text. Wenn ich 400 mV auf das Problem anwenden darf, kann ich einen guten Grund für ihren Fall haben

1.6 V

$1.6\:\text{V}$ . Unter keinen Umständen finde ich einen Weg, Ihre Formel zu akzeptieren. Ihre Argumentation hier würde also helfen, Ihren Fehler zu identifizieren.

G36

Sie haben hauptsächlich den Spannungshub am Transistorkollektor vergessen.

JordanSH

Ich denke, das Problem schmilzt dahin, dass ich 0,4 V hinzufüge und Sie 0,4 V subtrahieren. Also mein Buch sagt:

v_{B C} = 0,4 = v_{B} - v_{C} T H e R e F Ö R e v_{B} = v_{C M, M A X} = 0,4 + v_{C} = 0,4 + v_{C C} - \frac{ICH}{2} R_{C} = 0,4 + 5 - (0,5 M A) (5 k Ω) = 2.9!!!!

$\begin{equation}V_{BC}=0.4=V_B-V_C\\therefore\\ V_B=V_{cm,max}=0.4+V_C=0.4+V_{CC}-\frac{I}{2}R_C=0.4+5-\left(0.5mA\right)\left(5k\Omega \right)=2.9!!!!\end{equation}$ Wenn ich nur diese Gleichung aus meinem Buch verwende, weiß ich nicht, wie sie 1,6 V bekommen ???

JordanSH

Meins ist Sedra Smith 7. Ausgabe Kapitel 9

G36

@Raykh Wo hast du diese Antwort gefunden (1,6 V). Und wer hat gesagt, dass die Bücher keine "Fehler machen".

JordanSH

Im hinteren Teil der Rückseite liefern sie Antworten, aber keine Lösungen zu einigen ausgewählten Problemen. Die Wahrscheinlichkeit für einen Fehler ist gering

JordanSH

@G36 können Sie bitte eine Antwort mit der LTSPICE-Simulation geben, nur um sicherzugehen. Vielen Dank

abu_bua

Ihr Modell ist nicht korrekt , was Sie tun, ist eine Gleichtaktsimulation! Aber Sie wollen auch einen Gewinn haben . Sie müssen die differentielle Eingangsspannung addieren! Schau dir meinen Schaltplan an ! Bitte lesen Sie einen Blick auf meinen Beitrag.

JordanSH

Habe es gerade geändert, hoffe ich habe es richtig gemacht. Hat nicht viel geändert

abu_bua

Korrigieren Sie die Spannung v_differential_mode2 auf -5 mV, um korrekte Simulationsergebnisse zu erhalten.

JordanSH

@abu_bua, ich habe gerade mein Simulationsmodell korrigiert und es zeigt, dass sich die Kollektorspannung nicht ändern würde, bis vb = 2,5 V, was mit G36-Kommentaren übereinstimmt. kann ich daraus schließen, dass dies ein Fehler im Buch ist und die richtige Antwort Vcm,max=2,5V lauten sollte???? ABER DAS WIRKT IHREN RECHNUNGEN WIDERSPRUCH!!!

JordanSH

@G36: Mein Simulationsmodell zeigt Ihnen Berechnungsergebnisse. die Kollektorspannung ändert sich bei vb=2,5V

Antworten (1)

