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FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRICA

CURSO:

Circuitos electrónicos II

TRABAJO: Informe Final Nº2 TEMA:

Amplificador Diferencial

ALUMNO: VILCHEZ JESUS, Chris Michael 09190019 PROFESON: ING. CELSO GERÓNIMO

09 de Febrero del 2015

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL 1.-Objetivos: Experimentar las propiedades del amplificador diferencial.

2.- Cuesionario previo ¿Qué características diferencial?

resaltantes

ofrece

el

amplificador



Se puede utilizar este amplificador como un modo inversor (La salida esta desfasada 1800 con respecto a la entrada),o modo no inversor (la salida no tiene una desfase con respecto a la entrada), o modo diferencial cuando utiliza los dos modos anteriores.



Este amplificador contiene dos entradas y dos salidas, Las salidas están desfasadas una con respecto a la otra en una ángulo de 1800, o sea que una esta en fase con la entrada y la otra está desfasada 1800.



Una de las características más importantes es la simetría que tiene este circuito con respecto a los dos transistores, que hace que sus corrientes de colector sean iguales haciendo que las resistencias variables (re) también lo sean.



Se usa este amplificador para amplificar las señales en medios ruidosos, o sea el ruido es atenuado en este amplificador (Modo común, ganancia de voltaje pequeña) y la señal es amplificada (Modo diferencial, ganancia de voltaje es alta)

2.-Encontrar los puntos de reposo del amplificador diferencial a Experimentar (figura 3.a y 3.b) a) Con resistencia (figura 3.a): Hacemos el equivalente del circuito en corriente continua para la figura 3.a, donde las capacitancias se hacen circuito abierto:

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 formula es.

I B (1K )  VBE  I E (0.22 K  0.05K )  2 I E (4.7 K )  12v  0 IC I I (1K )  VBE  C (   1)(0.22 K  0.05 K )  2(   1) C (4.7 K )  12v  0    I C (0.01K )  0.7  I C (1.01)(0.27)  (9.494) I C  12 I C (0.01K )  0.7  I C (0.2727)  (9.494) I C  12 I C (0.01K  0.2727 K  9.194 K )  12v  0.7v I C (9.7767 K )  11.3 IC 

11.3 9.7767 K

I C  1.16mA

Para esta corriente de reposo el transistor tiene una resistencia dinámica que es: re 

26mV  22.41 1.16mA

También hallamos para el circuito el voltaje base 1 (B 1) que es igual al voltaje base 2 (B2): Vb1 

 I C (1K ) 

Vb1 

(1.16m)(1K ) 100

Vb1  0.0116v

También hallamos para el circuito el voltaje colector 1 (C 1) que es igual al voltaje colector 2 (C2): 12v  VC  I C (7.5 K )

12v  VC  (1.16m)(7.5 K ) 12v  VC  8.7 VC  12  8.7 VC  3.3v

También hallamos para el circuito el voltaje Emisor 1 (E 1) que es igual al voltaje emisor 2 (E2):

VE  ( 12)  I E (0.22 K  0.05 K )  2 I E (4.7 K ) VE  12  I E (0.27 K )  2 I E (4.7 K ) VE  12  I E (0.27 K  9.4 K ) VE  12  I E (9.67 K ) VE  12 

(   1) I C (9.67 K ) 

VE  12 

(101)(1.16m)(9.67 K ) 100

VE  12  11.24 VE  0.752

Con estos valores de voltaje tenemos que: VCE  VC  VE VCE  3.3  (0.752) VCE  3.3  0.752 VCE  4.052v

Nota: estos puntos de reposo de este amplificador son iguales para los dos transistores debido a la simetría del circuito. b) Con una fuente de corriente (figura 3.b): Hacemos el equivalente del circuito en corriente continua para la figura 3.b, donde las capacitancias se hacen circuito abierto:

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 formula es y considerando que el potenciómetro de 10k esta en su máximo valor: Hallamos para el circuito el voltaje base 2 (B 2), por un divisor de voltaje: Vb2 =

