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• Vladimir Gonzales Taipe

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EXPERIENCIA N°3 AMPLIFICADOR DIFERENCIAL I.

OBJETIVOS 

II.

Experimentar las propiedades del amplificador diferencial.

MARCO TEÓRICO

El amplificador diferencial es un amplificador versátil que sirve como etapa de Entrada para la mayoría de amplificadores operacionales. El esquema del circuito indica que tiene dos entradas y tres salidas, este circuito es utilizado para amplificar la diferencia de voltaje entre dos señales de entrada.

Como el amplificador diferencial se utiliza comúnmente para amplificar la diferencia entre dos señales de entrada, es adecuado expresar las entradas como sigue: *Tensión de entrada de modo diferencial: v d=v 2−v1

*Tensión de entrada en modo común: v a=

v 2 +v 1 2

Finalmente se obtiene: v 2=v a +

vd 2

v1 =v a −

vd 2

1. Encontrar los puntos de reposo de los amplificadores que se muestran en las figuras 3.1 y 3.2. Para el primer circuito:

Para el amplificador diferencial es apropiado partir del análisis del punto Q suponiendo que la entrada en modo diferencial es cero. Esto se obtiene haciendo que las dos entradas sean iguales, entonces tenemos va=v1=v2, gracias a la simetría del circuito, podemos separar los emisores, intercalando una resistencia 2Re en cada rama de emisor. Aplicando la segunda ley de Kirchhoff al circuito original, la tensión de emisor no cambia.

Circuito equivalente para cualquiera de los transistores Q1 y Q2. Para el transistor Q1. V EE=Rb I b+ V BE 1 +250 I E 1 +2∗4.7 K I E

12=1 k I b +0.7+(250+9.4 k) I E 1 Pero: I E 1= β I b 12=1 k I b +0.7+(9650)100 I b 11.3=( 965000+1000) I b I b=11.698 uA I c =1.169 mA I e =1.181 mA Para la otra malla:

V CC =Rc I c +V CE1 +250 I E 1 +2∗4.7 K I E−V EE 12=1 k∗1.169 mA +V CE1 +250∗1.181 mA +2∗4.7 K∗1.181 mA −12 24=1.169+V CE 1+11.397 V CE 1=11.434 V

Por lo tanto, al ser los mismos transistores presentaran el mismo punto Q. * Para el segundo circuito.

*Su circuito equivalente es:

Nos concentraremos en la fuente de corriente:

Haciendo divisor de tension: V B 3=

−R 11 −4.7 K V EE = 12=−3.972V R 11 + R12 ( 4.7+9.5 ) K

V B 3=V BE + I E 3 R E−V EE I E3=

V B 3+ V EE −V BE RE

I E3=

12−3.972−0.7 =0.823mA 8.9 K

Aproximando I C 3 ≈ I E 3

I C 3=0.823 mA Como I C 3=0.823 mA y I C 3=2 I E 1=0.823 mA Entonces: I E 1=0.412mA I C 1=0.412 mA

V C 3=I C 3 1 K−12 V C 3=0.839 mA∗1 K−12 V C 3=−11.161 V

11.161

Para el transistor Q1. *LVK en la entrada, considerando la I B ≈ 0 A V BE + 270∗I E 1 + 4.7 K∗I E −V EE=0 V BE + 270∗I E 1 + 4.7 K∗2 I E 1−V EE=0 I E 1=

V EE−V BE 11.161−0.7 = =1.081 mA 270+2∗4700 270+2∗4700

Entonces la I B=7.78uA *LVK en la malla de la salida. 12−(−11.161 )=1 k∗I C 1 +V CE1 + ( 220+50 )∗I E 1 + 4700∗I E V CE 1=23.161−( 220+50+1 k +2∗4700 )∗I E 1 V CE 1=23.161−( 220+50+1 k +2∗4700 )∗1.081 mA V CE 1=11.626 V

3. Considerando que v1 y v2 son dos señales de la misma magnitud, pero desfasadas una con respecto a la otra 180°, encontrar la ganancia en modo común ganancia en modo diferencial y el valor de la cmrr en las figuras 3.1 y 3.2. a) Haciendo el análisis en modo común del circuito:

Vemos que en modo común se utiliza a una sola fuente para las dos entradas que reciben una corriente base de la misma magnitud. Hallamos el voltaje de salida del circuito es (colector y tierra):

V 0 =−β×Ib 1 ×7. 5 k

También hallamos el voltaje de entrada entre la base y tierra:

Vi=Ib 1 β×r e +Ib1 β×0. 27 k +2 Ib 1 β×4 .7 k

Por lo tanto, hallaremos la ganancia en modo común del amplificador diferencial del experimento: −Ib 1 β×7 . 5 k A C= Ib1 β ×r e + Ib 1 β×(0 . 27 k +9 . 4 k )

A C =−0.773 También hallaremos el análisis de la impedancia de entrada (teniendo en cuenta cómo ve el circuito con respecto a la corriente de base):

Y también vemos que por la simetría del circuito solo se analiza uno de las partes, entonces la impedancia de entrada es:

Z i =1 k // ( β×r e +β ×0 .27 k+2 β×4 . 7 k )

Z i =0 . 99 k La impedancia de salida del circuito es:

Z 0 =RC 1 =7 .5 k Ω

b)

