¿Cómo fluyen los electrones en estos circuitos?

Answer 1

Existe un teorema que es muy útil cuando se analizan amplificadores diferenciales, el teorema de simetría y antisimetría (ya que los amplificadores diferenciales suelen ser circuitos simétricos). Cuando tiene un circuito que es simétrico (como el primero), cuando aplica el mismo voltaje en los extremos simétricos, la corriente que fluye a través de las ramas cortadas por la línea de simetría es cero. Pero para usar este teorema, necesitarías usar este truco. Dado que la resistencia Re está en la línea de simetría, puede dibujar dos resistencias paralelas que son iguales a 2Re y una está conectada al emisor T1 y -Vs, la otra al emisor T2 y -Vs. La corriente que fluye del emisor 1 al emisor 2 es cero y obtienes esta imagen:

(El programa no me deja darles los mismos nombres, pero creo que puedes ver lo que hice aquí, R7 y R6 corresponden a 2Re), tampoco dibujé generadores ya que allí no hay posibilidades. Básicamente, siempre que tenga un circuito simétrico y algún elemento en la línea de simetría, puede hacer este truco, la resistencia se puede dibujar como dos resistencias paralelas que son 2 veces más grandes, la fuente de corriente como dos fuentes de corriente paralelas que tienen una corriente igual a la mitad de la anterior , y el generador de voltaje se puede dibujar como dos generadores que tienen el mismo voltaje.
Entonces ahora puede ver que tiene el mismo circuito ya que el voltaje de entrada es el mismo, lo que significa que Vd es igual a Vc.

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Ahora, supongamos que toma esta imagen, pero en el punto a coloca V1 y en el punto B coloca -V1, puede usar la antisimetría para simplificar el problema. El teorema dice que cada punto que está en la línea de simetría tiene potencial cero. Al tener un circuito antisimétrico, debes usar prácticamente los mismos trucos. Pero ahora dividirá elementos que son ortogonales a la línea de antisimetría. Entonces R sería dos resistencias en serie que son iguales a R / 2.

Aquí hay una ilustración de este teorema:

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Echemos otro vistazo a su circuito. Podemos usar el teorema de superposición. Ok, entonces digamos que Va = Vb = 0 (el voltaje de entrada es cero). Ahora podemos ver que el circuito es simétrico, por lo tanto Vd = Vc, entonces Vc-Vd = 0 (lo llamaremos Vout de ahora en adelante), por lo que en el amplificador diferencial ideal Vout es cero cuando no hay entrada.

Ahora veamos qué sucede cuando hay entrada. Como ya hemos calculado el efecto de Vs y -Vs en el Vout, ahora podemos desactivarlos.
Deje Vdiff = Vb-Va (si la entrada es una señal pequeña, entonces estas letras no deberían ser mayúsculas, pero las dejaré así, ya que es mucho más fácil de ver), y Vs = (Va + Vb) / 2.
Puede ver que Va = Vs-Vdiff / 2 y Vb = Vs + Vdiff / 2. Ahora podemos obtener Vout como Vout = Vout (Va = Vs, Vb = Vs) + Vout (Va = -Vdiff / 2, Vb = Vdiff / 2), por lo que podemos usar la simetría y la antisimetría nuevamente para simplificar el problema. E inmediatamente podemos ver que Vout (Va = Vs, Vb = Vs) = 0, por lo que solo hay un circuito para resolver aquí.
Cuando el circuito es antisimétrico, Vd = -Vc (cada dos puntos que eran iguales en circuitos simétricos ahora están en esta relación). Entonces podemos mirar el emisor de tierra R1-T1-T1 conectado a la tierra y encontrar Vd. Sabemos que Vc es igual a -Vd, entonces Vc-Vd = -2Vd, por lo tanto Vout (Va = -Vdiff / 2, Vb = Vdiff / 2) = – 2Vd.
Como el emisor está conectado a tierra, Vbe = -Vdiff / 2, Vd = -R1 * gm * Vbe = R1 * gm * Vdiff. Entonces Vout = R1 * gm * Vdiff que significa a = R1 * gm.

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¿Qué podemos ver de este análisis?

• Vd y Vc crecerán igualmente cuando Vs crezca.
• Cuando Vdiff crece, la diferencia entre Vc y Vd también crece.
• Cuando aplicamos Vdiff Ve1 = Ve2 = 0, por lo tanto, Ve1 y Ve2 no cambian cuando Vdiff cambia.
  

