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Laboratorio Nº 5: Amplificador Diferencial Grupo: 1 Subgrupo: 02
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Laboratorio Nº 5: Amplificador Diferencial Grupo: 1 Subgrupo: 02< Análisis DC

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Ganancia en modo común:

12 − 0.7 𝑉𝐸 = 𝑉𝐵 − 𝑉𝐵𝐸 = −0,7𝑉 𝐼𝐸𝐸 = = 1.027𝑚𝐴 11𝐾Ω 𝐼𝐸𝐸 𝐼𝐸 ≈ 𝐼𝐶 = = 0.514𝑚𝐴 2 𝑉𝐶 = 12𝑉 − (0.514𝑚𝐴)(10𝐾Ω) = 6.86𝑉 𝑉𝐶𝐸 = 6.86𝑉 + 0.7𝑉 = 7.56𝑉 Después se realiza en análisis al encender el generado de señal en el primer transistor de 20mvp a 1KHZ y aterrizar la base del segundo transistor a tierra.

ℎ𝑓𝑒(𝑅𝐶) = ℎ𝑖𝑒 + 2(ℎ𝑓𝑒 + 1)𝑅𝐸 212(10𝐾Ω) = 0.4514 10.26𝐾Ω + 2(212 + 1)11𝐾Ω 𝐴𝑉𝑐 =

Rechazo en modo común: |𝐴𝑉𝑑| 102.8 𝑅𝑅𝑀𝐶 = 20 log ( )= = 47.14𝑑𝐵 |𝐴𝑉𝑐| 0.4514

Análisis AC Se realizan las siguientes suposiciones a través del modelo aproximado de parámetros híbridos: ℎ𝑒𝑜 ≈ ∞ ℎ𝑟𝑒 ≈ 0 ℎ𝑓𝑒1 ≈ 𝛽1 = 211 ℎ𝑓𝑒2 ≈ 𝛽2 = 212 0.514𝑚𝐴 = 2.436µ𝐴 211 𝑉𝑇 𝑉𝑇 ℎ𝑖𝑒 ≈ = 10.26𝐾Ω ℎ𝑖𝑏 ≈ = 48.638Ω 2.436µ𝐴 0.514𝑚𝐴 𝐼𝐵 =

Ganancia en modo diferencial: 𝐴𝑉𝑑 =

𝑅𝐶 10𝐾Ω = = 102.8 2𝑟𝑒 48.638Ω(2) Figura 8: Simulación circuito 2

La salida 1 debe presentar un desfase de 180° 𝑉𝑜1 = 102.8(𝑣𝑖) = −2.056𝑉 𝑉𝑜2 = 102.8(𝑣𝑖) = 2.056𝑉 𝑉𝑜1 = −102.8 𝑉1

𝑉𝑜2 = 102.8 𝑉1

𝑉𝑜1 − 𝑉𝑜2 = −205.6 𝑉1 Del mismo modo al encender el generador de señal del transistor 2 y aterrizar a tierra el 1 se obtienen los mismos valores, con la diferencia que en este caso la salida 2 será quien presente el desfase de 180° 𝑉𝑜1 = 102.8(𝑣𝑖) = 2.056𝑉 𝑉𝑜2 = 102.8(𝑣𝑖) = −2.056𝑉

Al igual que en la anterior configuración, primero se calculan los voltajes de polarización del amplificador sin ninguna señal de entrada.

Análisis DC 12 − 0.7 𝑉𝐸 = 𝑉𝐵 − 𝑉𝐵𝐸 = −0,7𝑉 𝐼𝐸𝐸 = = 1.027𝑚𝐴 11𝐾Ω 𝐼𝐸𝐸 𝐼𝐸 ≈ 𝐼𝐶 = = 0.514𝑚𝐴 2 𝑉𝐶 = 12𝑉 − (0.514𝑚𝐴)(10𝐾Ω) = 6.86𝑉 𝑉𝐶𝐸 = 6.86𝑉 + 0.7𝑉 = 7.56𝑉 Después se realiza en análisis al encender el generado de señalen en el primer transistor de 20mvp a 1KHZ y aterrizar la base del segundo transistor a tierra. Análisis AC ℎ𝑒𝑜 ≈ 200𝐾Ω

𝑉𝑜1 = 102.8 𝑉2

𝑉𝑜2 = −102.8 𝑉2

𝑉𝑜1 − 𝑉𝑜2 = 205.6 𝑉2

ℎ𝑟𝑒 ≈ 0

ℎ𝑓𝑒1 ≈ 𝛽1 = 211 ℎ𝑓𝑒2 ≈ 𝛽2 = 212 0.514𝑚𝐴 = 2.436µ𝐴 211 𝑉𝑇 𝑉𝑇 ℎ𝑖𝑒 ≈ = 10.26𝐾Ω ℎ𝑖𝑏 ≈ = 48.638Ω 2.436µ𝐴 0.514𝑚𝐴 𝐼𝐵 =

