AMPLIFICADOR DIFERENCIAL 1) ¿Qué ¿Qué ca cara ract cter erís ísti tica cas s #iferencial$ •
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resa resalt ltan ante tes s
ofre ofrece ce
el
a!l a !li" i"ca ca#o #orr
Una de las características más importantes es la simetría que tiene este circuito con respecto a los dos transistores, que hace que sus corr corrien ientes tes de colec colecto torr sean sean iguale iguales s hacien haciendo do que las resis resisten tencia cias s variables (re) también lo sean. Se puede utilizar este amplifcador como un modo inversor (a salida esta des!asada "#$ $ con respecto a la entrada), o modo o modo no inversor (la salida no tiene una des!ase con respecto a la entrada), o modo di!erencial cuando utiliza los dos modos anteriores. Se usa usa este este ampl amplif ifca cado dorr para para ampl amplif ifca carr las las se%a se%ale les s en medi medios os ruidos ruidosos os,, o sea sea el ruido ruido es atenu atenuado ado en este este ampli amplifca fcador dor (&odo (&odo com'n com'n,, gananc ganancia ia de volta voltae e peque peque%a) %a) la se%al se%al es amplifc amplifcada ada (&odo di!erencial, ganancia de voltae es alta) *ste amplifcador contiene dos entradas dos salidas, as salidas están des!asadas des!asadas una con respecto a la otra en una ángulo de "#$ $, o sea que una esta en !ase con la entrada la otra está des!asada "#$ $.
o "
+ig."a
%) %) %) %) %) %) %) %) %) %) %) %) %) %) %) %) %) %) %) %) %) %) %) Encontrar los !untos #e re!oso #el a!li"ca#or #iferencial a e&!erientar '"(ura a * +) a) Con resistencia '"(ura ,a)/acemos el equivalente del circuito en corriente continua para la fgura 0a, donde las capacitancias se hacen circuito abierto1 *ntonces como el circuito es un circuito simétrico el potenci2metro se considera que se pone 3$ 4hm para cada transistor, también solo analizaremos un solo lado debido a la simetría del circuito la !ormula es.
5ara esta corriente de reposo el transistor tiene una resistencia dinámica que es1 r e
r e
=
=
26mv Ic Q
22.41 6
7ambién hallamos para el circuito el voltae base " (8 ") que es igual al voltae base (8 )1 -b" 9
−
Ic
β
× 1k = −5.8v
7ambién hallamos para el circuito el voltae colector " (: ") que es igual al voltae colector (: )1 V C
= 12v −
7.5k × Ic
=
3.3v
7ambién hallamos para el circuito el voltae *misor " (* ") que es igual al voltae emisor (* )1 V E
=
− Ic
β
× 1k −
0.7v
= −0.705
:on estos valores de voltae tenemos que1 -:* 9 0.$$3 v ;ota1 estos puntos de reposo de este amplifcador son iguales para los dos transistores debido a la simetría del circuito.