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Usemos este razonamiento para ver qué sucede cuando Va crece, pero Vs permanece igual. Como dije anteriormente, esto es equivalente al cambio en Vdiff, lo que significa que el potencial de los emisores no se ve afectado por este cambio. Como Vb1 está creciendo y el potencial del emisor es constante, Vbe1 también crece y Vbe2 cae a la misma velocidad, lo que significa que Ic1 sube e Ic2 baja. Si Ic1 sube desde Vc1 = Vs-Ic1 * R1 Vc1 también sube. Por el mismo razonamiento podemos ver que Vc2 cae, pero también lo es Vbe2. Por lo tanto, existe la posibilidad de que T2 se apague. Entonces, el Vdiff más grande posible es aquel para el cual T2 casi se apagará, es decir, Ic2 = 0. Como ya tienes Ve como Ve (Vs) + Ve (Vdiff) + Ve (Vs, -Vs), y todo es constante allí, puedes encontrar la corriente que fluye a través de Re, y como eso es Ie1 + Ie2, y tenemos Ie2 puedes encuentre Ie1, y luego encuentre Vbe y luego Vdiff. (Cuando Vdiff baja, todo es igual, solo que obtendrá el mismo valor multiplicado por -1, pero eso no es importante ya que generalmente necesita el modulo de Vdiff)

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Bien, veamos qué sucede cuando Vs chances y Vdiff = 0. Como el circuito es simétrico, Vc = Vd por lo tanto Ic1 = Ic2. Supongamos que Vbe = const = 0.6 si los transistores están encendidos (esta aproximación le daría resultados inconsistentes en el caso anterior, pero aquí no es legítimo), generalmente alrededor de 0.6 V. Si Vb sube, ya que Vbe es constante, usted vea que el potencial del emisor también aumenta, lo que significa que la corriente a través de Re aumenta, lo que significa que Ic1 e Ic2 también crecen. Esto significa que, dado que Vc1 = Vc2 = Vs-R1 * Ic1, el potencial del colector disminuirá, lo que significa que el transistor se saturará después de un tiempo. Cuando está saturado, puede encontrar la corriente como (2Vs-Vces) / (R1 + 2Re), y luego conocer el potencial actual del emisor, y desde Vbe = const. Vs por lo que pasa.

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Ahora, si desea ver cuál es el valor máximo de Va, cuando Vb es constante. solo necesita ver cuál pasará por el techo primero cuando Va suba, Vs o Vdiff.

Si tiene alguna pregunta adicional, avíseme y la agregaré para editar.
Espero que esto le haya ayudado a darse cuenta del flujo de corriente y cómo los cambios de voltaje afectan el circuito.

Como dijo Jeff, es mucho más fácil pensar de esta forma, ya que no solo los electrones se mueven, sino también los agujeros. Estas son cosas muy difíciles de entender incluso cuando estás mirando solo un diodo, sin mencionar aquí. Si te gusta este método, dímelo y te explicaré el otro circuito también.

Answer 2

Pensar en electrones te arruinará a la larga. Es mejor pensar en “corrientes positivas convencionales” en su lugar.

La mejor manera de aprender electrónica es a través del álgebra del análisis de circuitos. Es una mierda, pero solo te llevarán lejos de la verdad de otra manera. Los circuitos NO se comportan como intuiciones macro-físico-mecánicas. No se comportan tan bien como las analogías del agua hidráulica (aunque si tienes cuidado, no te dolerá mal, NUNCA hagas cálculos matemáticos con esa analogía). Debido a que está basado en las matemáticas para comprender cualquier intuición, la corriente positiva convencional elimina muchas barreras y errores.

En este caso particular:

* Comprender un amplificador emisor común por sí solo algebraicamente
* Comprender la retroalimentación actual (resistencias de “degeneración” del emisor) – nuevamente algebraicamente
* Comprender la diferencia entre modo común y modo diferencial
* Solo ahora, observe una celda de ganancia diferencial como esta y luego comprenda por qué la ganancia diferencial será mayor que la ganancia en modo común y cómo eso ayudaría a que un amplificador diferencial (como un amplificador operacional) sea más útil que un modo común ( como un típico amplificador emisor común).

Esta es prácticamente la única forma de realmente asimilar un amplificador diferencial como este. De lo contrario, estarás a tientas en la oscuridad.