4.7k  ( 12v )  3.83v 10k  4.7k

Con este dato hallaremos el voltaje el en Emisor 2 (VE2): V E 2  Vb 2  0.7v  4.5v

Hallamos la corriente ICQ: I CQ 2 

VE  (12v ) 3.9k

I CQ 2 

4.5  12 3.9 K

I CQ 2  1.92 mA

La resistencia dinámica es:

re 2 

26mV IC

re 2 

26mV 1.92mA

re 2  13.54

También sabemos: Ic1 

Ic 2  0.96mA 2

Para el transistor 1 tenemos los siguientes puntos de reposo: El voltaje en el colector 1 es (Vc1): 12  VC1  (7.5k ) I C1 I C1  0.96mA

Vc1  12v  0.96mA  7.5k  4.8v

Para la base 1 tenemos el siguiente voltaje: VB1  (  I B )(1K ) VB1 

 I C1 (1K ) 

VB1 

0.96m(1K )  9.6mV 100

El voltaje en el emisor es: VE1  VB1  0.7 VE1  9.6mv  0.7v VE1  0.709

Para el voltaje colector emisor 1 tenemos:

VCE1  VC1  VE1 VCE1  4.8  (0.709) VCE1  5.509

Para el voltaje colector 2 tenemos: 12  VC 2  0.96(7.5K  0.22 K  0.05 K )  5.509 VC 2  12  0.96(7.5 K  0.22 K  0.05 K )  5.509 VC 2  0.9682v

El voltaje colector emisor es del transistor 2: para varios valores del potenciómetro de 10k tenemos: Consideramos la resistencia de potenciómetro como una variable (Vp) y hallamos el valor de la corriente en función de esta variable:

Ic Q 2 

 59.69  0.7v  R p 3.9k  ( R p  4.7k )

 3.07mA

Para RP = 10k tenemos, IcQ2 = 1.92 mA Para RP = 5k tenemos, IcQ2 = 1.39 mA Para RP = 0k tenemos, IcQ2 = -0.18 mA

Considerando que V1 y V2 son dos señales de la misma intensidad pero desfasadas una con respecto a la otra en 180 0, encontrar (circuitos experimentales) Ad, Ac, Vo, Zi, Zo y CMRR. a) Haciendo el análisis en modo común del circuito: El equivalente del circuito en c.a. es haciendo las fuentes de voltaje continua igual a cero y los capacitares iguales a corto circuito, y también vemos que el voltaje de salida es igual en las dos salidas:

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     Ib1  7.5k

También hallamos el voltaje de entrada entre la base y tierra: Vi  Ib1   re  Ib1   0.27k  2 Ib1   4.7k

Por lo tanto hallaremos la ganancia en modo común del amplificador diferencial del experimento: AC 

 Ib1   7.5k Ib1   re  Ib1   (0.27k  9.4k )

AC  0.773

También hallaremos el análisis de la impedancia de entrada (teniendo en cuenta como 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  1k //(   re    0.27k  2   4.7k )

Z i  0.99k

La impedancia de salida del circuito es: Z 0  RC 1  7.5k Ω

b) Haciendo el análisis en modo diferencial del circuito: El equivalente del circuito en c.a. es haciendo las fuentes de voltaje continuo 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 1800:

Vemos que en modo común se utiliza dos fuentes de corriente desfasadas 1800 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  Ib1   re  Ib1   0.27k  2 Ib1 ( 4.7k // 0.27k  0.9(1   )  re )

Hallamos el voltaje de salida del circuito es (colector y tierra): V0    Ie 2  7.5k

Hallaremos el voltaje de salida en función de las corrientes de entrada, entonces la corriente Ie2 es igual a: I e2 

Ib1  4.7k 22.41k 4.7k  0.27k   0.9  (1   ) 1000

V 0    7.5k 

Resolviendo:

Ib1  4.7k 22.41k 4.7k  0.27k   0.9  (1   ) 1000

V0  7.02    Ib1

Por lo tanto hallaremos la ganancia en modo diferencial del amplificador diferencial del experimento: Ad1 