+) Con una fuente #e corriente '"(ura ,+)/acemos el equivalente del circuito en corriente continua para la fgura 0b, donde las capacitancias se hacen circuito abierto1
*ntonces como el circuito es un circuito simétrico el potenci2metro se considera que se pone 3$ 4hm para cada transistor, también solo analizaremos un solo lado debido a la simetría del circuito la !ormula es considerando que el potenci2metro de "$< esta en su má=imo valor1 /allamos para el circuito el voltae base (8 ), por un divisor de voltae1 -b 9
4.7k × ( −12v ) 10k + 4.7 k
= −3.83v
:on este dato hallaremos el voltae el en *misor (- *)1 V E 2
= V b 2 −
0 .7 v
= −4.5v
/allamos la corriente > :?1 >c? 9 a resistencia dinámica es1
V E
− ( −12v )
3.9k
= 1.92mA
re 9 "@.30 6 Ic1 =
Ic 2
2
=
0.96mA
5ara el voltae colector tenemos1 Vc 2
= 12v −
0.96mA × (7.5k + 0.22k + 0.05k ) − 5.5v = −0.959v
*l voltae colector emisor es del transistor 1 V CE 2
= V C 2 − V E 2 =
3.54v
5ara el transistor " tenemos los siguientes puntos de reposo1 *l voltae en el colector " es (-c")1 Vc1
= 12v −
0.96mA × 7.5k = 4.8v
5ara la base " tenemos el siguiente voltae1 V B1
A × 1k = −4.8mv = −4.8µ
*l voltae en el emisor es1 -*" 9 -8" A $.Bv 9 $.B$0 5ara el voltae colector emisor " tenemos1 V CE 1
= V C 1 − V E 1 =
5.5048v
+,1) !ara .arios .alores #el !otenci/etro #e 10 teneos:onsideramos la resistencia de potenci2metro como una variable (- p) hallamos el valor de la corriente en !unci2n de esta variable1 IcQ 2
=
−
59.69 − 0.7 v × R p
3.9k × ( R p
+
4.7k )
+
3.07mA
5ara C5 9 "$< tenemos, >c ? 9 ".D mE 5ara C5 9 3< tenemos, >c ? 9 ".@D mE 5ara C5 9 $< tenemos, >c ? 9 $."# mE @) Consi#eran#o 2ue 31 * 3% son #os se4ales #e la isa intensi#a# !ero #esfasa#as una con res!ecto a la otra en 15006 encontrar '"(ura a * +) A #6 Ac6 3o6 7i6 7o * CMRR8 a) 9acien#o el an:lisis en o#o co;n #el circuito-
*l equivalente del circuito en c.a. es haciendo las !uentes de voltae continuo igual a cero los capacitares iguales a corto circuito, también vemos que el voltae de salida es igual en las dos salidas1
-emos que en modo com'n se utiliza a una sola !uente para las dos entradas que reciben una corriente base de la misma magnitud. /allamos el voltae de salida del circuito es (colector tierra)1 V 0
= − β × Ib1 ×
7.5k
7ambién hallamos el voltae de entrada entre la base tierra1 Vi
= Ib1 β ×
r e
+ Ib1 β × 0.27k +
2 Ib1 β × 4.7k
5or lo tanto hallaremos la ganancia en modo com'n del amplifcador di!erencial del e=perimento1 − Ib1 β × 7.5k AC
=
Ib1 β × r e
+ Ib1 β × (0.27k +
AC
9.4k )
= −0.773
7ambién hallaremos el análisis de la impedancia de entrada (teniendo en cuenta como ve el circuito con respecto a la corriente de base)1
F también vemos que por la simetría del circuito solo se analiza uno de las partes, entonces la impedancia de entrada es1 Z i
= 1k //( β ×
r e Z i
+
β × 0.27k + 2 β × 4.7k )
=
0.99k 6
a impedancia de salida del circuito es1 Z 0
= RC 1 =
7.5k 6
+) 9acien#o el an:lisis en o#o #iferencial #el circuito*l equivalente del circuito en c.a. es haciendo las !uentes de voltae continuo igual a cero los capacitares iguales a corto circuito, también vemos que el voltae de salida es igual en las dos salidas pero des!asadas en "#$$1
-emos que en modo com'n se utiliza dos !uentes de corriente des!asadas "#$$ pero para el análisis usaremos solo una !uente para la base " la base