maximal mögliche Gleichtaktspannung für npn

Es scheint mir, dass der Betrieb wie erforderlich bedeutet, dass Sie einen zusätzlichen differenziellen Ausgangshub berücksichtigen müssen. Ich denke auch, dass es falsch ist, den Eingangs- Gleichtaktbereich ohne Angabe der Basis zu berechnen (z. B. a $V_{BE}$ ). Trotzdem kann ich auch nicht sehen, wie der CM-Eingangsbereich so begrenzt sein sollte.
Sie haben eine Formel bereitgestellt, keine Analyse. Bitte geben Sie die fundierte Argumentation an, die Sie verwendet haben, um zu dieser Formel zu gelangen. Und woher kommen diese 400 mV? Es steht nicht in dem von Ihnen angebotenen Text. Wenn ich 400 mV auf das Problem anwenden darf, kann ich einen guten Grund für ihren Fall haben $1.6\:\text{V}$ . Unter keinen Umständen finde ich einen Weg, Ihre Formel zu akzeptieren. Ihre Argumentation hier würde also helfen, Ihren Fehler zu identifizieren.
Sie haben hauptsächlich den Spannungshub am Transistorkollektor vergessen.
Ich denke, das Problem schmilzt dahin, dass ich 0,4 V hinzufüge und Sie 0,4 V subtrahieren. Also mein Buch sagt: $v_{B C} = 0,4 = v_{B} - v_{C} T H e R e F Ö R e v_{B} = v_{C M, M A X} = 0,4 + v_{C} = 0,4 + v_{C C} - \frac{ICH}{2} R_{C} = 0,4 + 5 - (0,5 M A) (5 k Ω) = 2.9!!!!$ $\begin{equation}V_{BC}=0.4=V_B-V_C\\therefore\\ V_B=V_{cm,max}=0.4+V_C=0.4+V_{CC}-\frac{I}{2}R_C=0.4+5-\left(0.5mA\right)\left(5k\Omega \right)=2.9!!!!\end{equation}$ Wenn ich nur diese Gleichung aus meinem Buch verwende, weiß ich nicht, wie sie 1,6 V bekommen ???
@Raykh Wo hast du diese Antwort gefunden (1,6 V). Und wer hat gesagt, dass die Bücher keine "Fehler machen".
Im hinteren Teil der Rückseite liefern sie Antworten, aber keine Lösungen zu einigen ausgewählten Problemen. Die Wahrscheinlichkeit für einen Fehler ist gering
@G36 können Sie bitte eine Antwort mit der LTSPICE-Simulation geben, nur um sicherzugehen. Vielen Dank
Ihr Modell ist nicht korrekt , was Sie tun, ist eine Gleichtaktsimulation! Aber Sie wollen auch einen Gewinn haben . Sie müssen die differentielle Eingangsspannung addieren! Schau dir meinen Schaltplan an ! Bitte lesen Sie einen Blick auf meinen Beitrag.
Habe es gerade geändert, hoffe ich habe es richtig gemacht. Hat nicht viel geändert
Korrigieren Sie die Spannung v_differential_mode2 auf -5 mV, um korrekte Simulationsergebnisse zu erhalten.
@abu_bua, ich habe gerade mein Simulationsmodell korrigiert und es zeigt, dass sich die Kollektorspannung nicht ändern würde, bis vb = 2,5 V, was mit G36-Kommentaren übereinstimmt. kann ich daraus schließen, dass dies ein Fehler im Buch ist und die richtige Antwort Vcm,max=2,5V lauten sollte???? ABER DAS WIRKT IHREN RECHNUNGEN WIDERSPRUCH!!!
@G36: Mein Simulationsmodell zeigt Ihnen Berechnungsergebnisse. die Kollektorspannung ändert sich bei vb=2,5V

abu_bua · Answer 1

Sie benötigen Vout = 1 V, wenn Sie Vin = 10 mV haben. Diese Werte sind vollständig differentiell . Das bedeutet, dass Sie bei einem Single-Ended-Eingang von 5 mV eine Ausgangsänderung von 500 mV erhalten müssen.

Holen Sie sich zuerst das g_m eines Q1 , indem Sie:

G_{M} = \frac{{ICH}_{C}}{2 \cdot v_{T H}} = \frac{1 M A}{2 \cdot 25 M v} = 20 M S,

$g_m = \cfrac{I_c}{2\cdot V_{Th}} = \cfrac{1mA}{2\cdot 25\,mV} = 20 \, mS\, ,$

Vorausgesetzt, der Q1 läuft bei Zimmertemperatur. Wenn wir also die maximale Eingangsspannung von 5 mV haben, erhalten Sie:

Δ {ICH}_{C} = G_{M} \cdot Δ v_{B E} = 20 M S \cdot 5 M v = 0,1 M A .

$\Delta I_C = g_m\cdot \Delta v_{BE} = 20\, mS \cdot 5\, mV = 0.1\, mA\, .$

Um einen Wert von R_c zu erhalten, müssen Sie daran denken, dass der Spannungsabfall 500 mV betragen muss:

R_{C} = \frac{500 M v}{Δ {ICH}_{C}} = 5 k Ω .

