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• Guillermo AQ

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AMPLIFICADOR DIFERENCIAL 1) ¿Qué características resaltantes ofrece el amplificador diferencial? 

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



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)



Este amplificador contiene dos entradas y dos salidas, Las salidas están desfasadas una con respecto a la otra en una ángulo de 180 0, o sea que una esta en fase con la entrada y la otra está desfasada 1800.

Vo

V1

V2

Fig.1-a

2) Encontrar los puntos de reposo del amplificador diferencial a experimentar (figura 4a y 4b) a) Con resistencia (figura 4-a): Hacemos el equivalente del circuito en corriente continua para la figura 4-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.

Ic



 1k´0.7v  Ic  (0.22k  0.05)  12v  2  Ic  4.7k

 Ic  1.16mA Para esta corriente de reposo el transistor tiene una resistencia dinámica que es: re 

26mv Ic Q

re  22.41 Ω

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

 Ic



 1k  5.8v

También hallamos para el circuito el voltaje colector 1 (C 1) que es igual al voltaje colector 2 (C2): VC  12v  7.5k  Ic  3.3v También hallamos para el circuito el voltaje Emisor 1 (E 1) que es igual al voltaje emisor 2 (E2): VE 

 Ic



 1k  0.7v  0.705

Con estos valores de voltaje tenemos que: VCE = 4.005 v 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 4-b): Hacemos el equivalente del circuito en corriente continua para la figura 4-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 (V E2): V E 2  V b 2  0.7v  4.5v

Hallamos la corriente ICQ: IcQ2 = La resistencia dinámica es:

V E  ( 12v )  1.92mA 3.9k

re2 = 13.54 Ω Ic1 

Ic 2  0.96mA 2

Para el voltaje colector 2 tenemos:

Vc 2  12v  0.96mA  (7.5k  0.22k  0.05k )  5.5v  0.959v El voltaje colector emisor es del transistor 2: VCE 2  VC 2  V E 2  3.54v

Para el transistor 1 tenemos los siguientes puntos de reposo: El voltaje en el colector 1 es (Vc1):

Vc1  12v  0.96mA  7.5k  4.8v Para la base 1 tenemos el siguiente voltaje:

V B1  4.8A  1k  4.8mv El voltaje en el emisor es: VE1 = VB1 – 0.7v = -0.704 Para el voltaje colector emisor 1 tenemos: VCE1  VC 1  V E 1  5.5048v

b-1) para varios valores del potenciómetro de 10k tenemos: Consideramos la resistencia de potenciómetro como una variable (V p) 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 3) Considerando que V1 y V2 son dos señales de la misma intensidad pero desfasadas una con respecto a la otra en 1800, encontrar (figura 4a y 4b) 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 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:

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): V0     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 Ω

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 180 0 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

V0    7.5k 

Resolviendo:

Ib1  4.7k 22.41k 4.7k  0.27 k   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

4) ¿qué ventajas se obtiene al utilizar una fuente de corriente en lugar de la resistencia de emisor? (figura 4b) 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.