Universidad Nacional Mayor de San Marcos
AMPLIFICADOR DIFERENCIAL
I.- OBJETIVOS o Experimentar las propiedades del Amplifcador Dierencial. Dierencial. II.- INTRODUCCCION Amplifcador Di!r!"cial
Los Amplifcadores Operacionales y Operacionales y otros circuitos analógicos, suelen basarse en: 1 Los amplifcador!# di!r!"cial!# ! Etapas de ganancia implementados por amplifcadores intermedios amplifcadores intermedios acoplados en corriente continua y... continua y... " #na etapa de salida tipo pus$pull %etapa pus$pull %etapa clase & en contraase' (er el siguiente gr)fco, donde se muesta el diagrama de blo*ues con la confguración interna de un amplifcador operacional.
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Pri"cipio d! $"cio"ami!"%o
El amplifcador dierencial b)sico tiene ! entradas (1 y (!. +i la tensión de (1 aumenta, la corriente del emisor del transistor 1 aumenta %acordarse *ue -E &x-&', causando una ca/da de tensión en 0e. +i la tensión de (! se mantiene constante, la tensión entre base y emisor del transistor ! disminuye, reducindose tambin la corriente de emisor del mismo transistor. Esto causa *ue la tensión de colector de ! %(out2' aumente. La entrada (1 es la entrada no in3ersora de un amplifcador operacional. Del mismo modo cuando la tensión en (! aumenta, tambin aumenta la la corriente de colector del transistor !, causando *ue la tensión de colector del mismo transistor disminuya, %(out2' disminuye. La entrada (! es la entrada in3ersora del amplifcador operacional. +i el 3alor de l a resistencia 0E uera muy grande, obligar/a a la suma de las corrientes de emisor de los transistor 1 y !, a mantenerse constante, comport)ndose como una uente de corriente. Entonces, al aumentar la corriente de colector de un transistor, disminuir) la corriente de colector del otro transistor. 4or eso cuando la tensión (1 crece, la tensión en (! decrece. E%apa d! amplifcaci&"
El Amplifcador dierencial se caracteri5a por presentar dos transistores idnticos con similares caracter/sticas, tanto internas como de las redes de polari5ación.6a *ue el circuito dispone dos entradas y dos salidas de se7al, existen cuatro confguraciones posibles reali5ando las distintas combinaciones entre entradas y salida.
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Co"f'$racio"!# E"%rada ( #alida #im)%rica
Es la orma m)s t/pica de un amplifcador dierencial, tiene dos entrada 31 y 3!, El 3olta8e de salida se obtiene de la dierencia entre las salidas de los colectores. E"%rada a#im)%rica ( #alida #im)%rica
En algunas aplicaciones sólo se usa uno de los terminales de entrada con la otra conectada a tierra, mientras *ue la salida se obtiene entre los colectores de los dos transistores del circuito. E"%rada #im)%rica ( #alida a#im)%rica
Esta es la orma m)s pr)ctica y utili5ada por*ue puede excitar cargas asimtricas o de un solo terminal como lo $acen los amplifcadores E9, emisor seguidor y otros circuitos. Esta etapa es la *ue se usa para la etapa de entrada de la mayor parte de los Amplifcadores Operacionales comerciales. 4resenta dos entradas de se7al para las bases de cada transistor mientras *ue la salida se obtiene nicamente de uno de los colectores respecto a masa. E"%rada ( #alida a#im)%rica
Esta confguración presenta tanto para la entrada como para la salida un nico terminal. Este tipo de confguración es til para las etapas de acoplamiento directo donde se re*uiere sólo amplifcar una entrada. Esta confguración es la *ue se solicita en las especifcaciones de la pr)ctica. Modo# d! %ra*a+o d! $" amplifcador di!r!"cial Modo Di!r!"cial
4ara (1(! y suponiendo ;<<1, las corrientes de colector y emisor de cada etapa son iguales. =odas estas corrientes tienen magnitudes iguales %aproximadamente' a -EE>! debido a la simetr/a del circuito y a la despreciable corriente *ue circula por 0E. +i incrementamos (1 en 3>! y simult)neamente disminuimos (! en 3>!, la se7al de salida aumenta en 3 ad3ertir *ue el circuito unciona en modo lineal mientras 3?@(=. Modo Com,"
9onsideremos *ue las dos tensiones (1 y (! aumentan en 3>!. La tensión dierencial (d permanece nula mientras *ue -c1 e -c! son iguales. o obstante la tensión (E aumenta.
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4or lo tanto dependiendo de la se7al de entrada, el amplifcador dierencial acta o bien como etapa en emisor comn o bien como etapa en emisor comn con resistencia de emisor. 4or lo tanto la ganancia de esta etapa es notablemente mayor en el uncionamiento como modo dierencial *ue como modo comn. ormalmente los amplifcadores dierenciales se dise7an de orma *ue a eectos pr)cticos sólo resulten amplifcadas las se7ales dierenciales.
