CE_GR4-1_QUINATOA_RONNY_PRACTICA4_PREPARATORIO

Vista previa del material en texto

Trabajo Preparatorio Práctica N° 4: Amplificador 
Diferencial. 
Ronny Quinatoa 
Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica 
Laboratorio de Circuitos Electrónicos 
Quito, Ecuador 
ronny.quinatoa@epn.edu.ec 
 
 Resumen-. En este trabajo se analiza los circuitos 
amplificadores en multietapa con acoplamiento capacitivo, se 
ven sus ventajas y desventajas, además se realiza el diseño de 
un circuito para ver su funcionamiento respectivo. 
I. PREGUNTAS 
Consultar los siguientes ítems: 
A. Funcionamiento de los modos de operación de señal 
de un amplificador diferencial. 
• Modo Diferencial: Para V1=V2, las corrientes del 
colector y emisor de cada etapa son similares. Todas estas 
corrientes tienen magnitudes similares a 
𝐼𝐸𝐸
2
 debdo a la 
simetría del circuito y a la corriente despreciable que circula 
a través de RE. Si llegamos a incrementar V1 en v/2 y 
simultáneamente se disminuye V2 en v/2, la señal de salida 
aumenta en v, hay que tener en cuenta que el circuito en 
funcionamiento tiene una función en modo lineal mientras 
se cumpla que 𝑣 < 4𝑉𝑇 [1]. 
• Modo Común: Si se considera que los dos voltajes 
V1 y V2 aumentan en cierto factor por iguales. El voltaje 
diferencias Vd será nulo mientras que 𝐼𝐶1 𝑒 𝐼𝐶2 serán 
iguales. Pero el voltaje en VE va a aumentar [1]. 
Normalmente los amplificadores diferenciales se suelen 
diseñar de modo que solo se amplifiquen las señales 
diferenciales [1]. 
 
B. ¿Qué es la razón en rechazo en modo común? 
Existen señales deseadas en sólo una entrada o pueden 
tener polaridades opuestas en ambas líneas de entrada. 
Las señales indeseadas o ruido que aparece con la 
misma polaridad en ambas líneas de entrada en esencia 
son eliminadas por el amplificador operacional y no 
que no se pueden ver en la salida. La medida de la 
habilidad de un amplificador de rechazar señales 
cuando se encuentra en modo común es lo que se 
denomina razón de rechazo en modo común o CMRR 
[2]. 
𝐶𝑀𝑅𝑅 =
𝐴𝑜𝑙
𝐴𝑐𝑚
 
Donde: 
𝐴𝑜𝑙: 𝐺𝑎𝑛𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛 𝑙𝑎𝑧𝑜 𝑎𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑜 
𝐴𝑐𝑚: 𝐺𝑎𝑛𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛 𝑚𝑜𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑚ú𝑛 
 
C. Funcionamiento de un amplificador operacional 
básico. 
Es un amplificador electrónico, se caracteriza por 
poseer una conexión de salida y dos conexiones de entrada. 
Con estos dispositivos se crean diversas configuraciones, 
pero el amplificador básico posee tres conexiones dos de 
entrada y una de salida. Un amplificador se puede 
comportar de distinta manera según sea el caso. Cuando no 
existe una realimentación en la salida del dispositivo se 
denomina lazo abierto [3]. 
Los amplificadores operaciones básicos pueden ser 
conectados dando como resultado un amplificador inversor 
o no inversor. Estos equipos fueron diseñados con el 
objetivo de amplificar la potencia de corriente, pero tienen 
más aplicaciones como el del acondicionamiento de 
señales, es decir, aumenta la potencia y la intensidad. 
También, se relaciona con el acoplamiento de impedancias 
y de esta manera el amplificador puede permitir el paso de 
frecuencias que tengan un menor valor con respecto a una 
que este determinada [3]. En la Figura 1., se observa una 
representación de un amplificador básico. 
 
Figura 1. Representación de un amplificador operacional 
[2]. 
D. ¿Qué es el concepto de tierra virtual? 
Es un concepto basado en el hecho práctico de que el 
voltaje de entrada diferencial entre las entradas (+) y (-) es 
casi (virtualmente) de cero volts, cuando se calcula como el 
voltaje de salida dividido entre a muy alta ganancia de 
voltaje del amplificador operacional. En la Figura 2., se 
muestra un esquema de la tierra virtual en un amplificador 
[4]. 
 
