UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Facultad de Ingeniería Electrónica y Eléctrica E.A.P. Ingeniería Electrónica
Laboratorio de Circuitos Electrónicos Electrónicos II Informe Previo Nº 4 TEMA:
Amplificador Diferencial
CURSO:
Circuitos Electrónicos II
ALUMNO:
Cuba Miranda, Lucero Milagros.
CÓDIGO:
15190005
PROFESOR:
Mg. Celso Ysidro Gerónimo Huamán
2017-1
UNMSM – FIEE
LAB. DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS II
INFORME PREVIO Nº4 EXPERIENCIA Nº4:
AMPLIFICADOR DIFERENCIAL I.
MARCO TEÓRICO:
El circuito un amplificador diferencial es una conexión de muy grande aceptación y uso en unidades de circuitos integrados. Esta conexión se puede describir considerando el amplificador diferencial básico mostrado en la figura 1.1. Observamos que el circuito cuenta con dos entradas y dos salidas distintas, y que los emisores están conectados entre sí. Si bien la mayoría de los circuitos de amplificador utilizan dos fuentes de voltaje distintas, el circuito también puede operar con una sola fuente.
FIGURA 1.1. Circuito de un amplificador diferencial básico
Existen varias combinaciones posibles de señal de entrada:
Operación sencilla: Se aplica una sola señal de entrada. Sin embargo, debido a la conexión común de los emisores, la señal de entrada opera ambos transistores, y el resultado es una salida por ambos colectores.
Operación doble: Se aplican dos señales de entrada, la diferencia de las entradas produce salidas por ambos colectores debido a la diferencia de las señales aplicadas a ambas entradas.
Operación en modo común: La señal de entrada común produce señales opuestas en cada colector; estas señales se anulan, de modo que la señal de salida resultante es cero. En la práctica, las señales opuestas no se anulan por completo y se obtiene una señal pequeña.
La característica principal del amplificador diferencial es la ganancia muy grande cuando se aplican señales opuestas a las entradas, en comparación con la muy pequeña ganancia obtenida con entradas comunes. La relación de esta diferencia de ganancia con la ganancia común se llama rechazo en modo común.
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ANÁLISIS EN CONTINUA: Primero consideremos la operación de polarización de cd del circuito de la figura 1.1. Con entradas de CA obtenidas de fuentes de voltaje, en esencia el voltaje de cd en cada entrada es de 0 V, como se muestra en la figura 1.2. Con cada voltaje de base a 0 V, el voltaje de polarización de CD del emisor en común es:
= 0 = 0.7
FIGURA 1.2. Polarización de cd de un circuito del amplificador diferencial.
La corriente de polarización de CD en el emisor es:
EE ≈ VEE 0.7 V IE = VE RV RE E Suponiendo que los transistores son apareados (como ocurriría en una unidad de circuito integrado), obtenemos:
= = 2 y por tanto se obtiene un voltaje en el colector de:
= = = 2 ANÁLISIS EN CA: Ganancia de voltaje de CA sencilla Para calcular la ganancia de voltaje de CA sencilla, aplicamos una entrada con la otra conectada a tierra, como se muestra en la figura 1.4. El equivalente de esta conexión se trazó en la figura 1.5.
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= ⁄
FIGURA 1.4. Conexión para calcular CIRCUITO EQUIVALENTE EN CA:
FIGURA 1.5. Equivalente de CA del circuito en la figura 1.4
La magnitud de la ganancia de voltaje sencilla en cualquiera de los colectores es:
= = 2 Ganancia de voltaje de CA doble: Podemos utilizar un análisis semejante para demostrar que cuando se aplican señales a ambas entradas, la magnitud de la ganancia de voltaje diferencial es:
Donde:
= 1 2
= =
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Operación del circuito en modo común Si bien un amplificador diferencial proporciona en gran medida la amplificación de la diferencia de la señal aplicada a ambas entradas, también deberá proporcionar una amplificación un tanto pequeña de la señal común a ambas entradas. En la figura 1.6 se ilustra una conexión de CA que muestra una entrada común a ambos transistores. El circuito equivalente de CA se muestra en la figura 1.7, por lo que podemos escribir que la magnitud de ganancia de voltaje en modo común es:
= = 21
FIGURA 1.6. Conexión en modo común
FIGURA 1.7. Circuito de CA conectado en modo común .
