VI. CUESTINNARIO FINAL
1. PARA CADA UNO DE LOS CASOS, ENCONTRAR AD, AC, CMRR, COMENTAR LOS RESULTADOS Análisis en modo común y en modo diferencial:
2. MENCIONAR ALGUNAS APLICACIONES DEL AMPLIFICADOR DIFERENCIAL
El amplificador diferencial constituye la etapa de entrada más típica de la mayoría de los amplificadores operaciones y comparadores, siendo además el elemento básico de las puertas digitales de la Familia Lógica
ECL. Es un bloque constructivo esencial en los modernos amplificadores integrados.
El par diferencial es una base fundamental para la electrónica analógica. Los amplificadores operacionales y comparadores de tensión se basan en él. Así mismo, los multiplicadores analógicos, empleados en calculadoras analógicas y en mezcladores, están basados en pares diferenciales. Los amplificadores de transconductancia también, básicamente, son pares diferenciales. En Electrónica digital, la tecnología ECL se basa en un par diferencial. Muchos circuitos de interfaz y cambiadores de nivel se basan en pares diferenciales.
3. GRAFICAR EN PAPEL SEMILOGARÍTMICO (SEGÚN LA TABLA 4) LA GANANCIA DE VOLTAJE EXPRESADA EN DB VS FRECUENCIA. TABLA 1 Transistores TERMINALES BASE-EMISOR BASE-COLECTOR COLECTOR-EMISOR
VALORES MEDIDOS SALIDAS V2=0 V1=0
Vo1(vpp)
6.08 6.08
5K 6
R.INVERSA (Ω) 4.13M 4.2M >>30M
Q2(2N2222) R.DIRECTA (Ω) 706 706 >>30M
R.INVERSA (Ω) 4.65M 4.68M >>30M
TABLA 2 Vb2T(v) Vc1-T(v) Vc2-T(v) Ib1(μA) Ib2(μA) Ve-T(v) Ie(mA) 0.25 3.9 4.0 35 35.6 8 2.1 TABLA3 Vo2(vpp) Vo3(vpp) Av1 Av2 Av3 SIN DISTORCION ENTRADAS 5.92 11.84 20.26 19.73 39.47 0.3 V1(mv:pp) 5.92 11.84 20 19.4 38.94 0.304 V2(mv:pp) TABLA 4
Vb1-T(v) 0.23
FRECUENCIA 1 Vo2(Rc1=Rc2) 1.5
2K 6
Q1(D313) R.DIRECTA (Ω) 846 846 >>30M
2 1.8
10K 6
5 2
10 3.8
20K 5.9
50K 5.2
20 4.8
100K 4.2
50 6
200K 3
100 6
200 6
500K 1.4
500 6
1M 0.4
1K 6
2M 0.33
TABLA 5 CARACTERISTICAS
Avd
AvC
CMRR
Zin
Zo
Ie(con Vg)
Rc1=Rc2
15
1.5
10
10K
6.8K 2.2mA
Ie(SIn Vg) 2.1mA
4. DISEÑAR UN AMPLIFICADOR DIFERENCIAL QUE PROPORCIONE AVD.=80
5. DISEÑAR UN AMPLIFICADOR DIFERENCIAL QUE PROPORCIONE UN CMRR DE 50 DB Como se quiere una salida de 2V a partir de 10mV, la ganancia que se busca es Av=2/(10m) por lo que Av=200 pero como para la ganancia cuando la salida es asimétrica se tiene Av=RC/(2*r’e) por lo que RC/(2*r’e)=200 de donde r’e=RC/400 pero ademas se sabe que r’e=(25mV)/(IC) entonces (25mV)/(IC)=RC/400 de donde se obtiene que IC*RC=10V esta es la condición que tiene que cumplirse si se quiere una ganancia de 200 como la impedancia de entrada Zent=2*β*r’e depende de r’e y esta a su vez de IC, habrá que elegir IC de tal forma que r’e no se reduzca demasiado como para reducir Zent En este caso para no complicar los cálculos se elegirá IC=1mA aunque se puede elegir algún otro valor, de preferencia menor. Al elegir IC=1mA de la condición de ganancia se tendrá que r’e=25Ω
RC=10K En la ecuación de recta de carga cuando la salida es asimétrica VCE=VCC+0,7-IC*RC al reemplazar IC*RC=10 se obtiene que VCE=VCC+0,7-10 de aquí VCE=VCC-9,3 si quiere polarizar el amplificador diferencial en el punto medio de la recta de carga en continua entonces se tendrá que hacer VCE=(VCC+0,7)/2 al reemplazar esto se tendrá