Answer 3

Probablemente sería más fácil discutir cómo fluye la corriente en este circuito y luego aplicar el flujo de electrones (opuesto a la corriente) a la discusión.
Un amplificador operacional ideal tiene un corto virtual entre los terminales de entrada “+” y “-“. Esto es virtual porque no hay corriente real que fluya a través de esas conexiones (impedancia infinita), es simplemente la propiedad de la entrada ideal al amplificador operacional, es decir, dos bases BJT con una configuración de emisor común y Vbe coincidente. En este ejemplo, los terminales “a” y “b” actuarían como esas entradas “+” y “-“. La caída de Vbe es la misma, ya que el problema indica que los BJT coinciden idealmente, por lo que un voltaje de entrada en “a” cae, digamos, 0.7V al emisor común termanal en RE y luego vuelve a subir en el mismo valor de 0.7V al punto de polarización. en “b”. El voltaje de polarización para el nodo RE / emisor es casi constante como lo indica el texto.
¿Dónde fluye la corriente? Suponiendo que “a” y “b” están sesgados entre + Vs y -Vs y son perfectamente iguales, entonces la corriente se equilibra entre cada tramo del par diferencial. Por lo tanto, para un voltaje Va = Vb, Ib1 para TR1 es igual a Ib2 para TR2, así como Ic1 para TR1 es igual a Ic2 para TR2. A medida que el voltaje en un terminal aumenta en comparación con el otro terminal, la corriente en ese tramo aumenta hasta que ese lado del par diferencial se enciende o ingresa en la región de operación activa (activa hacia adelante) y el otro tramo se apaga o entra en la región de corte de operación (transistor de unión bipolar). En la operación ideal, el voltaje a través de RE no se mueve.
Debido a que el primer circuito es un ejemplo ideal, el uso de una resistencia para polarizar los emisores funciona bien. En el mundo real, ese nodo quiere moverse y, por lo tanto, el uso de una corriente de polarización generada con un tercer transistor demostrado en su segundo circuito. Dado que la base de TR3 se mantiene constante, ese transistor actúa como una retroalimentación negativa para forzar a Ic3 a permanecer constante al encender TR3 con mayor o menor suavidad (aumentando o disminuyendo el voltaje de la unión Vbe).
Comúnmente, los emisores de un amplificador diferencial están polarizados con un circuito de espejo de corriente (espejo de corriente).
Esperemos que eso ayude con su análisis.

Answer 4

Vs no debería cambiar: es el voltaje de alimentación y se supone que es estable. 🙂

Asumiendo un transistor casi ideal …

El voltaje entre la base de un transistor NPN y el emisor nunca excederá más de 0.7V (o nunca irá por debajo de -0.7V si es un PNP): la energía necesaria para cruzar la barrera en la unión de la base del emisor. Una vez que la base del transistor es de 0.7V, los electrones comenzarán a fluir y el transistor comenzará a pasar corriente.

Cualquiera que sea, la base del transistor está en el voltaje más alto (entrada ‘a’ o ‘b’) conducirá todos los electrones que fluyen fuera de la resistencia en la parte inferior de la imagen, y dentro del terminal del emisor de ese transistor. El otro transistor se apagará efectivamente, con un flujo de electrones cero, ya que su voltaje de emisor base será menor a 0.7V.

Por cada electrón que fluye del emisor a la base, muchos más (quizás 300 veces más dependiendo del transistor) terminarán llegando al colector en lugar de a la base (no realmente porque el voltaje más alto los atrae allí) en ese terminal, tiene más que ver con la geometría del transistor, pero puede pensar de esa manera si ayuda). La mayor parte de los electrones que ingresan al transistor fluirán a través de la resistencia por encima, bajando el voltaje medido en la salida (‘c’ o ‘d’, dependiendo de qué transistor esté conduciendo). Solo un pequeño porcentaje de electrones fluirá fuera de la entrada conectada a la base, por lo que es una entrada de alta impedancia (es decir, muy poca corriente fluirá dentro o fuera de cualquiera de las entradas)

Mientras tanto, la otra salida estará cerca del voltaje de suministro de V, ya que no hay electrones que pasen a través del transistor que lo controla.

Answer 5

Es una buena pregunta, y me tomó un tiempo realmente resolver esto.

La confusión surge porque la corriente DC es diferente de la corriente de señal pequeña. Básicamente, lo que hace el amplificador es “comer” cierta cantidad de corriente continua, digamos 100uA en cada rama todo el tiempo. Esto proviene de su fuente de alimentación (conectada al cargador de pared o batería móvil).