7.02    Ib Ib1  re  Ib1  0.27k  2 Ib1 ( 4.7k // 0.27k  0.9(1   )  re )

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 como ve el circuito con respecto a la corriente de base):

Z i  1k //(   re    0.27k    ( 4.7k //(0.27k  22.41  0.9  (1   )) Z i  0.995k Ω

La impedancia de salida del circuito es: Z 0  RC 2  7.5k Ω

La relación de rechazo en modo común es: RRMC 

Ad  31.84 AC

¿qué ventajas se obtiene al utilizar una fuente de corriente en lugar de la resistencia de emisor? Las ventajas de utilizar una fuente de corriente es relacionado a la gran impedancia que esta tiene haciendo que:  En modo común reduzca la ganancia de voltaje: AC 

 Ib1   7.5k Ib1   re  Ib1   (0.27k  2 r0 )

Debido a que la resistencia equivalente r 0 es grande la ganancia en modo común es pequeña.  En modo diferencial aumenta la ganancia de voltaje: Ad1 

7.02    Ib Ib1  re  Ib1  0.27k  2 Ib1 ( r0 // 0.27k  0.9(1   )  re )

Cuando r0 está en paralelo con una resistencia pequeña no afectando pero aumentando el voltaje de salida.  La relación de rechazo en modo común aumenta por lo ya mencionado anteriormente.  Se puede mejorar la estabilidad del circuito.

3.-MATERIALES.1 ORC 1 Multimetro Digital 1 Generador de Señales A.F 1 Protoboard Cables de Conexión

1 Fuente DC 1 Transformador con toma central 2 Transistores: 2N2222 9 Resistores (1/4 W): 2(7.5 K), 2 (4.7 K), 2(10 K), 2(1K), 2 (220 ohm), (3.9 K) 2 Potenciómetros: 100ohm. 10 K 2Condensadores: 22 uF (10 V) 4.-PROCEDIMIENTOS: a. Sin aplicar señal calibrar P1 de tal manera de obtener para ambos transistores los mismos puntos de operación:

b. Aplicar señal hasta obtener la máxima señal de salida sin distorsión (2KHz) y dibujar en la fase correcta las siguientes formas de ondas:

CASO I

MODO DIFERENCIAL

V1= +V

v2= -V

Vb1 = 59.51 mV rms

Vc1 = 1.1 V rms

Ve1 = 54.63 mV rms

Vb2 = 60.51 mV rms

MODO COMÚN

Ve2 = 55.13 mV rms

V1= +V

Vc2 = 915 mV rms

v2= +V

Vb1 = 61.51 mV rms

Vc1 = 49.12 mV rms

Ve1 = 63.63 mV rms

Vb2 = 62.51 mV rms

Ve2 = 62.33 mV rms

Vc2 = 49.65 mV rms

a. Cambie la resistencia Re de 4.7k a 12k y complete la tabla:  Al medir dicha resistencia nos dio el valor de Re = 11.95k Ω

CASO II

Vb1 = 62.51 mV rms

Vc1 = 1.3 V rms

Ve1 = 50.83 mV rms

Vb2 = 61.51 mV rms

MODO COMÚN

V1= +V

Ve2 = 49.93 mV rms

Vc2 ≈ 1 V

v2= +V

Vb1 = 64.11 mV rms

Vc1 = 19.66 mV rms

Ve1 = 63.73 mV rms

Vb2 = 63.81 mV rms

Ve2 = 62.93 mV rms

Vc2 = 18.95 mV rms

a. Cambie la resistencia Re por la fuente de corriente (fig. 4.2) y calibre hasta encontrar el mismo punto de operación para ambos transistores. Comente la tabla anterior:  Aclaración: La resistencia de 3.9k midió en realidad 3.8k CASO III