Amplifcador di!r!"cial co" $!"%! d! corri!"%! o $!"%! d! !#p!+o. Aplicaci&" El amplifcador dierencial constituye la etapa de entrada m)s t/pica de la mayor/a de los amplifcadores operaciones y comparadores, siendo adem)s el elemento b)sico de las puertas digitales de la ;amilia Lógica E9L.Es un blo*ue constructi3o esencial en los modernos amplifcadores integrados. III.- INFORME PREVIO /0$) carac%!r1#%ica# di!r!"cial2 •
•
•
r!#al%a"%!#
or!c!
!l
amplifcador
El amplifcador dierencial %AD' es un circuito pensado para amplifcar la dierencia de dos se7ales. +e usa este amplifcador para amplifcar las se7ales en medios ruidosos, o sea el ruido es atenuado en este amplifcador %Bodo comn, ganancia de 3olta8e pe*ue7a' y la se7al es amplifcada %Bodo dierencial, ganancia de 3olta8e es alta' Este amplifcador contiene dos entradas y dos salidas, Las salidas est)n desasadas una con respecto a la otra en una )ngulo de 1C , o sea *ue una esta en ase con la entrada y la otra est) desasada 1C .
( o ( 1
( !
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Fi'.3-a
Fi'. 3-*
4 E"co"%rar lo# p$"%o# d! r!po#o d!l amplifcador di!r!"cial a !5p!rim!"%ar 6f'$ra 3a ( 3* Laboratorio de Circuitos Electrónicos II Informe Previo 2
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a Co" r!#i#%!"cia 6f'$ra 3-a7
acemos el e*ui3alente del circuito en corriente continua para la fgura "a, donde las capacitancias se $acen circuito abierto:
El circuito es un circuito simtrico el potenciómetro se considera *ue se pone F O$m para cada transistor, tambin solo anali5aremos un solo lado debido a la simetr/a del circuito la ormula es. Ic
β
× 1k ´+0.7v + Ic ×
(0.22k + 0.05)
= 12 v −
2 × Ic × 4.7k
⇒ Ic = 1.16mA
4ara esta corriente de reposo el transistor tiene una resistencia din)mica *ue es: r e
r e
=
26mv Ic Q
22.41 G
=
=ambin $allamos para el circuito el 3olta8e base 1 %&1' *ue es igual al 3olta8e base ! %&!': (b1
−
Ic
β
× 1k = −5.8v
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=ambin $allamos para el circuito el 3olta8e colector 1 %91' *ue es igual al 3olta8e colector ! %9!': V C
= 12v −
7.5k × Ic
=
3.3v
=ambin $allamos para el circuito el 3olta8e Emisor 1 %E1' *ue es igual al 3olta8e emisor ! %E!': V E
=
− Ic
β
× 1k −
0.7v
= −0.705
9on estos 3alores de 3olta8e tenemos *ue: (9E @.F 3
Co" $"a $!"%! d! corri!"%! 6f'$ra 3-*7
acemos el e*ui3alente del circuito en corriente continua para la fgura @b, donde las capacitancias se $acen circuito abierto:
allamos para el circuito el 3olta8e base ! %& !', por un di3isor de 3olta8e:
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Universidad Nacional Mayor de San Marcos 4.7k × ( −12v )
(b!
10k + 4.7k
= −3.83v
9on este dato $allaremos el 3olta8e el en Emisor ! %( E!': V E 2
= V b 2 −
0.7v
= −4.5v
allamos la corriente -9: V E
-c!
− ( −12v )
3.9k
= 1.92 mA
La resistencia din)mica es: re! 1".F@ G Ic1 =
Ic2 2
=
0.96mA
4ara el 3olta8e colector ! tenemos: Vc 2
= 12 v −
0.96mA × (7.5k + 0.22k + 0.05k ) − 5.5v = −0.959v
El 3olta8e colector emisor es del transistor !: V CE 2
= V C 2 − V E 2 =
3.54v
4ara el transistor 1 tenemos los siguientes puntos de reposo: El 3olta8e en el colector 1 es %(c1': Vc1
= 12v −
0.96mA × 7.5k = 4.8v
4ara la base 1 tenemos el siguiente 3olta8e: V B1
A × 1k = −4.8mv = −4.8µ
El 3olta8e en el emisor es: (E1 (&1 H .I3 .I@ 4ara el 3olta8e colector emisor 1 tenemos: V CE 1
= V C 1 − V E 1 =
5.5048v
para 8ario# 8alor!# d!l po%!"ci&m!%ro d! 9: %!"!mo#7
9onsideramos la resistencia de potenciómetro como una 3ariable %(p' y $allamos el 3alor de la corriente en unción de esta 3ariable:
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Universidad Nacional Mayor de San Marcos −
IcQ 2
=
59.69 − 0.7 v × R p
3.9k × ( R p
+
+
4.7k )
3.07mA
4ara 04 1J tenemos, -c ! 1.K! mA 4ara 04 FJ tenemos, -c ! 1."K mA 4ara 04 J tenemos, -c ! .1C mA 3 Co"#id!ra"do ;$! V ( V4 #o" do# #!