Haciendo el análisis en modo diferencial del circuito:

El equivalente del circuito en c.a. es haciendo las fuentes de voltaje continúo igual a cero y los capacitares iguales a corto circuito, y también vemos que el voltaje de salida es igual en las dos salidas, pero desfasadas en 180°:

Vemos que en modo común se utiliza dos fuentes de corriente desfasadas 180° pero para el análisis usaremos solo una fuente para la base 1 y la base se pone a tierra, por lo tanto, la ganancia a modo diferencial la ganancia de una fuente se le suma la ganancia de la otra fuente (superposición). También hallamos el voltaje de entrada entre la base y tierra:

Vi=Ib 1 β×r e + Ib1 β×0. 27 k + 2 Ib 1 ( 4 .7 k // 0. 27 k + 0. 9( 1−α )+r e ) Hallamos el voltaje de salida del circuito es (colector y tierra):

V 0 =α×Ie 2 ×7 . 5 k

Hallaremos el voltaje de salida en función de las corrientes de entrada, entonces la corriente Ie2 es igual a: β Ib 1 ×4 .7 k I e 2= 22. 41 k Ω 4 .7 k +0 .27 k + + 0. 9×(1−α ) 1000

V 0 =α×7 . 5 k×

Resolviendo:

β Ib 1 ×4 . 7 k 4 . 7 k +0. 27 k +

22. 41 k Ω +0 . 9×(1−α ) 1000

V 0 =7 . 02× β× Ib 1

Por lo tanto, hallaremos la ganancia en modo diferencial del amplificador diferencial del experimento: 7 . 02×β×Ib Ad 1 = Ib 1 β×r e +Ib1 β×0. 27 k +2 Ib 1 ( 4 .7 k // 0. 27 k +0. 9(1−α )+r e )

Ad 1 =−12 .31 La ganancia total en modo diferencial sería: Ad = 2Ad1 = 24.62 También haremos el análisis de la impedancia de entrada (teniendo en cuenta cómo ve el circuito con respecto a la corriente de base):

Z i =1 k // ( β×r e +β ×0 .27 k+ β×( 4 .7 k // (0 . 27 k +22 . 41Ω+0 . 9×(1−α ))

Z i =0 . 995 k La impedancia de salida del circuito es:

Z 0 =RC 2 =7 .5 k

La relación de rechazo en modo común es:

RRMC= III.

Ad =−31 . 84 AC

PROCEDIMIENTO 1. Mediante simulación, determine el punto de reposo de los transistores, considerando el caso ideal de que la perilla del potenciómetro se encuentre ubicado en la posición central. Complete los cambios correspondientes de la tabla 3.1.

2. Implemente el circuito de la figura 3.1

3. Sin aplicar señal, calibrar el potenciómetro de tal manera que se obtenga para ambos transistores los mismos puntos de operación. Complete la tabla 3.1 con los valores de V CE e I CQ medidos.

Tabla 3.1 V CE (V ) Valor Calculad o Valor simulado

I CQ ( mA)

11.53

0.821

11.746

0.718

4. Aplicar una señal hasta obtener la máxima señal de salida sin distorsión (2KHz). Registre la tabla 3.1 el valor pico de la señal V 1. Dibujar en la fase correcta las siguientes formas de onda: Modo diferencial: V1=+V V2=-V Vb1

Ve1

Vc1

Vb2

Ve2

Vc2

Modo común V1= V2= V Vb1

Ve1

Vc1

Vb2

Ve2

Vc2

5. Cambie la resistencia R Ede 4.7KΩ y complétela tabla 3.2. De ser necesario modifique la amplitud de salida del generador, V 1, de tal manera que la señal de salida no distorsione.

Tabla 3.1 V CE (V ) Valor simulado

11.452

I CQ ( mA) 1.169

6. Cambie la resistencia R E por la fuente de corriente, tal como es mostrado en la figura 3.2, y calibre el potenciómetro hasta

encontrar el mismo punto de operación para ambos transistores. De ser necesario modifique la amplitud de salida del generador, V 1,de tal manera que la señal de salida no se distorsione. Complete la tabla 3.3

Valor simulado Modo diferencial Vb1

V CE (V )

I CQ ( mA)

10.485

0.025

Ve1

Vc1

IV.

CONCLUSIONES:  Se pudo comprobar que el amplificador diferencial en modo común no amplifica la señal de entrada.

 Se pudo comprobar que el amplificador diferencial en modo diferencial, amplifica la señal en un factor que proviene de la diferencia de voltajes de las señales de entrada.

V.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS



https://www.fceia.unr.edu.ar/eca1/files/teorias/AD-2010.pdf



https://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_diferencial



http://mrelbernitutoriales.com/amplificador-diferencial/



https://unicrom.com/amplificador-diferencial/



https://www.ecured.cu/Amplificador_diferencial

V1 C1 33µF

5V

R3 110kΩ

R1 3.6kΩ

Q1 2N2222A

1µF

Q2 2N2222A

R4 47Ω

R7 47Ω

C3 V3 100µF 200mVrms 1MHz 0°

C5 68µF

C2 V2 10mVrms 160KHz 0°

R2 3.6kΩ

Q3 2N2222A

R5 10kΩ

C6 33µF

R6 5kΩ 60 % Key=A

V4 5V

R8 5kΩ