$R_C = \cfrac{500\, mV}{\Delta I_C}\, = 5\,k\Omega .$

Der Zweig mit dem höheren Strom im Differenzverstärker stellt die maximal zulässige Gleichtakt-Eingangsspannung ein.

Wenn Sie sich das Schaltbild unten ansehen, können Sie eine Spannungsschleife des Eingangs einstellen.

schematisch

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

v_{C C} - R_{C} \cdot (\frac{ICH}{2} + Δ {ICH}_{C}) - v_{B C} \geq v_{ich N Gleichtakt} + v_{ich N Diff-Modus} 5 v - 5 k \cdot 0,6 M A + 0,4 v \geq v_{ich N Gleichtakt} + 5 M v v_{ich N Gleichtakt} \leq 2.395 v .

$V_{CC} - R_C \cdot \Bigg(\cfrac{I}{2} + \Delta I_C \Bigg) - V_{BC}\ge V_{in\,\text{Common mode}} + V_{in\, \text{diff mode}} \\ 5\, V - 5\, k \cdot 0.6 \, mA + 0.4\, V\ge V_{in\,\text{Common mode}} + 5\, mV \, \\ V_{in\,\text{Common mode}} \le 2.395 \,V\quad .$

HINWEIS : Wenn die Spannung am Kollektor höher als die Basisspannung ist, bleibt der Transistor Q1 im Triodenbereich (linear, aktiv). In diesem Lehrbuch und wie die Simulation zeigt, kann die Basis-Kollektor-Diode öffnen, bis eine Spannung von 400 mV erreicht ist, ohne die Verstärkungsstufe zu beeinflussen.

Ihr Lehrbuch hat vergessen, die 5mV der max. differentielle Eingangsspannung. Wenn der Gain hoch ist, ändert sich nicht viel, aber wenn der Gain niedrig ist (z. B. 2), spielt es eine Rolle! Wenn die Verstärkung 2 beträgt und Sie eine max. Single-Ended Output Swing von 500mV, erhalten Sie ein V_differential/2 von 250mV! , die Sie zu Ihrem max. zulässiger cm Eingangsbereich. Die meisten Lehrbücher ignorieren diesen Fall!

Hier ist das Simulationsergebnis

Die schwarze Kurve ist die Kollektorspannung von Q1, die bei einer Gleichtakt-Eingangsspannung von 2,45 V anzusteigen beginnt