!"co"%rar 6f'$ra ?a ( ?* A d> Ac> Vo> @i> @o ( CMRR. a aci!"do !l a"li#i# !" modo com," d!l circ$i%o7
El e*ui3alente del circuito en 9.A es $aciendo las uentes de 3olta8e contino igual a cero y los capacitares iguales a corto circuito, y tambin 3emos *ue el 3olta8e de salida es igual en las dos salidas:
A$ora $allamos el 3olta8e de salida del circuito %colector y tierra': V 0
= − β × Ib1 × 7.5k
=ambin $allamos el 3olta8e de entrada entre la base y tierra: Vi
= Ib1 β × r e + Ib1 β × 0.27k +
2 Ib1 β × 4.7k
4or lo tanto $allaremos la ganancia en modo comn del amplifcador dierencial del experimento: − Ib1 β × 7.5k AC = Ib1 β × r e + Ib1 β × (0.27k + 9.4k ) AC
= −0.773
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=ambin $allaremos el an)lisis de la impedancia de entrada %teniendo en cuenta como 3e el circuito con respecto a la corriente de base':
6 tambin 3emos *ue por la simetr/a del circuito solo se anali5a uno de las partes, entonces la impedancia de entrada es: Z i
= 1k //( β ×
r e Z i
+
β × 0.27k + 2 β × 4.7k )
=
0.99k G
La impedancia de salida del circuito es: Z 0
= RC 1 =
7.5k G
* aci!"do !l a"li#i# !" modo di!r!"cial d!l circ$i%o7
El e*ui3alente del circuito en c.a. es $aciendo las uentes de 3olta8e continuo igual a cero y los capacitares iguales a corto circuito, y tambin 3emos *ue el 3olta8e de salida es igual en las dos salidas pero desasadas en 1C:
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#saremos solo una uente para la base 1 y la base se pone a tierra, por lo tanto la ganancia a modo dierencial la ganancia de una uente se le suma la ganancia de la otra uente %superposición'. =ambin $allamos el 3olta8e de entrada entre la base y tierra: Vi
= Ib1 β × r e + Ib1 β × 0.27k +
2 Ib1 (4.7k // 0.27k + 0.9(1 − α ) + r e )
allamos el 3olta8e de salida del circuito es %colector y tierra': = α × Ie 2 × 7.5k
V 0
allaremos el 3olta8e de salida en unción de las corrientes de entrada, entonces la corriente -e! es igual a: I e 2
β Ib1
=
4.7k + 0.27k +
V 0
× 4.7k
22.41k Ω
+
1000
β Ib1
= α × 7.5k ×
4.7k + 0.27k +
0.9 × (1 − α )
× 4.7k
22.41k Ω 1000
+
0.9 × (1 − α )
0esol3iendo: V 0
=
7.02 × β × Ib1
4or lo tanto $allaremos la ganancia en modo dierencial del amplifcador dierencial del experimento: Ad 1
=
7.02 × β × Ib Ib1β × r e
+ Ib1β × 0.27k + 2 Ib1 ( 4.7k // 0.27k + 0.9(1 − α ) +
Ad 1
r e )
= −12.31
La ganancia total en modo dierencial ser/a: Ad !Ad1 !@.! =ambin $aremos el an)lisis de la impedancia de entrada %teniendo en cuenta como 3e el circuito con respecto a la corriente de base':
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Z i
= 1k //(β × r e +
β × 0.27k + β × (4.7k //(0.27k + 22.41Ω + 0.9 × (1 − α )) Z i
=
0.995k G
La impedancia de salida del circuito es: Z 0
= RC 2 =
7.5k G
La relación de rec$a5o en modo comn es: RRMC =
Ad AC
= −31.84
? /;$) 8!"%a+a# #! o*%i!"! al $%iliar $"a $!"%! d! corri!"%! !" l$'ar d! la r!#i#%!"cia d! !mi#or2 6f'$ra 3*
•
En modo comn redu5ca la ganancia de 3olta8e: AC
− Ib1 β × 7.5k
=
Ib1 β × r e
+ Ib1 β × (0.27k +
2r 0 )
Debido a *ue la resistencia e*ui3alente r es grande la ganancia en modo comn es pe*ue7a. •
En modo dierencial aumenta la ganancia de 3olta8e: Ad 1
=
7.02 × β × Ib Ib1β × r e
+ Ib1β × 0.27k + 2 Ib1 ( r 0
// 0.27k + 0.9(1 − α ) + r e )
9uando r est) en paralelo con una resistencia pe*ue7a no aectando pero aumentando el 3olta8e de salida. •
+e puede me8orar la estabilidad del circuito.
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IV.- BIBLIORAFIA o o o
$ttp:>>MMM.unicrom.com>=utNamplifcadorNdierencial.asp $ttp:>>MMM.ecured.cu>index.p$p>AmplifcadorNdierencial MMM.scribd.com>...>=emaAmplifcadordierencial
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