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AMPLIFICADOR DIFERENCIAL – INFORME PREVIO26 de enero de 2015 AMPLIFICADOR DIFERENCIAL I.- OBJETIVOS o Experimentar las propiedades del Amplificador Diferencial. II.- INTRODUCCCION Amplificador Diferencial Los Amplificadores Operacionales y otros circuitos analógicos, suelen basarse en: 1 - Los amplificadores diferenciales 2 - Etapas de ganancia implementados por amplificadores intermedios acoplados en corriente continua y... 3 - Una etapa de salida tipo push-pull (etapa clase B en contrafase) Ver el siguiente gráfico, donde se muesta el diagrama de bloques con la configuración interna de un amplificador operacional. Principio de funcionamiento del Amplificador diferencial Analizar el gráfico de la derecha. El amplificador diferencial básico tiene 2 entradas V1 y V2. Si la tensión de V1 aumenta, la corriente del emisor del transistor Q1 aumenta (acordarse que IE = BxIB), causando una caida de tensión en Re. Si la tensión de V2 se mantiene constante, la tensión entre base y emisor del transistor Q2 disminuye, reduciéndose también la corriente de emisor del mismo transistor. Esto causa que la tensión de colector de Q2 (Vout+) aumente. La entrada V1 es la entrada no inversora de un amplificador operacional UNMSM-LABORATORIO 1 o sea el ruido es atenuado en este amplificador (Modo común. que hace que sus corrientes de colector sean iguales haciendo que las resistencias variables (re) también lo sean. Por eso cuando la tensión V1 crece.INFORME PREVIO 1) ¿Qué características diferencial? resaltantes ofrece el amplificador  Una de las características más importantes es la simetría que tiene este circuito con respecto a los dos transistores. III. La entrada V2 es la entrada inversora del amplificador operacional Si el valor de la resistencia RE fuera muy grande. o modo o modo no inversor (la salida no tiene una desfase con respecto a la entrada). o modo diferencial cuando utiliza los dos modos anteriores.  Se puede utilizar este amplificador como un modo inversor (La salida esta desfasada 1800 con respecto a la entrada). obligaría a la suma de las corrientes de emisor de los transistor Q1 y Q2. V o V 1 V 2 UNMSM-LABORATORIO Fig. o sea que una esta en fase con la entrada y la otra está desfasada 180 0. causando que la tensión de colector del mismo transistor disminuya. a mantenerse constante. la tensión en V2 decrece.AMPLIFICADOR DIFERENCIAL – INFORME PREVIO 26 de enero de 2015 Del mismo modo cuando la tensión en V2 aumenta.  Se usa este amplificador para amplificar las señales en medios ruidosos. Las salidas están desfasadas una con respecto a la otra en una ángulo de 180 0. (Vout+) disminuye. disminuirá la corriente de colector del otro transistor. también aumenta la la corriente de colector del transistor Q2. ganancia de voltaje pequeña) y la señal es amplificada (Modo diferencial. al aumentar la corriente de colector de un transistor. ganancia de voltaje es alta)  Este amplificador contiene dos entradas y dos salidas..1-a 2 . comportándose como una fuente de corriente Entonces. 