se pone a tierra, por lo tanto la ganancia a modo di!erencial la ganancia de una !uente se le suma la ganancia de la otra !uente (superposici2n). 7ambién hallamos el voltae de entrada entre la base tierra1 Vi
= Ib1 β × r e + Ib1 β × 0.27k +
2 Ib1 (4.7k // 0.27k + 0.9(1 − α ) + r e )
/allamos el voltae de salida del circuito es (colector tierra)1 = α × Ie 2 × 7.5k
V 0
/allaremos el voltae de salida en !unci2n de las corrientes de entrada, entonces la corriente >e es igual a1 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 )
Cesolviendo1 V 0
=
7.02 × β × Ib1
5or lo tanto hallaremos la ganancia en modo di!erencial del amplifcador di!erencial del e=perimento1 Ad 1
=
7.02 × β × Ib Ib1β × r e
+ Ib1β × 0.27k +
Ad 1
2 Ib1 ( 4.7k // 0.27k + 0.9(1 − α ) + r e )
= −12.31
a ganancia total en modo di!erencial sería1 Ed 9 Ed " 9 0.G 7ambién haremos el análisis de la impedancia de entrada (teniendo en cuenta como ve el circuito con respecto a la corriente de base)1
Z i
= 1k //( β × r e +
β × 0.27k + β × (4.7k //(0.27k + 22.41Ω + 0.9 × (1 − α )) Z i
=
0.995k 6
a impedancia de salida del circuito es1 Z 0
= RC 2 =
7.5k 6
a relaci2n de rechazo en modo com'n es1 RRMC =
Ad AC
= −31.84
) ¿2ué .enta
*n modo com'n reduzca la ganancia de voltae1 AC
=
− Ib1 β × 7.5k
Ib1 β × r e
+ Ib1 β × (0.27k +
2r 0 )
Hebido a que la resistencia equivalente r $ es grande la ganancia en modo com'n es peque%a. •
*n modo di!erencial aumenta la ganancia de voltae1 Ad 1
=
7.02 × β × Ib Ib1β × r e
+ Ib1β × 0.27k + 2 Ib1 ( r 0
// 0.27k + 0.9(1 − α ) + r e )
:uando r$ está en paralelo con una resistencia peque%a no a!ectando pero aumentando el voltae de salida.
•
•
a relaci2n de rechazo en modo com'n aumenta por lo a mencionado anteriormente. Se puede meorar la estabilidad del circuito.
AMPLIFICADOR DIFERENCIAL
I8, O>?E@I3O o *=perimentar las propiedades del Emplifcador Hi!erencial. II8, IN@RODBCCCION A!li"ca#or Diferencial os Emplifcadores 4peracionales otros circuitos anal2gicos, suelen basarse en1 " os a!li"ca#ores #iferenciales *tapas de ganancia implementados por amplifcadores intermedios acoplados en corriente continua ... @ Una etapa de salida tipo pushpull (etapa clase 8 en contra!ase) -er el siguiente gráfco, donde se muesta el diagrama de bloques con la confguraci2n interna de un amplifcador operacional.
Principio de funcionamiento del Amplicador diferencial
Enalizar el gráfco de la derecha. *l amplifcador di!erencial básico tiene entradas -" -. Si la tensi2n de -" aumenta, la corriente del emisor del transistor ?" aumenta (acordarse que >* 9 8=>8), causando una caida de tensi2n en Ce. Si la tensi2n de - se mantiene constante, la tensi2n entre base emisor del transistor ? disminue, reduciéndose también la corriente de emisor del mismo transistor. *sto causa que la tensi2n de colector de ? (-outI) aumente. La entra#a 31 es la entra#a no in.ersora #e un a!li"ca#or o!eracional Hel mismo modo cuando la tensi2n en - aumenta, también aumenta la la corriente de colector del transistor ?, causando que la tensi2n de colector del mismo transistor disminua. (-outI) disminue. La entra#a 3% es la entra#a in.ersora #el a!li"ca#or o!eracional
Si el valor de la resistencia C* !uera mu grande, obligaría a la suma de l as corrientes de emisor de los transistor ?" ?, a mantenerse constante, comportándose como una !uente de corriente *ntonces, al aumentar la corriente de colector de un transistor, disminuirá la corriente de colector del otro transistor. 5or eso cuando la tensi2n -" crece, la tensi2n en - decrece.
