Previo 3

 

(Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA) FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA PROGRAMA ACADÉMICO DE ESTUDIOS GENERALES

LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS II INFORME PREVIO DE LA GUÍA N° 3

“AMPLIFICADOR DIFERENCIAL”

Profesor:

PAREDES PENAFIEL  REJIS RENATO

Alumno: RUIZ ALARCÓN ALARCÓN FERNANDO FERNANDO DAVID 12190198

LIMA, 12 de julio del 2020

 

INFORME PREVIO N° 3 – AMPLIFICADOR DIFERENCIAL

 

INTRODUCCIÓN: El amplifcador dierencial es un circuito que constuye parte undamental de muchos amplifcadores y comparadores y es la etapa clave de la amilia lógica ECL. Existen dierentes pos de amplifcadores dierenciales basados en disposivos bipolares y FET. Se abordan técnicas de polarización y análisis de pequeña señal introduciendo los conceptos en modo dierencial y modo común que permiten simplifcar el análisis de estos amplifcadores. Por úlmo, existen amplifcadores dierenciales integrados complejos que resultan muy úles como introducción a los amplifcadores operacionales.

1. ¿Qué car caracte acterístic rísticas as resaltantes resaltantes ofrece ofrece el amplifi amplificado cadorr diferen diferencial? cial?

El amplifcador dierencial constuye la etapa de entrada más pica de la mayoría de los amplifcad ampli fcadores ores operacio operaciones nes y comparad comparadores, ores, siendo además además el elemento elemento básico de las puertas digitales de la amilia lógica ECL.

En la fgura aparece la estructura básica de este amplifcador. Uno de sus aspectos más importantes es su simetría que le confere unas caracteríscas muy especiales de análisis y diseño. Por ello, los transistores Q1 y Q2 deben ser idéncos, aspecto que únicamente se lo logr gra a cu cuan ando do el circ circui uito to está está abr abric icad ado o en un ch chip ip.. Real Realiz izar ar este este ampl amplif ifca cado dorr co con n componentes discretos pierde sus principales propiedades al romperse esa simetría.

 

APLICACIONES El par dierencial es una base undamental para la electrónica analógica analógica.. Los amplifcadores operacionales   y comparadores de tensión operacionales tensión   se bas basan an en él. Así mismo, mismo, los mulplicadores analógicos,, empleados en calculadoras analógicas y en mezcladores, analógicos mezcladores, están basados en pares dierenciales. Los amplifcadores amplifcadores de transconductancia transconductancia también,  también, básicamente, son pares dierenciales. dierenciales. En electrónica digital, digital, la tecnología ECL  ECL  se basa en un par dierencia dierencial. l. Muchos circuitos circuitos de interaz y cambiadores de nivel se basan en pares dierenciales. El amplifcador dierencial es un circuito versál que sirve como etapa de entrada a la mayoría de los amplifcadores operacionale operacionales. s. A connuación, se presenta su confguración básica.

El

circuito

ene

dos

entradas, v1 y v2, y

tres salidas, v01, v02 y (v01 - v02). La ca cara ract cter erís ísc ca a más más im impo port rtan ante te es el hech hecho o de que que id idea ealm lmen ente te,, las las sali salida dass son son proporcionales a la dierencia entre las dos señales de entrada. Se defnen dos entradas cualesquiera como:

Donde vd vdi es es la la en entrada en en mo modo

dierencial y vci es la entrada en modo

común.

quedarán defnidas como:

Las

tensiones

originales

 

Para mejorar el rendimiento del amplifcador dierencial se suele conectar un generador de corriente constante en el emisor.

2. Enco Encontrar ntrar lo loss puntos de rep reposo oso de los amplific amplificador adores es que se muestran muestran en las figuras 3.1 y 3.2.  

