UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS LABORATORIO ELECTRÓNICA II Grupo 1 Martha Aurora González Jaramillo Miguel Angel Sastoque Caro César Aníbal Echeverry Moreno
20101005061 20101005072 20101005059
Profesor: José Hugo Castellanos
AMPLIFICADOR DIFERENCIAL 1.
OBJETIVOS
Analizar el funcionamiento de un amplificador diferencial teniendo en cuenta las ganancias diferenciales y de modo común. Observar los efectos de polarizar por medio de un espejo de corriente un amplificador diferencial. Identificar el efecto que produce introducir una carga activa al amplificador diferencial. Reconocer la importancia de utilizar transistores de un mismo circuito integrado para implementar un amplificador diferencial con espejo de corriente y cargas activas.
2. MARCO TEÓRICO El amplificador diferencial constituye la etapa de entrada más típica de la mayoría de los amplificadores operacionales y comparadores, siendo además el elemento básico de las puertas digitales de la familia lógica ECL. Uno de sus aspectos más importantes es su simetría, por ello, los transistores Q1 y Q2 deben ser idénticos, lo cual un circuito integrado (ca3086) nos proporciona.
Figura 1.Amplificador diferencial básico y recta de carga
La ganancia en tensión en modo diferencial de este amplificador es
Figura 2. Modelo a pequeña señal Amplificador diferencial La ganancia en modo común debido a una resistencia equivalente de 2RE:
Figura 3. Modelo pequeña señal modo común Un amplificador diferencial ideal tiene una tensión de salida proporcional a vid y no depende del componente en modo común (Ac=0). En la práctica no sucede así y para medir esa desviación se introduce el concepto de relación de rechazo en modo común CMRR y se define como la relación entre la ganancia en modo diferencial y modo común: CMRR= (Ad/Ac) Para obtener un CMRR elevado, una alternativa que se utiliza en la práctica consiste en sustituir la resistencia RE por una fuente de corriente, ya que esta presenta una impedancia interna muy alta. Así mismo, cuando hay un incremento de corriente en un transistor, se origina una disminución de corriente en la misma proporción en el otro transistor
Figura 4. Amplificador diferencial con carga activa y curva característica
3. DISEÑO Para un VCC=24v y un ICQ=0,5 mA Características Característ icas CA3086
tomadas del datasheet
hfe:100
Circuito: Amplificador Amplificador Diferencial Basico
Amplificador Amplificador Diferencial Con Espejo de Corriente VCC 12V
VCC 12V
R27
R26
16kΩ
16kΩ
R22
R23
16kΩ
16kΩ
R28 660kΩ
Q14 2N2222*
Q13
Q11
Q12
VCC 12V
R24
2N2222* R25
2N2222*
660kΩ
660kΩ
R29 R30 22.2kΩ
660kΩ
2N2222* Q16
Q15
R21 8kΩ
2N2222* 2N2222*
VEE -12V
VEE -12V
C7 10µF
Amplificador Diferencial en el integrado LM723 VCC 12V
Q18
Q17
Q10
Q9
2N3906
2N3906
2N3906
2N3906 R1
VEE -12V
VEE
R2 22.2kΩ
22.2kΩ
R3 660kΩ
Q1
Q2 2N2222*
VCC 12V
R5 22.2kΩ
R4
2N2222*
660kΩ
Q8
Q7
2N2222*
2N2222*
3. SIMULACIÓN Circuito Desbalanceado
Circuito Balanceado
VEE -12V
C5 10µF
-12V
4. DESARROLLO PRÁCTICA instrument os de trabajo de laboratorio laboratori o y montar los a) Verificar la conexión de los instrumentos
b)
circuitos correspondientes en protoboard, con el uso del integrado ca3086, transistores transistor es y resistencias, resiste ncias, con condiciones (Icq=0.5ma y v=24v) y verificar correcta polarización Aplicar vi=vpsenwt a base 1, con base 2 a tierra AC (Utilizar un condensador) condensador) Obtener Ad Ad Desbalanceada
Vi (V (V) Vo1 (V) (V) Vo2 (V (V) Medida Teórica Medida Av1 Av1 Error Av2 0,096
-2, -2,64
2,86
-27 -27,50 ,50
-13 -131,99 ,99 79 79,17 ,17
Ad Balanceada
Teórica Av2 Error
29,79 ,79
131,99 ,99
Medida Teór
77,43 ,43
Error
-57 -57,29 ,29 -26 -263,98 ,98 78,3 78,30 0
ambas entradas entradas vi=vpsenwt. vi=vpsenwt. Obtener Obtener Ac y el CMRR c) Aplicar en ambas Ac Desbalanceada
Vi (V (V) Vo1 (V) (V) Vo2 (V (V) Medida Teórica Medida Av1 Av1 Error Av2 2,2
-1,88
-1,92
-0,85
-0,85
0, 0,42
Ac Balanceada
Teórica Av2 Error
-0,87
-0,85
2,55
Medida Teór - 1,73
Error
- 1,70
1,48
CMRR medi do do
teori co co
33,16 ,169
error
155,10 ,100
78,61 ,615
d) Cambiar Re por una fuente de corriente constante (utilizar espejo de corriente básico) para las mismas condiciones del paso 1. Repetir pasos 2 y 3. Con estos resultados comparar los CMRR
Ad Desbalanceada