1b 2) Encontrar los puntos de reposo del amplificador diferencial a experimentar (figura 4a y 4b) a) Con resistencia (figura 4-a): Hacemos el equivalente del circuito en corriente continua para la figura 4-a.AMPLIFICADOR DIFERENCIAL – INFORME PREVIO 26 de enero de 2015 Fig. donde las capacitancias se hacen circuito abierto: UNMSM-LABORATORIO 3 . Ic   1k´0. también solo analizaremos un solo lado debido a la simetría del circuito la formula es.41 Ω También hallamos para el circuito el voltaje base 1 (B 1) que es igual al voltaje base 2 (B2): Vb1 =  Ic   1k  5.22k  0.7v  Ic  (0.16mA Para esta corriente de reposo el transistor tiene una resistencia dinámica que es: re  26mv Ic Q re  22.8v También hallamos para el circuito el voltaje colector 1 (C 1) que es igual al voltaje colector 2 (C2): VC  12v  7.3v UNMSM-LABORATORIO 4 .7k  Ic  1.05)  12v  2  Ic  4.AMPLIFICADOR DIFERENCIAL – INFORME PREVIO 26 de enero de 2015 Entonces como el circuito es un circuito simétrico el potenciómetro se considera que se pone 50 Ohm para cada transistor.5k  Ic  3. 705 Con estos valores de voltaje tenemos que: VCE = 4.005 v Nota: estos puntos de reposo de este amplificador son iguales para los dos transistores debido a la simetría del circuito.AMPLIFICADOR DIFERENCIAL – INFORME PREVIO 26 de enero de 2015 También hallamos para el circuito el voltaje Emisor 1 (E 1) que es igual al voltaje emisor 2 (E2): VE   Ic   1k  0. b) Con una fuente de corriente (figura 4-b): Hacemos el equivalente del circuito en corriente continua para la figura 4-b.7v  0. donde las capacitancias se hacen circuito abierto: Entonces como el circuito es un circuito simétrico el potenciómetro se considera que se pone 50 Ohm para cada transistor. también solo UNMSM-LABORATORIO 5 . 7k  ( 12v )  3.7k Vb2 = Con este dato hallaremos el voltaje el en Emisor 2 (V E2): V E 2  Vb 2  0.7v = -0.96mA 2 Para el voltaje colector 2 tenemos: Vc 2  12v  0.96mA  7.5k  4.83v 10k  4.959v El voltaje colector emisor es del transistor 2: VCE 2  VC 2  V E 2  3.704 Para el voltaje colector emisor 1 tenemos: VCE1  VC 1  V E1  5.AMPLIFICADOR DIFERENCIAL – INFORME PREVIO 26 de enero de 2015 analizaremos un solo lado debido a la simetría del circuito la formula es y considerando que el potenciómetro de 10k esta en su máximo valor: Hallamos para el circuito el voltaje base 2 (B 2).7v  4.8mv El voltaje en el emisor es: VE1 = VB1 – 0.8A  1k  4.5k  0.8v Para la base 1 tenemos el siguiente voltaje: V B1  4.5v  0. por un divisor de voltaje: 4.05k )  5.22k  0.9k La resistencia dinámica es: re2 = 13.92mA 3.54 Ω Ic1  Ic 2  0.54v Para el transistor 1 tenemos los siguientes puntos de reposo: El voltaje en el colector 1 es (Vc1): Vc1  12v  0.5048v b-1) para varios valores del potenciómetro de 10k tenemos: UNMSM-LABORATORIO 6 .5v Hallamos la corriente ICQ: IcQ2 = V E  ( 12v )  1.96mA  (7. 69  0.07mA Para RP = 10k tenemos. Zo y CMRR. encontrar (figura 4a y 4b) Ad.7v  R p 3. Ac. IcQ2 = 1.7k )  3.39 mA Para RP = 0k tenemos.7k Por lo tanto hallaremos la ganancia en modo común del amplificador diferencial del experimento: UNMSM-LABORATORIO 7 . es haciendo las fuentes de voltaje continuo igual a cero y los capacitares iguales a corto circuito. Hallamos el voltaje de salida del circuito es (colector y tierra): V 0     Ib1  7. a) Haciendo el análisis en modo común del circuito: El equivalente del circuito en c. Zi. Vo. IcQ2 = 1.AMPLIFICADOR DIFERENCIAL – INFORME PREVIO 26 de enero de 2015 Consideramos la resistencia de potenciómetro como una variable (V p) y hallamos el valor de la corriente en función de esta variable: Ic Q 2   59.27 k  2 Ib1   4.a.92 mA Para RP = 5k tenemos. y también vemos que el voltaje de salida es igual en las dos salidas: Vemos que en modo común se utiliza a una sola fuente para las dos entradas que reciben una corriente base de la misma magnitud.9k  ( R p  4. IcQ2 = -0.18 mA 3) Considerando que V1 y V2 son dos señales de la misma intensidad pero desfasadas una con respecto a la otra en 1800.5k También hallamos el voltaje de entrada entre la base