MODO DIFERENCIAL

V1= +V

v2= -V

Vb1 = 62.55 mV rms

Vc1 = 1.38 V rms

Ve1 = 56.53 mV rms

Vb2 = 61.81 mV rms

Ve2 = 55.93 mV rms

Vc2 ≈ 1.3 V rms

MODO COMÚN

V1= +V

v2= +V

Vb1 = 64.19 mV rms Vc1 = 112 uV rms

Ve1 = 64.73 mV rms

Vb2 = 63.91 mV rms

Ve2 = 63.93 mV rms

Vc2 = 111.26 uV rms

GANANCIA DIFERENCIAL

GANANCIA COMÚN

CMRR

Zi

1.1v  1.67 659mv

49.12mv  0.075 659mv

1.67  22.26 0.075

Zi  11k

Para el Caso II con la resistencia Re = 12kΩ:

GANANCIA DIFERENCIAL

GANANCIA COMÚN

CMRR

Zi

1.3v  1.97 659mv

19.66mv  0.029 659mv

1.97  67.93 0.029

Zi  10.2k

 Para el Caso III con la fuente de corriente:

GANANCIA DIFERENCIAL

GANANCIA COMÚN

1.38v  2.09 659mv

112 v  0.000169 659mv

CMRR

2.09  13062..5 0.00016

Zi

Zi  10.15k

5.-CUESTIONARIO FINAL

1.-Mostrar las tablas debidamente llenadas. Las tablas se han llenado en los cuadros anteriores. 2.- Para cada uno de los casos encontrar: A d, Ac, Zi, CRM, Comente: CASO I: (RE = 4.7 K) a) Modo Diferencial :

b) Modo Común :

Ad 

V0 Vi

Ad 

125mV  0.14 0.9V

Ac 

V0 Vi

Ac 

40mV  0.045 0.9V

c) Relación de rechazo Modo Común (CMR): CMR 

Ad Ac

CMR 

0.14  3.11 0.045

CASO II: (RE = 12 K) a) Modo Diferencial : Ad 

V0 Vi

Ad 

115 mV  0.013 0.9V

b) Modo Común : Ac 

V0 Vi

Ac 

30mV  0.03 0.9V

c) Relación de rechazo Modo Común (CMR): CMR 

Ad Ac

CMR 

0.013  0.43 0.03

CASO III: (Fuente de Corriente) a) Modo Diferencial :

b) Modo Común :

Ad 

V0 Vi

Ad 

0.13V  0.1625 0.8V

Ac 

V0 Vi

Ac 

70mV  0.0175 0.8V

c) Relación de rechazo Modo Común (CMR): CMR 

Ad Ac

CMR 

0.1625V  0.13 0.0175V

Comentario: Se puede ver que a medida que se aumente la RE, la Ganancia en modo Común se reduce, y por tanto la CMR aumente y eso es lo que se quiere para nuestro amplificador diferencial; y cuando se trabajo con una fuente corriente la Agencian en modo común fue menor y por tanto CMR fue mucho mayor, eso es lo quiere cuando tenemos un amplificador diferencial, que la CMR sea mucho mayor; esto impedirá que entre menos ruido a nuestro amplificador diferencial. 3.-Dibuje algunos esquemas prácticos en donde se encuentre puede ser utilizado un amplificador diferencial. Entrada a un Amplificador Operacional

Amplificador con Ganancia Controlada por Tensión

CONCLUSIONES - El Amplificador Diferencial, trabaja siempre y cuando los

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transistores tengan el mismo punto de operación, esto quiere decir que los transistores deben tener el mismo VCEQ y ICQ, al tener estos valores iguales nuestro amplificador estará operando correctamente. Se debe tener cuando trabajemos con el amplificador, ya que tiene dos modos de operación, uno en modo común (V1=V2=V), y la otra en modo diferencial (V1 = +V; V2= -V) para el modo diferencial se uso un divisor de voltaje para q las ondas salgan desfasadas 180 ª. El amplificador demostró tener una gran ganancia cuando se aplica señales opuestas a las entradas, en comparación con la pequeña ganancia resultante a las entradas comunes. Se pudo observar que a medida que aumentábamos RE, la ganancia en modo común disminuía y por ende la CMR aumentaba; por ello cuando se reemplazo la RE por una fuente de corriente (tiene una impedancia bien grande), la ganancia en modo Común disminuyo considerablemente y la CMR fue mayor; esto es importante ya que es la que impide que entren ruidos a nuestros circuitos.