Ahora, la señal (por ejemplo, una voz de alguien que habla) entra. Esta señal tiene la forma de ondas sinusoidales. El amplificador diferencial toma esta señal y cambia la corriente de señal pequeña en consecuencia. Esto es lo que es ‘amplificación’.
Entonces, la corriente sería 98uA y 102uA para una diferencia de 1mV en las señales. (tienes que pasar por ecuaciones de ley cuadrada para esta). Ese 4uA ahora va a una resistencia de 10k para crear una diferencia de 40mV en la salida.

Todos los términos ‘cancelado’ y ‘aumento’, etc., a los que se refiere es solo para la corriente de señal pequeña, y lo que hace posible la ‘magia’ es la corriente de CC que funciona incansablemente, ya sea que haya una señal o no.

Answer 6

Esto siempre ha sido mi entendimiento. Los electrones individuales no fluyen de la estación generadora a la bombilla de una casa. Se emocionan en la estación generadora y transmiten esa excitación, a través de las masas de electrones en reposo dentro de los cables y cables de cobre, a otros electrones, a través de los cables y convertidores, cables cada vez más pequeños hasta la bombilla de la casa.

Una analogía es la generación de un maremoto. Un terremoto de 9.0 ocurre en la costa de Japón. La placa de tierra se levanta y empuja toneladas de megatones de agua hacia el Pacífico oriental. Las moléculas de agua reales en contacto con el fondo de la placa oceánica y las moléculas de agua en la superficie no se mueven fuera de posición. Del mismo modo, las moléculas de agua a 10 millas de la costa de Japón no se dirigen al este hacia las costas occidentales de América del Norte y del Sur. Lo que se transfiere desde el fondo de la placa del fondo del océano hacia la superficie, frente a la costa de Japón, y hacia las costas de América del Norte y del Sur es una enorme cantidad de energía. Esta energía se transfiere de molécula a molécula al chocar entre sí de manera excitable, en dirección oeste a este. Por lo tanto, la última ola de tsunami que ‘golpea’ las playas de las costas de América del Norte y del Sur está compuesta por moléculas de agua relativamente local que se vieron afectadas por la energía de 10,000 millas de distancia. Si pudieras ver la ola partir y viajar a través de la superficie del océano, aparecería como cualquier otra onda de energía, u onda de radiación electromagnética.

Del mismo modo, los electrones que estimulan el brillo de las bombillas en una bombilla, a su vez, han sido estimulados a un estado de excitación, por la planta generadora de energía a varios cientos de millas de distancia, que excita y estimula a grandes cantidades de electrones para que pasen una ola de energía. a través de su masa, a los motores que esperaban y a los filimentos dentro de una casa.

Answer 7

Bueno, creo que ves este circuito de una manera demasiado amplia. Intenta verlo en una imagen más grande. El amplificador diferencial está compuesto por dos BJT simétricos. Su propósito es eliminar el ruido, causado por la temperatura, por ejemplo. El primer circuito es conceptual, mientras que el segundo circuito es más práctico. La resistencia Re del primer circuito cuanto más grande, mejor. Entonces el segundo circuito lo sustituye con una fuente de corriente. Porque la resistencia de una fuente de corriente se supone infinita. Por lo tanto, todo el circuito puede verse como un BJT ideal sin ninguna deriva térmica. Hay tres BJT, aunque todavía se puede ver como un BJT.

Answer 8

Los + V y -V son la conexión de polaridad de su fuente de alimentación. Es decir, si tiene una fuente de alimentación de 30 V, los + V están conectados al lado positivo de los 30 V, mientras que los -V están conectados al lado negativo. Eso significa que -Vs es lo común y, por lo tanto, siempre es cero voltios. El esquema es confuso porque la salida también está etiquetada como “0v” y “salida”. La base de cada 3 transistores siempre tiene un sesgo positivo para que funcione. Esos 3 diodos, como puede ver, tienen polarización directa y mantienen el voltaje de polarización Vbe. La corriente deseada en la “salida” que pasa a través de R4 y los 3 diodos se establece mediante la entrada en los puntos ay b. Cuando hay un aumento de corriente en la salida (la resistencia de carga se reduce), la caída de voltaje en R2 tenderá a aumentar, lo que reducirá la corriente en Tr2 y reducirá Ve. Como Vbe está fijo, el Tr3 conducirá más corriente ya que el sesgo base es la diferencia entre Vbe y Ve. Cuando Tr3 conduce más corriente, el Ve se detiene y vuelve a su valor original.