Figura 2. Tierra virtual en un amplificador operacional [4]. 
E. Presentar el esquema y la descripción de 
funcionamiento de un amplificador diferencial 
formado por TJB con fuente de corriente constante. 
Este arreglo representa una etapa primordial en la 
estructura interna de circuitos integrados. Está constituido 
de elementos discretos, es decir, los elementos que lo 
forman tienen un encapsulado diferente. Por otro lado, 
todos los elementos que constituyen un amplificador 
operacional forman parte de un único encapsulado, y de ahí 
viene el nombre de circuito integrado [5]. En la Figura 3 
podemos observar un esquema: 
 
Figura 3. Amplificador Diferencial [5]. 
F. Calcular los voltajes y corrientes directos, el voltaje de 
salida, ganancia en modo común del circuito de la 
Figura 4. 
 
Figura 4. Amplificador diferencial con una fuente de voltaje 
[6]. 
𝐼𝐸 =
𝑉𝐸𝐸 − 0.7 𝑉
𝑅𝐸
=
9 − 0.7
43 𝑘Ω
≈ 193.02 [𝜇𝐴] 
𝐼𝐶 =
𝐼𝐸
2
≈ 96.51[𝜇𝐴] 
𝑉𝐶 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶𝑅𝐶 = 9 − (96.51 [𝜇𝐴])(47 𝑘Ω) ≈ 4.464 𝑉 
𝑟𝑒 =
26 𝑚𝑉
96.51 𝜇𝐴 
= 269.4 Ω 
𝐴𝑉 =
𝑅𝐶
2𝑟𝑒
=
47 𝑘Ω 
2(269.4)
= 87.23 
𝑉𝑜 = 𝐴𝑣𝑉𝑖 = 2 𝑚𝑉 ∗ 87.23 = 0.174 𝑉 
𝑟𝑖 = 𝛽𝑟𝑒 = 100(269.4) = 26.94 𝑘Ω 
Ganancia en modo común: 
𝐴𝐶 =
𝛽𝑅𝐶
𝑟𝑖 + 2(𝛽 + 1)𝑅𝐸
=
100 ∙ 47𝑘Ω
26.94 𝑘Ω + 2(101)43𝑘Ω
 
𝐴𝐶 = 0.54 
G. Determinar el voltaje de salida, ganancia en modo 
común y diferencial del circuito de la Figura 5. 
 
Figura 5. Amplificador diferencial con dos fuentes de 
voltaje [6]. 
 
𝐼𝐸 =
𝑉𝐸𝐸 − 0.7 𝑉
𝑅𝐸
=
9 − 0.7
43 𝑘Ω
≈ 193.02 [𝜇𝐴] 
𝐼𝐶 =
𝐼𝐸
2
≈ 96.51[𝜇𝐴] 
𝑉𝐶 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶𝑅𝐶 = 9 − (96.51 [𝜇𝐴])(47 𝑘Ω) ≈ 4.464 𝑉 
𝑟𝑒 =
26 𝑚𝑉
96.51 𝜇𝐴 
= 269.4 Ω 
𝐴𝑣1 = 32 
𝐴𝑣2 = 143 
𝑉𝑜1 = 2 𝑚𝑉 ∗ 32 = 0.064 𝑎 1 𝑘𝐻𝑍 
𝑉𝑜2 = 2𝑚𝑉 ∗ 143 = 0.28 𝑎 2 𝑘𝐻𝑍 
H. Graficar en papel milimetrado las señales de salida 
obtenidas de los literales F. y G. 
 
Figura 6. Respuesta de los sistemas. 
REFERENCIAS 
[1] “Amplificador diferencial - EcuRed.” 
https://www.ecured.cu/Amplificador_diferencial 
(accessed Jun. 03, 2022). 
[2] T. Floyd, Dispositivos Electrónicos, 8th ed. Pearson 
Education, 2008. 
[3] “▷ Amplificador operacional ¿Qué es y cómo 
funciona?” 
https://www.centroestudioscervantinos.es/amplificador-
operacional/ (accessed Jun. 03, 2022). 
[4] R. L. Boylestad, L. Nashelsky, E. Alatorre Miguel, and 
A. Suárez Fernández, “Electrónica. Teoría de 
circuitos,” 1994. 
[5] “Tema 1.0 Amplificador diferencial basado en 
transistores BJT - PDF Free Download.” 
https://docplayer.es/44876412-Tema-1-0-amplificador-
diferencial-basado-en-transistores-bjt.html (accessed 
Jun. 03, 2022). 
[6] T. Borja, W. Coloma, F. Lara, V. Reyes, A. Reyes, and 
M. Serrano, “Hoja Guía - Práctica N°4,” Quito, 2022.