Informe Amplificador diferencial

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Informe Nº5

Amplificador Diferencial
Subgrupo: 02

Tannia Lucia Hernández Rojas 20171154840
Joseph Bryan Smith Caicedo Sáenz 20171156180

Resumen— Se realiza un análisis comparativo con los datos recolectados experimentalmente y el sustento teórico para comprobar las características de los amplificadores diferenciales, además de determinar los efectos que generan discordancia con el sustento teórico y medir su impacto.

Palabras claves—Ganancia común, Ganancia diferencial, carga activa, fase, dispositivos discretos.

1. OBJETIVOS

• Determinar impacto de los efectos adversos presentes al utilizar dispositivos discretos.
• Comprobar la efectividad de las configuraciones al ejecutar una comparativa con los datos calculados y las ventajas que ofrece.
• Analizar los efectos de los parámetros h y las ganancias de los transistores en un amplificador diferencial.

1. DESARROLLO TEÓRICO

Introducción

El amplificador diferencial es el elemento más usado en circuitos integrados analógicos por lo cual es evidente la importancia de los conceptos y el análisis de las distintas ventajas, complicaciones y limitaciones presentes en su implementación para determinar las posibles soluciones a través de las distintas configuraciones y en base a los fenómenos que rigen su funcionamiento.

Amplificador diferencial - Par diferencial

El circuito de un amplificador diferencial consta de dos transistores acoplados por el emisor y polarizados por una fuente I de corriente constante, se suele utilizar un espejo de corrientes con dos transistores. También cuenta con dos entradas y dos salidas distintas, además de una salida diferencial que representa la diferencia entre las dos salidas. La mayoría de los circuitos de amplificador utilizan dos fuentes de voltaje distintas pero el circuito también puede operar con una sola fuente.

[pic 1]

Figura 1: Circuito amplificador diferencial básico

Dada la simetría presente en un amplificador diferencial es importante que las características de los dos transistores sean similares además de los valores resistivos de cada parte, esto es imposible al utilizar dispositivos discretos por lo cual para obtener un buen rendimiento se deben utilizar circuitos integrados.

Existen tres combinaciones posibles de señal de entrada:

Sencilla: Se aplica una señal de entrada a cualquiera de las dos entradas con la otra conectada a tierra, debido a la conexión común de los emisores, la señal de entrada opera ambos transistores, y el resultado es una salida por ambos colectores.

Doble:  Se aplican dos señales de entrada de polaridad opuesta. La diferencia de las entradas produce salidas por ambos colectores debido a la diferencia de las señales aplicadas a ambas entradas.

Modo común: la misma señal de entrada se aplica a ambas entradas. la señal de entrada común produce señales opuestas en cada colector; estas señales se anulan, de modo que la señal de salida resultante es cero, en la práctica estas señales no se anulan y se obtienen una señal pequeña.

Cuando se aplican señales opuestas se obtienen una ganancia muy grande en comparación con la muy pequeña ganancia obtenida con entradas comunes. La relación de esta diferencia de ganancia con la ganancia común se llama rechazo en modo común.

Para obtener una amplificación lineal se deben introducir señales más o menos menores a 100, esto se deduce a partir de las ecuaciones de corriente del colector:[pic 2]

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Básicamente el hecho de introducir más de 100 genera que un transistor entre en corte y el otro transistor debe soportar la corriente de modo que puede entrar en saturación. Es importante considerar que para obtener un mejor rendimiento se suelen utilizar distintos transistores tanto de manera individual como conjunta, estos son los BiFET, BiMOS y CMOS.[pic 5]

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Figura 2: Polarización en DC de un circuito del amplificador diferencial.

La base de ambos transistores esta aterrizada a tierra, al considerar condiciones ideales de simetría se obtiene que:

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El voltaje en el emisor es:

[pic 10]

La corriente en el emisor es:

[pic 11]

El voltaje en el colector es:

[pic 12]

Para obtener la máxima excursión en la salida del amplificador diferencial el VCE debe ser igual al valor de la fuente.

Para obtener la ecuación de recta de carga estática se debe analizar la malla de colector-emisor de los transistores.

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Figura 3: Recta de carga estática para el amplificador diferencial.

Ganancia en modo común y diferencial

Generalmente se intenta que el amplificador diferencial responda sólo a las tensiones de entrada, sin embargo, en un amplificador operacional práctico, la salida depende un poco de la suma de las entradas. El caso en el que el circuito responde a la diferencia se conoce como modo diferencial. De manera ideal se espera que el circuito solo produjera una salida en modo diferencial, pero en la práctica esto no sucede por ello siempre se trata de que la ganancia diferencial sea enormemente superior a la ganancia común.

Tensión en modo diferencial:

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Tensión en modo común

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Entonces a partir de estas nuevas ecuaciones se pueden representar las entradas originales.

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Si se hacen iguales las dos tensiones de entrada se tiene

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Bajo estas condiciones las corrientes del colector deben ser iguales, la resistencia en el emisor se duplica ya que en realidad la corriente real es el doble que la mantenida en el siguiente circuito:

[pic 20]

Figura 4: Circuito en modo común-Circuito en modo diferencial

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