Amplificador Diferencial

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL

Se llama amplificador diferencial a un amplificador cuya salida es proporcional a la diferencia entre sus dos entradas (Vi+ y Vi-). La salida puede ser diferencial o no, pero en ambos casos, referida a tierra compleja.

El amplificador diferencial (o par diferencial) suele construirse con dos transistores que comparten la misma conexión de emisor, por la que se inyecta una corriente de polarización. Las bases de los transistores son las entradas (I+ e I-), mientras que los colectores son las salidas. Si se terminan en resistencias, se tiene una salida también diferencial. Se puede duplicar la ganancia del par con un espejo de corriente entre los dos colectores.

La figura representa un amplificador diferencial, circuito especialmente diseñado para amplificar la diferencia entre dos entradas. Este circuito también es conocido como par acoplado por emisor, y puede realizarse no solamente con transistores bipolares sino también con transistores de efecto de campo. Los emisores están alimentados por una fuente de corriente, que generalmente está formada por un espejo de corriente (transistores Q3 y Q4 de la figura). Llamaremos IEE a la corriente de colector de Q4.

Obviamente, el circuito tiene dos entradas a las que aplicamos las tensiones Vi1 y Vi2.

También tiene dos salidas en los colectores de los dos transistores, que llamaremos Vo1 y Vo2. Comenzaremos suponiendo una situación ideal en la que los dos transistores son idénticos y la fuente de corriente de los emisores es también ideal, es decir el valor de la corriente que genera es independiente del valor de la tensión entre sus bornes. Supongamos que los valores de las entradas son cero; las corrientes de emisor de los transistores Q1 y Q2 son iguales y de valor IEE/2, por simetría. La corriente de cada uno de los colectores será aIEE/2 y las tensiones Vo1 y Vo2 son iguales y de valor VCC-RCaIEE/2, por lo que la diferencia de salidas es nula. La tensión en el punto de unión de los emisores será aproximadamente -0.7 V.

Si ahora suponemos que Vi1 y Vi2 son iguales a 5 voltios, el circuito sigue siendo simétrico y por tanto la corriente IEE se distribuye de igual forma entre los dos transistores. La tensión en la unión de los emisores será 5-0.7 voltios, y aunque la tensión en la fuente de corriente ha variado, el valor de la corriente sigue siendo IEE (estamos considerando una fuente ideal). Por tanto el valor de la tensión en los colectores sigue siendo el mismo.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL AMPLIFICADOR DIFERENCIAL

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 caída 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.

Del mismo modo cuando la tensión en V2 aumenta, también aumenta la la corriente de colector del transistor Q2, causando que la tensión de colector del mismo transistor disminuya, (Vout+) disminuye. La entrada V2 es la entrada inversora del amplificador operacional. Si el valor de la resistencia RE fuera muy grande, obligaría a la suma de las corrientes de emisor de los transistores Q1 y Q2, a mantenerse constante, comportándose como una fuente de corriente. Entonces, al aumentar la corriente de colector de un transistor, disminuirá la corriente de colector del otro transistor. Por eso cuando la tensión V1 crece, la tensión en V2 decrece.

ANÁLISIS DE UN AMPLIFICADOR DIFERENCIAL BÁSICO BIPOLAR

El amplificador diferencial constituye la etapa de entrada más típica de la mayoría de los amplificadores operaciones y comparadores, siendo además el elemento básico de las puertas digitales de la familia lógica ECL.

En la figura aparece la estructura básica de este amplificador. Uno de sus aspectos más importantes es su simetría que le confiere unas características muy especiales de análisis y diseño. Por ello, los transistores Q1 y Q2 deben ser idénticos, aspecto que únicamente se logra cuando el circuito está fabricado en un chip. Realizar

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