(VCC+0,7)/2=VCC-9,3 de donde VCC=19,3V que vendría a ser el valor de la fuente de alimentación al ubicar el punto de operación del transistor en el punto medio de la recta de carga, con lo cual VCE=10V, con estos valores se puede obtener RE=(VCC-0,7)/Icola RE=(VCC-0,7)*2*IE=(19,3-0,7)/(2*1) de donde RE=9,3K Al utilizar estos valores en un programa de simulación como el ORCAD se puede ver que el resultado está muy cercano a la ganancia buscada pero no es necesario ubicar el punto de operación del transistor en el punto medio, si se hace que VCEQ ejemplo que VCEQ=2,7V ya sería suficiente para lograr la amplificación que se busca, ya que la señal amplificada necesita que como mínimo VCE sea de 2V y con 2,7V ya tiene suficiente, luego en la ecuación de recta de carga VCE=VCC+0,7-IC*RC se tendrá 2,7=VCC+0,7-10 de donde se obtendrá el valor de VCC con el cual ya se puede obtener la amplificación buscada sin distorsiones por corte o saturación, siendo este valor VCC=12V con el que puede calcular RE para este voltaje RE=(VCC-0,7)/Icola RE=(VCC-0,7)*2*IE RE=(12-0,7)/(2*1) de donde RE=5,6K resultando el circuito que se muestra en la figura para amplificar una señal de 10mV a 2V con un amplificador diferencial con entrada y salida asimétrica. Para calcular el valor de la impedancia de entrada, dependerá del transistor utilizado, en el circuito de prueba se usan el 2N3904, ya que tiene un β grande según su hoja de datos, para la práctica al medir el β para uno de los transistores se obtuvo β=210 y para el otro β=205, se usará el valor de 205, con lo que Zent=2*β*r’e por lo que Zent=2*205*25 de donde Zent=10,25K el circuito montado es el que se puede ver en la imagen siguiente, en la resistencia de cola se usará 2 resistencias en serie, una de 4,7K y una de 1K con lo que RE=5,7K. Es de mencionar que los resultados que se midan variarán un poco de los resultados teóricos por los motivos comentados anteriormente. Para conocer el factor de rechazo en modo común CMRR de este circuito hay que calcular primero la ganancia en modo común AvMC=RC/(2*RE) AvMC=10K/(2*5,7K) de donde AvMC=0,87 luego como el CMRR=Av/AvMC CMRR=200/0,87 lo que da como resultado CMRR=230 este valor cuando mayor sea mejor, ya que indica que tan bueno es el amplificador diferencial para rechazar el ruido en decibelios se tendrá CMRRdb=20*log(CMRR)
CMRRdb=20*log(230) por lo que CMRRdb=47 6. ¿QUÉ DIFERENCIAS EXISTE ENTRE UN AMPLIFICADOR DIFERENCIAL SIMÉTRICO Y ASIMÉTRICO? Ya que el circuito dispone dos entradas y dos salidas de señal, existen cuatro configuraciones posibles realizando las distintas combinaciones entre entradas y salida. Entrada y salida simétrica: Es la forma más típica de un amplificador diferencial, tiene dos entrada v1 y v2, El voltaje de salida se obtiene de la diferencia entre las salidas de los colectores. Entrada asimétrica y salida simétrica: En algunas aplicaciones sólo se usa uno de los terminales de entrada con la otra conectada a tierra, mientras que la salida se obtiene entre los colectores de los dos transistores del circuito. Entrada simétrica y salida asimétrica: Esta es la forma más práctica y utilizada porque puede excitar cargas asimétricas o de un solo terminal como lo hacen los amplificadores EC, emisor seguidor y otros circuitos. Esta etapa es la que se usa para la etapa de entrada de la mayor parte de los Amplificadores Operacionales comerciales. Presenta dos entradas de señal para las bases de cada transistor mientras que la salida se obtiene únicamente de uno de los colectores respecto a masa Entrada y salida asimétrica: Esta configuración presenta tanto para la entrada como para la salida un único terminal. Este tipo de configuración es útil para las etapas de acoplamiento directo donde se requiere sólo amplificar una entrada. Esta configuración es la que se solicita en las especificaciones de la práctica.
7. ¿QUÉ EFECTOS SE PRODUCIRÍAN SI LAS RESISTENCIAS DE BASE SE REDUJERAN A LA MITAD SU VALOR? Los efectos se observarían de manera infinitesimal debido a que las resistencias de las bases por lo general son despreciables, ya no no afectan a los cálculos desarrollados teórico como experimentalmente.