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Laboratorio Nº 5: Amplificador Diferencial Grupo: 1 Subgrupo: 02< Amplificador Diferencial Fuente de Básico corriente constante Vo1 -1,88Vp -1.11 Vp Vo2 1.9Vp 1.1 Vp Vo1/V1 -94 -55.5 Vo2/V1 95 55 (Vo1-Vo2)/V1 -189 -110.5 RRMC 39.46𝑑𝐵 40.9𝑑𝐵 Tabla 3: Mediciones de ganancia (V2=0) Amplificador Diferencial Fuente de corriente constante Vo1 -1,88Vp -1.11 Vp Vo2 1.9Vp 1.1 Vp Vo1/V2 94 55.5 Vo2/V2 -95 -55 (Vo1-Vo2)/V2 189 110.5 RRMC 39.46𝑑𝐵 40.9𝑑𝐵 Tabla 4: Mediciones de ganancia (V1=0) Básico

Al finalizar las mediciones se evaluaron las diferencias existentes entre los datos medidos con los datos calculados y simulados para determinar las causas que ocasionaron estos cambios. V. ANALISIS DE RESULTADOS Amplificador diferencial básico: - Al realizar un contraste con los datos medidos y calculados existe un grado de concordancia, obteniéndose datos similares con un error menor al 5% en los valores de polarización, las fuentes de error que generaron la diferencia son en principio por tolerancias resistivas y en mayor medida por las características de los transistores que al ser dispositivos discretos incluso si son de la misma referencia presentan diferencias en sus parámetros que pueden llegar a ser evidentes como la ganancia hasta otras cuestiones más complicadas como sus impedancias, puntos de operación o efectos en su fabricación. - Del mismo modo se debe precisar que al no considerar el efecto de parámetros del transistor como heo o utilizar un modelo aproximado de hie y hfe en los cálculos se genera una diferencia significativa puesto que los transistores en la práctica actúan acorde a estos parámetros que describen su funcionamiento y los cambios en consideración de los voltajes y las corrientes a los que estén sometidos. - En cuanto al amplificador diferencial se evidencio su modo de operación y las características propias descritas en la teoría, entre las consideraciones más importantes se encuentra el desfase que se genera en correlación con la fuente, de modo que se puede obtener dos señales muy similares con un desfase entre ellas de 180°.

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- Al comparar los voltajes de salida medidos con los datos calculados se obtuvieron resultados similares, pero en el caso de la simulación existe una diferencia importante, esto se debe principalmente al modelo que utiliza el simulador para los transistores que aunque sean de la misma referencia tienen características distintas que afectan el funcionamiento del amplificador diferencial, además de que en el simulador si se consideran los parámetros y el modelo es muy aproximado, en comparación con los cálculos. Amplificador diferencial con espejo de corriente - En esta configuración es realmente crucial conocer el hoe del transistor puesto que este es el motivo por el cual se utiliza dicha configuración, su efecto es reducir significativamente el valor de la ganancia común del amplificador diferencial además de permitir trabajar con corrientes realmente bajas, necesarias dada la alta ganancia de un amplificador operacional. -Al utilizar esta configuración se obtiene una mejor proporción en el rechazo en modo común gracias a la impedancia alta que constituye una fuente de corriente. - En la simulación se evidencia una distorsión ocasionada por que uno de los transistores no estaba en zona de corriente constante, si bien en la práctica no se evidencio estos inconvenientes, lo que si se percibió es una baja ganancia que pudo ser por no considerar otros parámetros o por la diferencia entre las características de los transistores. -Uno de los problemas que presenta esta configuración es la poca excursión de salida que se puede conseguir, para solucionar estos inconvenientes se pueden colocar resistencias en el emisor, aunque esto afecta considerablemente a la ganancia diferencial. - Un factor que puede mejorar aún más esta configuración seria la inclusión de una carga activa en vez de resistencias en el colector ya que proporciona una mayor ganancia en modo diferencial permitiendo impedancias altísimas, aunque es necesario del mismo modo considerar la admitancia (hoe) de los transistores empleados.

VI. CONCLUSIONES -Al utilizarse dispositivos discretos se pudo determinar que es necesario una excelente precisión en los distintos parámetros del dispositivo que requieren el uso de circuitos integrados para obtener un amplificador diferencial eficaz. - El amplificador diferencial con fuente de corriente constante contiene mayores ventajas que el amplificador diferencial básico dada su ganancia común mucho menor, y que por ende causa un valor de rechazo común mayor comprobado. - Dado la importancia de los espejos de corriente y también de utilizar cargas activas para mejorar el diseño del amplificador diferencial es necesario considerar los efectos de los parámetros h u otros modelos más eficaces que permitan diseñar y calcular

> Laboratorio Nº 5: Amplificador Diferencial Grupo: 1 Subgrupo: 02< de manera más óptima en comparación con los modelos aproximados más simples. -Para mejorar aún más el desempeño de un amplificador diferencial es necesario hacer uso de cargas activas, ya sea con espejo de corrientes o con otras técnicas que permitan impedancias altísimas a través de la implementación de transistores. REFERENCIAS [1] K. C. S. Adel S. Sedra, «Amplificador diferencial,» de Circuitos microelectronicos , México, Oxford, 2002, pp. 487-504. [2] L. N. Robert L. Boylestad, «Circuito del amplificador diferencial,» de Teoría de circuitos y dsipositivos electrónicos, México, Pearson, 2009, pp. 597-604. [3] R. Savant, «Amplificadores de diferencia,» de Diseño electronico: Circuitos y sistemas, Addison-Wesley Iberoamerica, pp. 303-313. [4] G. A. R. Robredo, «Amplificador diferencial,» de Electronica basica para ingenieros, España, 2001, pp. 101-109.

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