Vi (V (V) Vo1 (V) (V) Vo2 (V (V) Medida Teórica Medida Av1 Av1 Error Av2 0,148
-4, -4,56
4,12
-30 -30,81 ,81
-13 -131,99 ,99 76 76,66 ,66
Ad Balanceada
Teórica Av2 Error
27,84 ,84
131,99 ,99
78,91 ,91
Ac Desbalanceada
Vi (V (V) Vo1 (V) (V) Vo2 (V (V) Medida Teórica Medida Av1 Av1 Error Av2 5,68
-1,6
-1,64
-0, -0,28
-0,0 -0,06 6 340,14 ,14
Teórica Av2 Error
-0,2 -0,29 9
102, 82 82
teori co co 20 2062, 34 34 medid medido o
-0, -0,06 351,14 ,14
error 95,01 teor teoric ico o
factor rel aci on
3,10
Error
-58 -58,65 ,65 -26 -263,98 ,98 77,7 77,78 8 Ac Balanceada
CMRR medi do do
Medida Teór
13,30
Medida Teór -0,5 -0,57 7
Error
-0,1 -0,13 3 345,64 ,64
e) Cambiar Rc por una carga activa, utilizando espejo de corriente ( usando transistores PNP con características similares a los del arreglo CA3086), obtener la Ad y comparar con la obtenida en paso 2, comentar y concluir Ad Desbalanceada
Vi (V) (V) Vo1 (V) (V) Vo2 (V) (V) 0,08 ,086 -3,9 -3,911
Medida Av1
3,84 ,84
Teórica Av1
-45,47
Medida Teórica Av2 Av2 Error
Error
-273,41
Ad Balanceada
83,37
44,65
273,40
Medida Teór
83,67
- 90,12
-546,82
Ac Desbalanceada
Vi (V) (V) Vo1 (V) (V) Vo2 (V) (V) 3,65
-1,74
f)
Teórica Medida Av1 Av1
-1,65
-0,48
- 0,13
261,15
83,52
Ac Balanceada
Medida Teórica Error Av2 Av2
Error
Error
-0,45
-0,13
Medida Teór
242,47
Error
-0 - 0,93
-0,26
251,81
Utilizando un amplificador amplific ador diferencial constitutivo de un mismo microcircuito (circuito integrado LM723), obtener Ac, Ad y el CMRR (vcc=+/- 12 v) y comparar con lo obtenido en el paso 5, ¿cual muestra mejores resultados? Explicar Ad Desbalanceada
Vi (V (V) Vo1 (V (V) Vo2 (V (V) 0,056
-8
7,76
Ad Balanceada
Medida Medida Av1 Medida Medida Av2 Av2 Medida Medida -142,86
138,57
-281,43
AC Desbalanceada
Vi (V) 5,32
Vo1 (V) Vo2 (V) -0,34
AC Balanceada
Med Medida Av1 Med Medida Av2
-0,34
-0,06
Med Medida
-0,06
-0,13
CMRR 3 medido 2201,76 Ad
Ac
LM723
Punt Punto o 5 fac factor tor
-28 -281,43 ,43
-90 -90,12 ,12
cmrr
LM723 Punt Punto o 5 fac factor tor LM723
3,12 ,12284 -0,1 -0,13 3
-0,2 -0,26 6
0,5
Punt Punto o5
2201,76 ,76 97,03 ,03
5. IMÁGENES OSCILOSCOPIO
Ganancia diferencial punto 2
Ganancia común punto 2
fac factor tor 22,69 ,692041
Ganancia diferencial con espejo de corriente
Ganancia diferencia LM723
Ganancia común con espejo de corriente
Ganancia común LM723
6. ANÁLISIS DE DATOS:
Al implementar un espejo de corriente básico en remplazo de la resistencia de emisor del amplificador diferencial, se presenta una disminución del factor de rechazo de modo común (CMRR) en un factor de aproximadamente 3 en la práctica y de aproximadamente 13 teóricamente. En el LM723, se presenta una ganancia diferencial mayor y una ganancia en modo común menor, esto se ve reflejado en el CMRR que aumenta en un factor de 22 veces. Se observa como la ganancia de modo diferencial aumenta cuando las resistencias de colectores son cambiadas por cargas activas en una relación de 1,5 aproximadamente, pero esto se ve contrarrestado por un aumento de la ganancia de modo común en un factor de 1,6 aproximadamente con lo cual el CMRR se mantiene comparativamente igual en la práctica.
7. CONCLUSIONES
Cuando se implementa un espejo de corriente en cambio de la resistencia de emisor se produce un aumento de CMRR debido a que se remplaza la impedancia vista en el emisor por la impedancia de salida del espejo de corriente, esto minimizando la ganancia común.
Utilizando el amplificador diferencial contenido en el circuito integrado LM723 se obtiene un mejor desempeño medido por el CMRR debido a que en este circuito integrado se usa una carga activa y un espejo de corriente, con esto la impedancia se incrementa y es más estable por el hecho de que se encuentra dentro del mismo microcircuito. Al implementar una carga activa los valores de CMRR aumentan ligeramente puesto que tanto la ganancia diferencial como la ganancia común aumentan, aun así en la práctica este amplificador diferencial presenta un mejor desempeño dado que su impedancia de salida es más alta y la ganancia diferencial aumenta.
8. BIBLIOGRAFÍA
Electrónica básica para ingenieros, Gustavo Ruiz Circuitos Microelectrónicos, Rashid&Thompson Circuitos Microelectrónicos, Sedra Electrónica: Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos, Robert Boylestad
9. ANEXOS
