Amplificadores diferenciales PDF

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Summary

4. AMPLIFICADORES OPERACIONALES
4.1 El amplificador operacional
4.2 Circuitos prácticos con amplificadores operacionales
4.2.1 Amplificador inversor
4.2.2 Amplificador no inversor
4.2.3 Amplificador sumador
4.2.4 Integrador
4.2.5 Diferenciador...

Description

“Amplificadores diferenciales”

Asignatura:

Amplificación de señales

Docente:

Jorge Alberto Acosta Alejandro Alumno: Limhi Antonio León Bautista VLMC2191002

Villahermosa, Tabasco, 03 de abril de 2020

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ÍNDICE

Introducción.........................................................................................3 Amplificadores diferenciales..............................................................4 Principios de funcionamiento............................................................5 Análisis en pequeña señal..................................................................6 Configuraciones básicas....................................................................7 Con entrada diferencial.......................................................................8 Con entrada común.............................................................................9 Conclusión.........................................................................................10 Referencias bibliográficas................................................................11

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Introducción En este documento se encuentra una investigación de diferentes fuentes para la retroalimentación de algunos de los temas que se verán en el transcurso del semestre para que al finalizar el curso uno como alumno pueda saber cómo funciona un circuito y que combinaciones de transistores puede hacer para lograr la construcción de circuitos amplificadores diferenciales con cualquier dispositivo semiconductor que pueda funcionar como amplificador.

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Amplificadores diferenciales El amplificador diferencial (AD) es un circuito pensado para amplificar la diferencia de dos señales.

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 6.1 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 este amplificador con componentes discretos pierde sus principales propiedades al romperse esa simetría. A continuación, se realiza un análisis de este amplificador, primero en continua y luego en alterna donde se introducen los conceptos de configuración en modo común y modo diferencial.

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El circuito del amplificador diferencial es una conexión de muy grande aceptación y uso en unidades de circuitos integrados. Esta conexión se puede describir considerando el amplificador diferencial básico mostrado en la figura 10.9. Observe que el circuito cuenta con dos entradas y dos salidas distintas, y que los emisores están conectados entre sí. Si bien la mayoría de los circuitos de amplificador utilizan dos fuentes de voltaje distintas, el circuito también puede operar con una sola fuente.

Hay varias combinaciones posibles de señal de entrada: Si se aplica una señal de entrada a cualquiera de las dos entradas con la otra conectada a tierra, la operación se conoce como “sencilla”. Si se aplican dos señales de entrada de polaridad opuesta, la operación se conoce como “doble”. Si la misma señal de entrada se aplica a ambas entradas, la operación se denomina “modo común”. En operación sencilla se aplica una sola señal de entrada. Sin embargo, debido a la conexión común de los emisores, la señal de entrada opera ambos transistores, y el resultado es una salida por ambos colectores. En operación doble se aplican dos señales de entrada, la diferencia de las entradas produce salidas por ambos colectores debido a la diferencia de las señales aplicadas a ambas entradas. En operación en modo común, 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, las señales opuestas no se anulan por completo y se obtiene una señal pequeña. La característica principal del amplificador diferencial es la ganancia muy grande cuando se aplican señales opuestas a las entradas, 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. 5

Principios de funcionamiento 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 caida 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 del 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 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 transistor 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. La razón de rechazo al modo común (o CMRR, de las siglas en inglés Common Mode Rejection Ratio) es uno de los parámetros de un amplificador operacional u opamp, (en inglés Operational Amplifier). En un conjunto de opamp's configurados como amplificador de instrumentación, cuando el voltaje 1 (V −) y el voltaje 2 (V +) son iguales, existe una pequeña señal de salida, cuando lo ideal sería que esta fuera cero. La CMRR es una medida del rechazo que ofrece la configuración a la entrada de voltaje común. El CMRR es positivo y se mide en decibelios. Se define por la siguiente ecuación:

donde Ad es la ganancia diferencial y As es la ganancia en el modo común

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Análisis en pequeña señal La polarización de un transistor es la responsable de establecer las corrientes y tensiones que fijan su punto de trabajo en la región lineal (bipolares) o saturación (FET), regiones en donde los transistores presentan características más o menos lineales. Al aplicar una señal alterna a la entrada, el punto de trabajo se desplaza y amplifica esa señal. El análisis del comportamiento del transistor en amplificación se simplifica enormemente cuando su utiliza el llamado modelo de pequeña señal obtenido a partir del análisis del transistor a pequeñas variaciones de tensiones y corrientes en sus terminales. Bajo adecuadas condiciones, el transistor puede ser modelado a través de un circuito lineal que incluye equivalentes Thévenin, Norton y principios de teoría de circuitos lineales. El modelo de pequeña señal del transistor es a veces llamado modelo incremental de señal. Los modelos de pequeña señal son modelos incrementales, como los representados en las ecuaciones (4) y (5), donde los incrementos o componentes AC tienen una amplitud pequeña (de ahí el nombre de “pequeña señal”). En la Figura 3 se muestra una tensión con estas características, con una determinada componente DC y con una fluctuación o componente AC de mucha menor amplitud

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Configuraciones básicas El circuito mostrado en la figura 10.7 correspondiente al amplificador diferencial básico, que consiste en un arreglo de dos transistores BJT en serie con dos resistores Rc conectados al colector y unidos entre sí por medio del emisor, así mismo dos señales de entrada Vi1 y Vi2 se aplican a la base de cada BJT, obteniéndose dos señales a la salida Vo1 y Vo2, aunque el diseño posee dos fuentes de alimentación +VCC y -VEE el amplificador diferencial puede operar con solo una de ellas.

