INTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD ZACANTENCO
ELECTRONICA LINEAL
PRACTICA 5: AMPLIFICADOR DIFERENCIAL DIFERENCIAL
FECHA DE INICIO:
01 – 06 – 2016
FECHA DE TERMI RMINACION:
02 – 06 – 2016
FECHA DE ENTREGA:
08 – 06 – 2016
PROFESOR:
ING. GABRIEL VEGA REYES
GRUPO:
6CM9
EUIPO:
!
OB"ETIVOS:
-
Calcular un amplificador diferencial para una ganancia en voltaje en modo diferencial y un factor de rechazo en modo común (RRMC) dados.
-
Verificar eperimentalmente las caracter!sticas del amplificador diferencial como" ganancia en voltaje diferencial# ganancia en voltaje en modo común y relaci$n de rechazo en modo común.
# Realizar los ajustes eperimentales %ue sean necesarios.
FUNCIONAMIENTO DE LOS CIRCUITOS: AMPLIFICADOR DIFERENCIAL
Figura 1: Amplificador diferencial.
&ste circuito consta de ' transistores# y * tiene la funci$n como tal de amplificar esta conectados de tal manera %ue se tiene un acoplamiento directo# con esto# la se+al del generador se ,montara en un nivel de C# as! se elimina el acoplamiento capacitivo# tam/i0n se cam/ia la red de polarizaci$n de divisor de voltaje# por dos fuentes# el transistor ' es parte de un arreglo para generar una fuente de corriente# esto con el fin de evitar voltajes altos para V&& los cuales son impr1cticos# con este transistor se modifica la relaci$n de rechazo en modo común. 2a principal caracter!stica de este amplificador es %ue no cuenta con una frecuencia de corte en /ajas# es decir amplifica niveles de C# o 3 4z o corriente directa.
DISE$O Y ANALISIS: AMPLIFICADOR DIFERENCIAL 2os c1lculos a realizar son para el dise+o de amplificador diferencial de la figura "
Figura 1: Amplificador diferencial
&n la figura # se o/serva el circuito final# pero para el an1lisis se iniciara con el circuito de la figura *# para el c1lculo y ajuste en el punto de operaci$n de los transistores y *
5igura 1: Amplificador diferencia, sin fuente de cor riente 6e tienen como datos" V 1 ( t )= sin ωt V 1 ( t )=1.2sin ωt Avd =10
β = hie =50
V CE 1 =V CE 2=5 v
I c 1= I c 2=1 mA
Calculo de los voltajes en modo diferencial y en modo común" V d =V 2−V 1 V d =1.2−1= 0.2 volts
V d =
V d =
V 2 + V 1 2
+
1.2 1 2
=1.1 volts
7ara el c1lculo de la resistencia de /ase %ue ser1 la %ue genere la corriente deseada en el punto de operaci$n se utiliza la relaci$n" V d 2
(
=
)
RB
+ hie I C β + 1 β + 1
8tilizaremos la aproimaci$n" r x + r π r π hie 1 I C = I C ≈ I C = 40 β + 1 β + 1 β hie I =0.025 β + 1 C
7or lo %ue la epresi$n %ueda como" V d 2
V d 2
(
=
=
RB β + 1 RB
β + 1
+
)
hie I β + 1 C
I C + 0.025
9/teniendo
RB
considerando
I C =1 mA
0.2 2
=
RB =
RB
+
50 1
(0.001 )+ 0.025
( 0.1−0.025 ) ( 50 + 1 ) ( 0.001 )
RB =3.825 KΩ
7ara el c1lculo de
RC
# considerando una Avd =10 # utilizamos la relaci$n" RC
∝
Avd = 2
(
I C
∝
RC I C
2 Avd
RC =
RC =
RB β + 1
=0.1
( 0.1) 2 Avd I C
∝
( 0.1)( 2 )( 10 ) 50 51
(0.001)
RC =2.04 KΩ
e este modo el
V cc
%ueda como"
(
+
RB hie + β + 1 β + 1
)
)
∝ R I hie = C C β + 1 2 Avd
V cc= 4.04 + 1.1 −0.6= 4.54 volts
&ste valor puede ser modificado para ajustar el amplificador diferencial en cuanto a variaci$n de las se+ales de entrada# para este caso se modificara a : volts# valor −V EE : %ue tam/i0n se le asignara a la fuente de V cc=6 volts V EE =−6 volts
7ara el c1lculo de
R E
"
RB V EE =2 I E R E + V BE + I β + 1 E
R E=
R E=
V EE −V BE 2 I E
−
RB 2
( β + 1)
−0.6 − 3825 2 ( 0.001 ) 2 ( 51 ) 6
R E=2.662 KΩ
7ara la implementaci$n de la fuente de corriente"
Figura 3: Amplificador diferencial con fuente de corriente transistorizada (figura 1).