Du hast völlig recht und deshalb schaue ich es mir auch an. Solange der Kollektor eine höhere Spannung als die Basis hat, wird der Basis-Kollektor-Übergang umgekehrt ausgerichtet, wodurch der Transistor im aktiven Bereich bleibt. Dies ist natürlich der allgemeine Fall, denn mein Buch ist diesbezüglich präziser. Es heißt, den Transistor aktiv zu halten, Vbc <= 0,4 V. und von dort kommt die Gleichung in meiner Frage. Vb=vcm, Vc ist die bereits von Vcc und Rc bekannte Kollektorspannung. Wenn ich die Mathematik mache, bekomme ich Vcm = 2,9 V und Ihre Antwort liegt ziemlich nahe bei 2 V. Aber das Buch sagt, dass vcm 1,6 V entsprechen sollte
Aber ich verstehe immer noch nicht, wie sie vcm = 1.6 bekommen haben? bin wirklich verwirrt und dafür habe ich die Frage gepostet
In Ihrem ursprünglichen Beitrag schrieben Sie V_CE = 400 mV, sollte V_BC = 400 mV sein.
Sorry für den Tippfehler, ich werde das in Kürze korrigieren
All dies bedeutet also, wenn wir davon ausgehen, dass die Vbc-Spannung 0,4 V erreichen kann, bevor der Transistor in den Sättigungsbereich eintritt. Die Spannung am Kollektor kann "sicherheitshalber" unter die Basisspannung gehen und diese 0,4 V betragen. Und deshalb fügt das Raykh-Lehrbuch diese 0,4 V hinzu.
Warum schreiben Sie also 1,995 V - 0,4 V? Sicherheitsabstand?
weil das Originalplakat eine Vbc = 400 mV hatte --> Vcb = -400 mV. Ich selbst verwende V_bc = 0 V für die Papierberechnung - der Rest oder ein genaueres Ergebnis kann durch Simulation (oder bessere Messung) erzielt werden.
@abu_bua, danke für deine Antwort, aber es tut mir leid, dass ich seiner Logik nicht folgen kann. Ich habe oben einen Kommentar gepostet, in dem ich umreiße, wie mein Lehrbuch vorgeht. Ich glaube nicht, dass Sie sich die Zeit genommen haben, es zu lesen. Sie subtrahieren 0,4 V und mein Buch fügt 0,4 V hinzu. Ich hoffe, jemand würde eine klarere Antwort posten.
In der besprochenen Schaltung haben wir Vc1 = Vc2 = 2,5 V und die Ausgangsspannungsschwankung +/- 0,5 V und wenn wir andere Faktoren ignorieren. Für Vbc = 0 V haben wir Vcm = 2,5 V - 0,5 V = 2 V, aber für Vbc = 0,4 V haben wir Vcm = 2,5 V - 0,5 V + 0,4 V = 2,4 V
Ihre Vc-Aussage ist richtig. Die andere: Angenommen, Vcm ist 2,4, dann ist die Basis-Kollektor-Diode offen --> Sie sind in Sättigung !!! Hinweis: Vbc= - Vcb !!! Das heißt, du musst abziehen .
@ G36 Ich stimme Ihrem Kommentar mehr zu, und es scheint sehr logisch und auf der Route meiner Buchschritte zu sein, aber es zeigt immer noch nicht, wie sie 1,6 V bekommen haben
Was ich gerne sagen möchte, ist folgendes: Man muss das Transportmodell des Bipolartransistors nehmen, und man muss wissen, dass es sehr unsymmetrische Bauelemente sind, was die Dotierung angeht. Daher ist Beta im Rückwärts- und Vorwärtsbetrieb unterschiedlich -> daher müssen Sie eine Vbc berücksichtigen. Bitte nennen Sie mir den Autor und den Titel dieses Buches!
@abu_bua Damit Vcm = Vb = 2,4 V in Sättigung ist, muss Vc 0,4 V unter 2,4 V liegen, richtig? Und das Buch global.oup.com/us/companion.websites/umbrella/sedrasmith
Aber für Vc = 2 V und Vb = 2 V haben wir Vbc = 0 V und nicht 0,4 V. Ich gebe Ihnen den Link zur Buchwebsite. Sedra und KC Smith, Microelectronic Circuits
@abu_bua Ich habe dir das Buch in den Kommentaren oben gegeben und G36 tat es AUCH. Das Problem stammt aus Kapitel 9 und das Buch ist die 7. Auflage
Ihre Antworten sind richtig, aber ich kann ihrer Logik in den Fußstapfen des Buches nicht folgen. Ich verstehe nur nicht, warum Sie 0,4 V subtrahieren, wo Sie 0,4 V hinzufügen sollten
@Raykh: Ich habe nur angenommen, dass ich etwas Spielraum habe. Da Ihr Antwortbuch 1,6 V sagt. Ich habe dieses Problem in meiner 6. Ausgabe nicht gefunden. Es ist also neu --> vielleicht ein Fehler. Außerdem berechnet ein guter Designer normalerweise nicht R_c für ein solches Gleichtaktproblem -> er benutzt sein Gehirn und verwendet für den Strom die Gleichung Id/2 * (1 + Vindif/(2*25mV)) - in unserem Fall 0,5 mA ( 1 + 5mV/50mV) --> einfach: merkenswert.
@abu_bua, vielen Dank und ich schätze deine Hilfe sehr. Du könntest Recht haben, dass dies ein Fehler im Buch ist. Bin dabei, ein Simulationsmodell für das Problem mit LTSpice hochzuladen, bitte werfen Sie einen Blick darauf. Es zeigt, dass sich Kollektorspannung und -strom bis etwa vb = 2,9 V nicht ändern
@abu_bua: Ich habe gerade die LTspice-Simulation hinzugefügt
NEIN, es ist richtig. In diesem Buch gehen sie von Vbc = 0,4 V aus