Las posibles combinaciones en las señales de entrada se listan a continuación: Terminal simple. Una entrada con señal y la otra entrada conectada a tierra, puesto que ambos transistores se unen en emisor común, la salida será en ambos colectores. Terminal doble. Dos señales de entrada de polaridad opuesta. Resultan en salidas distintas en ambos colectores. Modo común. La misma señal aplicada a ambas entradas. Las señales de entrada se cancelan obteniéndose a la salida una señal mínima. La principal característica del amplificador diferencial es la ganancia muy alta que se obtiene cuando se aplican señales opuestas en las entradas (terminal doble), en comparación con la ganancia tan baja que se obtiene de las entradas comunes (modo común).

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Con entrada diferencial La simetría del amplificador diferencial permite simplificar su análisis convirtiendo las tensiones de entrada en tensiones de entrada de modo común y modo diferencial. Además, estos conceptos están en consonancia con las aplicaciones típicas del amplificador operacional que se suele utilizar para amplificar la diferencia entre las dos señales de entrada. La tensión de entrada en modo diferencial (vid) y modo común (vic) se definen como

A su vez, estas tensiones vid y vic dan lugar a dos tensiones de salida, en modo diferencial (vod) y modo común (voc), definidas de una manera similar como:

Con la definición de las tensiones en modo diferencial y modo común, el amplificador diferencial tiene dos ganancias, una en modo diferencial (Ad) y otra en modo común (Ac) definidas como:

La aplicación de los estos conceptos permite transformar el circuito de la figura 6.1.a en el de la figura 6.2. Este nuevo circuito presenta unas propiedades de simetría que facilita su análisis mediante la aplicación del principio de superposición a las entradas en modo diferencial y común independientemente.

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Con entrada común Cuando se aplican las mismas señales a ambas entradas, se obtiene la operación en modo común, como se muestra en la figura 10.8. Idealmente, las dos entradas se amplifican de la misma manera, y puesto que producen señales de polaridad opuesta a la salida, estas señales se anulan y el resultado es una salida de 0 V. De hecho, se obtendrá una señal de salida pequeña.

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Conclusión En conclusión el circuito del amplificador diferencial es una conexión de muy grande aceptación y uso en unidades de circuitos integrados, que puede tener dos entradas ya sea de diferentes fuentes o de una sola, esta tiene diferentes arreglos de circuitos desde los mas complejos hasta los mas sencillos para hacer la “duplicación del voltaje proporcionado” su principal característica es la ganancia muy alta que se obtiene cuando se aplican señales opuestas en las entradas, en comparación con la ganancia tan baja que se obtiene de las entradas comunes.

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Referencias bibliográficas 

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Ruiz Robredo, G., 1958. Electrónica Básica Para Ingenieros . 1st ed. España: el propio autor, pp.21-44.

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Tenorio, I. N. G. Jorge. (s.f.). AMPLIFICADORES DE PEQUEÑA SEÑAL. Recuperado 3 abril, 2020, de Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Programa Académico Tecnología en Electrónica https://campusvirtual.univalle.edu.co/moodle/pluginfile.php/1252272/mod_resource/con tent/1/Clase%201-%20Amplificadores%20en%20peque%C3%B1a%20se%C3%B1al.pdf Análisis a pequeña señal del bjt. (s.f.). Recuperado 3 abril, 2020, de http://www.elo.jmc.utfsm.cl/sriquelme/apuntes/analisis%20pequena%20senal %20BJT/analisis%20pequena%20senal%20BJT.pdf Hernández, I. N. G. Miguel. (s.f.-b). Amplificadores de pequeña señal. Recuperado 3 abril, 2020, de https://sites.google.com/a/goumh.umh.es/circuitos-electronicosanalogicos/transparencias/tema-4 https://tallerelectronica.com/2018/01/04/configuraciones-basicas-de-amplificadoresoperacionales/ Brito Hernández, Arcenio. (2011, agosto). Conceptos de Electrónica. Dispositivos electrónicos y Análisis de circuitos. Recuperado 3 abril, 2020, de https://www.monografias.com/trabajos89/conceptos-electronica-teoriacircuitos/conceptos-electronica-teoria-circuitos3.shtml L. Boylestad, R., & Nashelsky, L. (2020). Electrónica: Teoría de Circuitos y Dispositivos Electrónicos (10th ed., pp. 597-621). México: Luis Miguel Cruz Castillo y Bernardino Gutiérrez Hernández.

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