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CUESTIONARIO PREVIO
1. ¿Qué características resaltantes ofrece el amplificador diferencial?
Una de las características más importantes es la simetría que presenta el circuito del amplificador diferencial con respecto a los dos transistores, que hace que sus corrientes de colector sean iguales haciendo que las resistencias variables (r e) también lo sean.
Es un circuito que consume una mínima cantidad de potencia.
Se usa esta configuración para amplificar las señales en medios ruidosos, o sea el ruido es atenuado en este amplificador (Modo común, ganancia de voltaje pequeña) y la señal es amplificada (Modo diferencial, ganancia de voltaje es alta).
Produce salidas que son una función de la diferencia entre dos voltajes de entrada.
Se puede utilizar este amplificador como un modo inversor (La salida está desfasada 180 0 con respecto a la entrada), o modo no inversor (la salida no tiene una desfase con respecto a la entrada), o modo diferencial cuando utiliza los dos modos anteriores.
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2. Encontrar los puntos de reposo de los amplificadores en las figuras 1.21 y 1.22 . HALLANDO EL PUNTO DE REPOSO: CIRCUITO 1:
1 = 2; = = = 200 2 = 7;6 = 1;8 = 5 En el circuito de entrada Transistor derecho:
1 ∗ 5 1 ∗1 1 ∗3 1 2 ∗ 4 = 0 12 15 ∗ 1 ∗ 3 ∗ 4 2 ∗4 = 12 0.7 … ….
Transistor izquierdo:
2 ∗ 5 2 ∗ 1 2 ∗1003 12 ∗ 4 = 0 12 25 ∗ 1 ∗ 100 3 ∗ 4 1 ∗4 = 12 0.7 … …. 16 de Junio de 2017
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a-b:
15 ∗ 1 ∗ 3 ∗ 4 2 ∗4 = 25 ∗ 1 ∗ 100 3 ∗ 4 1 ∗4
15 ∗ 1 ∗ 3 ∗ 4 ∗ 4 = 25 ∗1 ∗100 3 ∗4 ∗4 15 ∗ 1 ∗ 3 = 2(5 ∗ 1 ∗ 100 3) Si R3 está en el punto medio (50%) R3=50
→ 1 = 2
Reemplazando en (a):
15 ∗ 1 ∗ 3 ∗ 4 1 ∗4 = 12 0.7 11 200 ∗220200∗50200∗4700 1200 ∗4700 = 12 0.7 1 = 5.84 1 = 5.84 ∗200 = 1.17 En el circuito de salida:
= 1 ∗ 2 1 1 ∗ 1 1 ∗ 3 1 ∗ 4 2 ∗ 4 12 12 = 12134 2 ∗4 1 Reemplazando valores: Asumiendo: R3=50
→ 1 = 2 24 = 1.171 220 50 4700 1.17 ∗ 4700 24 = 1.1710670 11.5 =
Finalmente:
1 = 2: 11.5 = 1 = 2;
1 = 2 = 1.17
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CIRCUITO 2:
Haciendo el equivalente en Q3:
ℎ = 4.7||500 = 452 Ω 4.7 = 10.85 ℎ = 12 ∗ 4.7 500
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=>
Circuito de salida en Q3:
0 12 = 10.85 452∗30.78.9 ∗3 12 = 10.85 452 ∗ 3 0.7 8.9 ∗3 ∗ 3 = 0.252 3 = 55 12 ≈ 55 Voltaje de R4:
4 = 55 ∗8.9 Ω = 0.45
Analizando el Ckto de entrada de ambos transistores:
1 ∗ 5 1 ∗1 1 ∗95 3 = 0 12…… 2 ∗ 5 2 ∗ 1 2 ∗ 5 3 = 0 12…… a-b:
1 ∗ 5 1 ∗ 1 1 ∗ 95 3 = 2 ∗ 5 2 ∗ 1 2 ∗ 5 3 11 22095 = 21 220 5
Asumiendo:
1 ∗ 320 = 2 ∗ 230 1 2 ≈ 55 1 ≈ 23 ; 2 ≈ 32
Reemplazando:
1 ∗ 5 1 ∗ 1 1 ∗ 95 3 = 0 12 16 de Junio de 2017
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1 ∗ 1 1 ∗ 220 1 ∗ 95 3 = 12 3 = 12 23522095 0.7 3 = 11.3 3 = 3 4 11.3 = 3 0.45 3 = 10.85 Del Ckto de salida en Q1:
= 1 ∗ 2 1 1 ∗ 1 1 ∗ 95 3 12 12 = 23 ∗ 1 1 23 ∗220 23 ∗95 11.3 1 = 12.6 Del Ckto de salida en Q2:
= 2 ∗2 2 2 ∗1 2 ∗5 3 12 12 = 32 ∗1 1 32 ∗220 32 ∗5 11.3 2 = 12.6 Finalmente:
1: 12.6 = ; 1 = 23 2: 12.6 = ; 2 = 32 3: 10.85 = ; 1 = 55
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3. Considerando que V1 y V2 son dos señales de la misma magnitud pero desfasadas una con respecto a la otra en 180º, encontrar la ganancia en modo común (AMC), ganancia en modo diferencial (ADI) y el valor de CMRR en las figuras 1.21 y 1.22. ANALISIS EN AC: CIRCUITO 1:
EQUIVALENTE USANDO REFLEJADO:
25 = 4.27Ω ℎ1 = ℎ2 = ℎ ∗ 25 = 200∗ 1 1.17
Δ = 2 1 = 1 2 2 1 = Δ2 2 = Δ2
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Por superposición: a) Si
Δ = 0 → 1 = 2 Ib2
Io
= ∗ 2 = 2 Proceso: I.
II.
|| 2 = ∗ ||++++∗.+ 10||1 2 = ∗ 10||1 270200 1 4.2 7 2 ∗ 4.7 200 1 2 = 4.66 ∗ 10−
ℎ2∗ 2 =
= ℎ2 = 200 2 = 4.66 ∗ 10− ∗ 200 = 0.0933 =
i = 0 → 1 = 2 Δ = 2 2
b. Si
Ib2
∗ 2 = Δ = 2 Δ
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UNMSM – FIEE i.
ii.
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|| || 2 = ∗ ||+++ = ∗ ||+++. 2 = 0.0076 Δ ℎ2∗ 2 = = ℎ2 = 200 2 = Δ = 0.0305 ∗200 = 1.52 1.52 = 16.44 = = 0.093
CIRCUITO 2:
25 = 217.3Ω ℎ1 = ℎ ∗ 25 = 200∗ 1 23 25 = 156.25Ω ℎ2 = ℎ ∗ 25 = 200∗ 1 32 25 = 90Ω ℎ3 = ℎ ∗ 25 = 200∗ 1 55 16 de Junio de 2017
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UNMSM – FIEE Hallando Ree:
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Resistencia del Ckto equivalente de fuente de corriente constante: Ith a
+ V1 -
b + V2 -
ℎ = ℎ ∗3
=
En nodo (a)
2 = 1ℎ
ℎ ℎ ∗3 1 = 2 = 3∗ℎ3 4.7||500
3 = 0 En nodo (b) ℎ ∗3 . Reemplazando en v1 y v2
1 ℎ ℎ ∗3 3∗ℎ3 4.7||500 = 0 ℎ3 ℎ ∗3 3 1 8.9 ℎ3 3∗1 ℎ3 4.7||500 = ℎ 8.9 ℎ 3 = ℎ34.7||500 1 8.9 Reemplazando en Ree:
1 ℎ ℎ ℎ3 ℎ ℎ ∗ 1 ℎ3 4.7||500 1 ℎ3 4.7||500 ∗ℎ3 4.7||500 8.9 8.9 = ℎ 1 ℎ ∗ = .|| .|| + . + . ∗ℎ34.7||500 = 764Ω
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LAB. DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS II
USANDO REFLEJADO: Ib1
Ib2
1 2 = 3 Δ = 2 1 = 1 2 2 1 = Δ2 2 = Δ2 Por superposición: a.