y tierra: Vi  Ib1   re  Ib1   0. es haciendo las fuentes de voltaje continuo igual a cero y los capacitares iguales a corto circuito.99k Ω La impedancia de salida del circuito es: Z 0  RC 1  7.a. y también vemos que el voltaje de salida es igual en las dos salidas pero desfasadas en 1800: UNMSM-LABORATORIO 8 .773 También hallaremos el análisis de la impedancia de entrada (teniendo en cuenta como ve el circuito con respecto a la corriente de base): Y también vemos que por la simetría del circuito solo se analiza uno de las partes.5k Ib1   re  Ib1   (0.4k ) AC  0. entonces la impedancia de entrada es: Z i  1k //(   re    0.7k ) Z i  0.27k  9.AMPLIFICADOR DIFERENCIAL – INFORME PREVIO AC  26 de enero de 2015  Ib1   7.27k  2   4.5k Ω b) Haciendo el análisis en modo diferencial del circuito: El equivalente del circuito en c. 9(1   )  re ) UNMSM-LABORATORIO 9 .9  (1   ) 1000 V0  7.AMPLIFICADOR DIFERENCIAL – INFORME PREVIO 26 de enero de 2015 Vemos que en modo común se utiliza dos fuentes de corriente desfasadas 1800 pero para el análisis usaremos solo una fuente para la base 1 y la base se pone a tierra.7k  0.5k  Resolviendo: Ib1  4. por lo tanto la ganancia a modo diferencial la ganancia de una fuente se le suma la ganancia de la otra fuente (superposición).41k 4.7k 22. También hallamos el voltaje de entrada entre la base y tierra: Vi  Ib1   re  Ib1   0.7k // 0.7k 22.27k  2 Ib1 ( 4.27k  2 Ib1 ( 4.5k Hallaremos el voltaje de salida en función de las corrientes de entrada.02    Ib Ib1  re  Ib1  0.27k   0.9  (1   ) 1000 V 0    7.27k   0.27k  0.9(1   )  re ) Hallamos el voltaje de salida del circuito es (colector y tierra): V0    Ie 2  7.7k // 0.27k  0.02    Ib1 Por lo tanto hallaremos la ganancia en modo diferencial del amplificador diferencial del experimento: Ad1  7.7k  0. entonces la corriente Ie2 es igual a: I e2  Ib1  4.41k 4. 27k    ( 4.9  (1   )) Z i  0.41  0.62 También haremos el análisis de la impedancia de entrada (teniendo en cuenta como ve el circuito con respecto a la corriente de base): Z i  1k //(   re    0.7k //(0.5k Ib1   re  Ib1   (0.31 La ganancia total en modo diferencial sería: Ad = 2Ad1 = 24.995k Ω La impedancia de salida del circuito es: Z 0  RC 2  7.27k  22.AMPLIFICADOR DIFERENCIAL – INFORME PREVIO 26 de enero de 2015 Ad 1  12.84 AC 4) ¿qué ventajas se obtiene al utilizar una fuente de corriente en lugar de la resistencia de emisor? (figura 4b) Las ventajas de utilizar una fuente de corriente es relacionado a la gran impedancia que esta tiene haciendo que:  En modo común reduzca la ganancia de voltaje: AC  UNMSM-LABORATORIO  Ib1   7.27k  2 r0 ) 10 .5k Ω La relación de rechazo en modo común es: RRMC  Ad  31. BIBLIOGRAFIA o o o o o http://www.27k  0.AMPLIFICADOR DIFERENCIAL – INFORME PREVIO 26 de enero de 2015 Debido a que la resistencia equivalente r 0 es grande la ganancia en modo común es pequeña.boylestad Naelsky www.27k  2 Ib1 ( r0 // 0.es/spain/.com/Tut_amplificador_diferencial../Amplificador%20diferencial...net/../Tema6-Amplificador-diferencial Electronica: teoria de circuitos y dispositivos electronicos.  En modo diferencial aumenta la ganancia de voltaje: Ad1  7.com/.slideshare.scribd..unicrom.9(1   )  re ) Cuando r0 está en paralelo con una resistencia pequeña no afectando pero aumentando el voltaje de salida.02    Ib Ib1  re  Ib1  0./tema-7amplificador-diferencial-presentation Estados Unidos www.pdf UNMSM-LABORATORIO 11 .elai.upm..  La relación de rechazo en modo común aumenta por lo ya mencionado anteriormente..asp www. IV.  Se puede mejorar la estabilidad del circuito.