 

Entonces como el circuito es un circuito simétrico el potenciómetro se considera que se pone 50 Ohm para cada transistor, también solo analizaremos un solo lado debido a la simetría del circuito la órmula es:

 Ic   × 1 k + 0.7 + Ic × ( 0.22 k + 0.05 ) =12− 2 Ic × 4.7 k   β 

  Ic =1.16 mA

Para está corriente de reposo, el transistor ene una resistencia dinámica defnida como: ℜ=

26 mV 

 I CQ

   ℜ= 22.41 Ω

También observamos lo siguiente:

V B 1 =V B 2 También:

V C =12 −7.5 k × I c =3.3 V  E= 

− Ic

 β

  × 1 k −0.7 =−0.705

  V CE = 4.005 V 

Debido a la simetría, estos puntos de reposo son iguales para los dos transistores.

3. Cons Consider iderando ando qu que e V1 y V2 son 2 señ señales ales de llaa misma m magnit agnitud, ud, per pero o desfa desfasada sadass una con respecto a la otra 180° encontrar: Ad, Ac, Vo, Zi, Zo, CMRR en las guras 3.1 y 3.2 El equivalente del circuito en CA se hace cortocircuitando en los capacitores y poniendo en erra a la uente de tensión de voltaje connuo.

 

Vemos que, en modo común se uliza a una sola uente para las dos entradas que reciben una corriente base de la misma magnitud. Hallamos el voltaje de salida del circuito es (colector y erra):

Vo =− β × I b 1 × 7.5 k 

En entrada:

Vi = I b 1 β × ℜ + I b 1 β × 0.27 k + 2 I b 1 β × 4.7 k 

Por lo tanto, la ganancia en modo común del amplifcador dierencial sería:

 

− I   β × 7.5 k   Ac = I   β × ℜ+ I  b  β × ( 0.27 k + 9.4 k ) b b 1

1

1



  Ac =−0.77

Ahora, hallando el voltaje de entrada entre la ase y erra tenemos:

Por simetría solo analizaremos una parte, por ello la impedancia de entrada es:

Zi =1 k ∥ ( β × ℜ+ β × 0.27 k + 2 β × 4.7 k ) Zi =0.99 k Ω

 



  Zo= RC 1=7.5 k Ω

Ahora, haciendo el análisis en modo dierencial:

Vemos que en modo común se uliza dos uentes de corriente desasadas 180° pero para el análisis usaremos solo una uente para la base 1 y la base se pone a erra, por lo tanto, la ganancia a modo dierencial la ganancia de una uente se le suma la ganancia de la otra uente (superposición). (superposición). También hallamos el voltaje de entrada entre la base y erra:

Vi = I b 1 βre + I b 1 β ( 0.27 k ) + 2 I b 1 ( 4.7 k ∥ 0.27 k + 0.9 ( 1−α ) +ℜ ) Entonces, hallamos el voltaje de salida del circuito

V o = α I e 2 ( 7.5 k ) Resolviendo: Vo =7.02 β Ib1 Por lo tanto, hallaremos la ganancia en modo dierencial del amplifcador dierencial de la siguiente manera:

 Ad 1=

7.02 β Ib 1

 Ib1 βre + Ib1 β ( 0.27 k ) + 2 Ib 1 ( 4.7 k ∥ 0.27 k + 0.9 ( 1 −α ) + ℜ )

 A d 1=−12.31

La ganancia total en modo dierencial es: Ad = 2Ad1= 24.62

 

Por último, hallaremos la impedancia de entrada (circuito con respecto a la corriente de base)

Zi =1 k ∥ ( βre  βre + β ( 0.27 k )+ β ( 4.7 k ∥ ) 0.27 k + 22.41 + 0.9 ( 1−α ) ) Zi =0.995 k Ω

Entonces, la impedancia de salida del circuito sería:

Zo= RC 2=7.5 k Ω Luego, la relación de rechazo en modo común sería:

 RRMC =

 Ad =− 31.84  Ac

4. ¿Qué ven ventajas tajas se ob obene ene al u ulizar lizar una fu fuente ente de cor corrien riente te en lugar de la res resiste istencia ncia de emisor? El uso de una uente de corriente en lugar de una resistencia de emisor determina de modo directo el valor fnal de mi corriente en la confguración del amplifcador dierencial y como este valor es el de connua, una uente de este po el valor de esta permanece constante y la ganancia se manene estable.