Si
Δ = 0 → 1 = 2 =
= ∗ 2 ∗ 1 = 2 1
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LAB. DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS II
Proceso: I.
Entrada de la izquierda:
II.
10||1 = 110|1 ℎ1 315ℎ 1 ℎ 1)2ℎ 1 10||1 = 110|1 ℎ1 315ℎ 1 ℎ 1)1.39 ∗1ℎ 1 10||1 = 110||1 ℎ1 315ℎ 1 2.39ℎ 1) 1 = 10||1 10||1 ℎ1 315ℎ 1 2.39ℎ 1 1 = 2.47 ∗ 10− ℎ2∗ 2 = = ℎ2 = 200 2 = 1.39∗2.47∗10− ∗ 200 = 0.00068 =
III.
10||1 = 110|1 ℎ1 315ℎ 1 ℎ 1)2ℎ 1 Entrada de la derecha: 10||1 = 210|1 ℎ2 225ℎ 1 ℎ 1)1ℎ 1 restando términos anteriores: 110|1 ℎ1 315ℎ 1 ℎ 1)2(ℎ 1) = 210|1 ℎ2 225ℎ 1 ℎ 1)1ℎ 1 110|1 ℎ1 315ℎ 1) = 210|1 ℎ2 225ℎ 1) 2 = 10|1 ℎ1 315ℎ 1) = 1.39 1 10|1 ℎ2 225ℎ 1)
b. Si
i = 0 → 1 = 2 ;
= 1; = 2
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∗ 2 ∗ 1 = Δ = 2 1 Δ Proceso: I.
Entrada de la izquierda:
Δ 10||1 = 110|1 ℎ1 315ℎ 1 ℎ 1)2ℎ 1 2 Entrada de la derecha: Δ 10||1 = 210||1 ℎ2 225ℎ 1 1ℎ 1 2 restando términos anteriores:
110|1 ℎ1 315ℎ 1 ℎ 1)2(ℎ 1) = 210|1 ℎ2 225ℎ 1 ℎ 1)1ℎ 1 110|1 ℎ1 315ℎ 1 2ℎ 1) = 210|1 ℎ2 225ℎ 1 2ℎ 1) 2 = 10|1 ℎ1 315ℎ 1 2ℎ 1) = 1.022 ≈ 1 1 10|1 ℎ2 225ℎ 1 2ℎ 1)
II.
III.
10||1 = 110|1 ℎ1 315ℎ 1 ℎ 1)2ℎ 1
Δ 10||1 = 110|1 ℎ1 315ℎ 1 ℎ 1)1ℎ 1 Δ2 10||1 = 110|1 ℎ1 315ℎ 1) 2 1 = 10||1 Δ 10|1 ℎ1315ℎ 1) 2 1 = 1.61 ∗ 10− ℎ2∗ 2 = = ℎ2 = 200 2 = 1 ∗ 1.61 ∗ 10− ∗200 = 0.436 = 0.326 = 473 = = 0.00068 16 de Junio de 2017
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4. ¿Qué ventajas se obtiene al utilizar una fuente de corriente en lugar de la resistencia de emisor? Se sabe que es deseable hacer a CMRR tan grande como sea posible de manera que el amplificador responda sólo a la diferencia entre las tensiones de entrada (modo diferencial), osea reducir la salida en modo común. Para lograr esto se debe hacer a REE grande. Como las resistencias altas son difíciles de fabricar se busca una alternativa diferente. Esto se consigue reemplazando a REE por una fuente de corriente continua. Mientras más cerca se encuentre la fuente de una fuente de corriente ideal de corriente constante, mayor será el CMRR y aumenta la eficiencia del amplificador.
III.
BIBLIOGRAFÍA:
https://www.ecured.cu/index.php/Amplificador_diferencial Diseño Electrónico: Circuito y sistemas - Gordon L. Carpenter Electrónica: Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos. Décima Edición-Robert L. Boylestad Electrónica-Allan R. Hambley
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