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UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS LABORATORIO ELECTRÓNICA II Grupo 1 Martha Aurora González Jaramillo Miguel Angel Sastoque Caro César Aníbal Echeverry Moreno

20101005061 20101005072 20101005059

Profesor: José Hugo Castellanos AMPLIFICADOR DIFERENCIAL 1.

2.

OBJETIVOS  Analizar el funcionamiento de un amplificador diferencial teniendo en cuenta las ganancias diferenciales y de modo común.  Observar los efectos de polarizar por medio de un espejo de corriente un amplificador diferencial.  Identificar el efecto que produce introducir una carga activa al amplificador diferencial.  Reconocer la importancia de utilizar transistores de un mismo circuito integrado para implementar un amplificador diferencial con espejo de corriente y cargas activas. MARCO TEÓRICO

El amplificador diferencial constituye la etapa de entrada más típica de la mayoría de los amplificadores operacionales y comparadores, siendo además el elemento básico de las puertas digitales de la familia lógica ECL. Uno de sus aspectos más importantes es su simetría, por ello, los transistores Q1 y Q2 deben ser idénticos, lo cual un circuito integrado (ca3086) nos proporciona.

Figura 1.Amplificador diferencial básico y recta de carga

La ganancia en tensión en modo diferencial de este amplificador es

Figura 2. Modelo a pequeña señal Amplificador diferencial La ganancia en modo común debido a una resistencia equivalente de 2RE:

Figura 3. Modelo pequeña señal modo común Un amplificador diferencial ideal tiene una tensión de salida proporcional a vid y no depende del componente en modo común (Ac=0). En la práctica no sucede así y para medir esa desviación se introduce el concepto de relación de rechazo en modo común CMRR y se define como la relación entre la ganancia en modo diferencial y modo común: CMRR= (Ad/Ac) Para obtener un CMRR elevado, una alternativa que se utiliza en la práctica consiste en sustituir la resistencia RE por una fuente de corriente, ya que esta presenta una impedancia interna muy alta. Así mismo, cuando hay un incremento de corriente en un transistor, se origina una disminución de corriente en la misma proporción en el otro transistor

Figura 4. Amplificador diferencial con carga activa y curva característica

3. DISEÑO Para un VCC=24v y un ICQ=0,5 mA Características CA3086

tomadas del datasheet

hfe:100

Circuito: Amplificador Diferencial Basico

Amplificador Diferencial Con Espejo de Corriente VCC 12V

VCC 12V

R27 16kΩ

R26 16kΩ

R22 16kΩ

R23 16kΩ

R28 660kΩ

Q14 2N2222*

Q13

Q11

Q12

VCC 12V

R24 660kΩ

2N2222* R25 660kΩ

2N2222*

R30 22.2kΩ

R29 660kΩ

2N2222* Q16

Q15

R21 8kΩ 2N2222* 2N2222*

VEE -12V

VEE -12V

C7 10µF

Amplificador Diferencial en el integrado LM723 VCC 12V

Q18

Q17

Q10

Q9

2N3906

2N3906

2N3906

2N3906 R1

VEE -12V

VEE

R2 22.2kΩ

22.2kΩ

R3 660kΩ

Q1

Q2 2N2222*

VCC

R4 660kΩ

2N2222* 12V

R5 22.2kΩ

Q8

Q7

2N2222*

2N2222*

3. SIMULACIÓN Circuito Desbalanceado

Circuito Balanceado

VEE -12V

C5 10µF

-12V

4. DESARROLLO PRÁCTICA a) Verificar la conexión de los instrumentos de trabajo de laboratorio y montar los circuitos correspondientes en protoboard, con el uso del integrado ca3086, transistores y resistencias, con condiciones (Icq=0.5ma y v=24v) y verificar correcta polarización b) Aplicar vi=vpsenwt a base 1, con base 2 a tierra AC (Utilizar un condensador) Obtener Ad Ad Desbalanceada Ad Balanceada Vi (V) Vo1 (V) Vo2 (V) Medida Teórica Medida Teórica Medida Teór Av1 Av1 Error Av2 Av2 Error Error 0,096 -2,64 2,86 -27,50 -131,99 79,17 29,79 131,99 77,43 -57,29 -263,98 78,30

c) Aplicar en ambas entradas vi=vpsenwt. Obtener Ac y el CMRR Ac Desbalanceada Ac Balanceada Vi (V) Vo1 (V) Vo2 (V) Medida Teórica Medida Teórica Medida Teór Av1 Av1 Error Av2 Av2 Error Error 2,2 -1,88 -1,92 -0,85 -0,85 0,42 -0,87 -0,85 2,55 -1,73 -1,70 1,48

CMRR medido teorico error 33,169 155,100 78,615 d) Cambiar Re por una fuente de corriente constante (utilizar espejo de corriente básico) para las mismas condiciones del paso 1. Repetir pasos 2 y 3. Con estos resultados comparar los CMRR