Para el cálculo de
R1 , R2 y R 3
:
V EE = I c R3 + V BE + V B 3
R3=
R3=
V EE−V BE −V B 3 I c 6
−0.6− 2.4 2
R3=1.5 KΩ
Rb=
R1 R 2 R1 + R2
Rb=3 R3 Rb=15 KΩ
R1=
V EE V EE −V B 3
R b=
6
− 2.4
6
(15000 )=25 KΩ
R2=
V EE V B 3
R b=
6 2.4
(15000 )=37.5 KΩ
DESARROLLO: 8tilizando las resistencias# generador de funciones y transistores ;C<=>? se realiz$ el amplificador diferencial. 7rimeramente se midi$ el amplificador en corriente directa para o/tener los valores del punto de operaci$n en las cuales intervienen el voltaje colector-emisor# corriente de colector y voltaje en la resistencia de colector de cada transistor. 2os resultados de las mediciones se pueden o/servar en la siguiente ta/la. a/la .- Mediciones del punto de operaci$n de los transistores %ue conforman el amplificador diferencial. V CE [V ]
Transistor 1 Transistor 2 Transistor 3
<. <.3* *.:
I c [ mA ]
.<3 3.@@ .3
V RC [ V ]
.<= .<< -
7osteriormente se midieron los valores de amplificaci$n del circuito en funci$n de la frecuencia en modo diferencial. 7ara esto se utiliz$ un generador de funciones proporcionando una se+al sinusoidal de amplitud 3. volts conectado a la /ase del transistor # y la /ase del transistor * se conect$ a tierra (originalmente se ped!a utilizar dos generadores de frecuencias# uno de amplitud de volt y otro de .* volts conectados a cada /ase del transistor respectivamente# sin em/argo por efectos pr1cticos# se decidi$ utilizar una sola fuente de amplitud 3. volts ya %ue am/as configuraciones eran e%uivalentes). 8na vez conectado el generador de funciones# se procedi$ a medir el voltaje de salida en cada colector individual de los transistores del amplificador# ya %ue esta medici$n representa/a la salida de voltaje en modo des/alanceado. e esta manera se midi$ indirectamente el voltaje de salida de forma /alanceada(es decir el voltaje conectando el canal del osciloscopio desde el colector uno al colector dos)# mediante la diferencia de las mediciones de voltaje des/alanceado en cada transistor mencionado anteriormente. 2os resultados se pueden o/servar en la ta/la *. Aota" Ao se midi$ directamente la salida de forma /alanceada de/ido a %ue en el osciloscopio se introdujo algo de ruido en esa se+al impidiendo tra/ajar so/re ella.
&n lugar de ello de midi$ el voltaje en el colector del transistor * y se realiz$ la resta de am/os valores.
a/la *.-Mediciones de amplificaci$n en modo diferencial Fre!eni a "#$%&
rafica .- anancia de voltaje des/alanceado en funci$n de la frecuencia.
25 20 15
Ganancia [dB]
10 5 0 0.01
0.1
1
10
100
1000
Frecuencia [kHz]
rafica *.- anancia de voltaje /alanceado en funci$n de la frecuencia.
8 7 6 5
Ganancia [dB]
4 3 2 1 0 0.01
0.1
1
10
100
1000
Frecuancia [kHz]
7or último# se realizaron eactamente las mismas mediciones en el amplificador# esto es# el voltaje de salida en modo /alanceado y des/alanceado en funci$n de la frecuencia# con la variante %ue el amplificador se encontra/a en modo común# es decir# un solo generador de frecuencias proporcionando una se+al de amplitud 3.* volts conectado a la /ase de am/os transistores. 2os resultados se pueden o/servar en la siguiente ta/la. a/la '.- Mediciones de amplificaci$n de voltaje en modo común.