Ad Desbalanceada Ad Balanceada Vi (V) Vo1 (V) Vo2 (V) Medida Teórica Medida Teórica Medida Teór Av1 Av1 Error Av2 Av2 Error Error 0,148 -4,56 4,12 -30,81 -131,99 76,66 27,84 131,99 78,91 -58,65 -263,98 77,78 Ac Desbalanceada Ac Balanceada Vi (V) Vo1 (V) Vo2 (V) Medida Teórica Medida Teórica Medida Teór Av1 Av1 Error Av2 Av2 Error Error 5,68 -1,6 -1,64 -0,28 -0,06 340,14 -0,29 -0,06 351,14 -0,57 -0,13 345,64

CMRR medido teorico error 102,82 2062,34 95,01 medido factor relacion

3,10

teorico 13,30

e) Cambiar Rc por una carga activa, utilizando espejo de corriente ( usando transistores PNP con características similares a los del arreglo CA3086), obtener la Ad y comparar con la obtenida en paso 2, comentar y concluir Vi (V) Vo1 (V) Vo2 (V) 0,086 -3,91

3,84

Vi (V) Vo1 (V) Vo2 (V) 3,65

-1,74

f)

-1,65

Ad Desbalanceada Ad Balanceada Teórica Medida Teórica Medida Av1 Medida Teór Av1 Error Av2 Av2 Error Error -45,47 -273,41 83,37 44,65 273,40 83,67 -90,12 -546,82

83,52

Ac Desbalanceada Ac Balanceada Teórica Medida Teórica Medida Av1 Medida Teór Av1 Error Av2 Av2 Error Error -0,48 -0,13 261,15 -0,45 -0,13 242,47 -0,93 -0,26

251,81

Utilizando un amplificador diferencial constitutivo de un mismo microcircuito (circuito integrado LM723), obtener Ac, Ad y el CMRR (vcc=+/- 12 v) y comparar con lo obtenido en el paso 5, ¿cual muestra mejores resultados? Explicar

Vi (V) Vo1 (V) Vo2 (V) 0,056 Vi (V) 5,32

-8

7,76

Vo1 (V) Vo2 (V) -0,34

-0,34

Ad Desbalanceada

Ad Balanceada

Medida Av1 Medida Av2 Medida -142,86

138,57

AC Desbalanceada

AC Balanceada

Medida Av1 Medida Av2 -0,06

-281,43

Medida

-0,06

-0,13

CMRR 3 medido 2201,76

LM723 -281,43

Ad Ac cmrr Punto 5 factor LM723 Punto 5 factor LM723 Punto 5 factor -90,12 3,12284 -0,13 -0,26 0,5 2201,76 97,03 22,692041

5. IMÁGENES OSCILOSCOPIO

Ganancia diferencial punto 2

Ganancia común punto 2

Ganancia diferencial con espejo de corriente

Ganancia diferencia LM723

Ganancia común con espejo de corriente

Ganancia común LM723

6. ANÁLISIS DE DATOS:  Al implementar un espejo de corriente básico en remplazo de la resistencia de emisor del amplificador diferencial, se presenta una disminución del factor de rechazo de modo común (CMRR) en un factor de aproximadamente 3 en la práctica y de aproximadamente 13 teóricamente.  En el LM723, se presenta una ganancia diferencial mayor y una ganancia en modo común menor, esto se ve reflejado en el CMRR que aumenta en un factor de 22 veces.  Se observa como la ganancia de modo diferencial aumenta cuando las resistencias de colectores son cambiadas por cargas activas en una relación de 1,5 aproximadamente, pero esto se ve contrarrestado por un aumento de la ganancia de modo común en un factor de 1,6 aproximadamente con lo cual el CMRR se mantiene comparativamente igual en la práctica.

7. CONCLUSIONES 

Cuando se implementa un espejo de corriente en cambio de la resistencia de emisor se produce un aumento de CMRR debido a que se remplaza la impedancia vista en el emisor por la impedancia de salida del espejo de corriente, esto minimizando la ganancia común.



Utilizando el amplificador diferencial contenido en el circuito integrado LM723 se obtiene un mejor desempeño medido por el CMRR debido a que en este circuito integrado se usa una carga activa y un espejo de corriente, con esto la impedancia se incrementa y es más estable por el hecho de que se encuentra dentro del mismo microcircuito.



Al implementar una carga activa los valores de CMRR aumentan ligeramente puesto que tanto la ganancia diferencial como la ganancia común aumentan, aun así en la práctica este amplificador diferencial presenta un mejor desempeño dado que su impedancia de salida es más alta y la ganancia diferencial aumenta.

8. BIBLIOGRAFÍA    

Electrónica básica para ingenieros, Gustavo Ruiz Circuitos Microelectrónicos, Rashid&Thompson Circuitos Microelectrónicos, Sedra Electrónica: Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos, Robert Boylestad

9. ANEXOS