Amplificador diferencial

INFORME DE LABORATORIO #07
AMPLIFICADOR DIFERENCIAL
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
ELECTRÓNICA BÁSICA − LABORATORIO
BOGOTÁ
2004
INTRODUCCIÓN
Este informe invita al lector a conocer de una manera concisa el estudio del circuito formado por un par de
transistores bipolares acoplados por emisor, como una poderosa herramienta, en el uso electrónico como
comparador de señales.
Brevemente conoceremos que pasos seguimos estrictamente en la práctica desde que se entró en la sala del
laboratorio, hasta el momento en el que se finalizo la práctica.
De una manera secuencial veremos paso a paso como manipulamos los artefactos, con ayuda de ilustraciones.
Así se podrá entender de una manera concisa, al tener una ilustración de cada cosa que acontece para tratar de
remediar la ausencia de masa al detallar por medio de la descripción en la redacción de este trabajo.
Por ultimo queda nuestra expectativa hacia el lector de que al mediante la lectura, reciba con agrado lo que
hemos plasmado en este informe de laboratorio; como la comprensión sea oportuna en cada línea que
cuidadosamente hemos redactado.
OBJETIVOS
• Identificar y manejar diferentes instrumentos de medición.
• Reconocer, identificar los errores en un trabajo.
• Presentar adecuadamente el informe de un trabajo experimental.
• Analizar los resultados experimentales.
• Conocer las diversas técnicas implementadas en el laboratorio.
• Formar una capacidad de análisis critica, para interpretar de una manera optima los resultados obtenidos, de
una forma lógica como analítica.
MARCO TEÓRICO
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CIRCUITO DE AMPLIFICADOR DIFERENCIAL
El circuito de amplificador diferencial es una conexión muy popular y se utiliza en circuitos integrados. Esta
conexión puede describirse considerando al amplificador diferencial básico que se muestra en la figura
izquierda. Observe que el circuito tiene dos entradas separadas, dos salidas separadas y que los emisores están
conectados juntos. Aunque la mayoría de los circuitos de amplificador diferencial utilizan dos alimentaciones
de voltaje separadas, el circuito también puede operarse con una sola alimentación.
Son posibles varias combinaciones de la señal de entrada.
Si se aplica una señal a alguna entrada, estando la otra entrada conectada a tierra, dicha operación se le llama
con una sola terminal.
Si se aplican dos señales de entrada de polaridad opuesta, a la operación se le llama de doble terminal.
Si se aplica la misma entrada a ambas entradas, a la operación se le llama de modo común.
En la operación de una sola terminal se aplica una sola señal de entrada. Sin embargo, debido a la conexión de
emisor común, la señal de entrada opera en ambos transistores dando como resultado una salida en ambos
colectores.
En la operación de doble terminal se aplican dos señales de entrada, y la diferencia de las entradas tiene como
resultado salidas en ambos colectores, que son la diferencia de las señales aplicadas en ambas entradas.
En la operación en modo común, la señal de entrada común da como resultado señales opuestas en cada
colector, cancelándose estas señales, debido a que la señal de salida resultante es cero. Desde un punto de
vista práctico, las señales opuestas no se cancelan completamente, pero dan como resultado una señal
pequeña.
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La característica principal del amplificador diferencial es la gran ganancia cuando se aplican señales opuestas
a las entradas, en comparación a la pequeña ganancia resultante de las entradas comunes. La relación de esta
ganancia diferencial respecto a la ganancia en modo común se llama rechazo en modo común.
POLARIZACIÓN
Consideremos primero la operación de polarización del circuito de la figura superior. Con entradas de ac que
se obtuvieron de fuentes de voltaje, el voltaje de dc en cada entrada está esencialmente conectado a 0 V, como
se muestra en la figura izquierda; Con cada voltaje de base a 0V, el voltaje de polarización de emisor común
es:
La corriente de polarización del emisor es entonces:
Suponiendo que los transistores están bien pareados (Como sucedería en IC).
Dando como resultado un voltaje de colector de
OPERACIÓN EN AC DEL CIRCUITO
En la figura de la izquierda de conexión de ac del amplificador diferencial; se indica una conexión de ac para
un amplificador diferencial. Se aplican señales de entrada separadas como y con salidas separadas, resultando
como y .
Para analizar en ac el circuito vuelve a dibujarse como en la figura superior de la siguiente hoja. Cada
transistor se remplaza por su equivalente en ac.
GANANCIA DE VOLTAJE EN UNA SOLA TERMINAL
Para calcular la ganancia de voltaje de ac en una sola terminal se aplica la señal a una entrada, en tanto la otra
está conectada a tierra como se muestra en la figura izquierda; El equivalente en ac de esta conexión es la
figura siguiente. La corriente de la base puede calcularse utilizando la ecuación de la LVK (Ley de voltaje de
Kirchhoff) en la base 1 de entrada. Si se supone que los dos transistores están bien pareados.
Con muy grande (idealmente infinito), el circuito para obtener la ecuación de la LVK se simplifica al de la
grafica superior de la siguiente hoja.
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De la cuál podemos escribir:
Por lo que
Si también suponemos que
Entonces
Y la magnitud del voltaje de salida en ambos colectores es:
Por lo que la magnitud de la ganancia de voltaje de una sola terminal en uno u otro colector es:
MATERIALES
2 Transistores 2N 2222.
1 Multímetro.
3 Resistencias 2 x 39K, 33K.
1 Protoboard.
2 Cables de DC.
1 Cable de Poder.
1 Fuente dc.
1 Fuente ac.
1 Cable para ac.
PROCEDIMIENTO
Construimos el montaje mostrado en la figura de la izquierda. Que consiste en un par de transistores
acoplados por emisor, y con una fuente de ac por una sola terminal.
El laboratorio consistió
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En tomar diferentes voltajes intercambiando las resistencias de emisor y de colector.
Conectamos la fuente reguladora de voltaje; empezamos a variar la amplitud y la frecuencia para determinar
los cambios respectivos, en las señales de salida; y se comenzó a hacer el análisis de los datos para calcular la
ganancia resultante.
Dejamos la frecuencia en un valor frecuencia fija de 2.9 KHz. y variamos la amplitud de onda, desde la fuente
variable, y en el osciloscopio se observaron las tensiones medidas pico a pico con las cuales adquirimos el
valor de la ganancia.
Con el fin de completar la siguiente tabla.
30371,6814
30371,6814
13805,3097
30371,6814
39
18
39
18
33
33
15
33
200
200
200
200
3,424E−04
3,424E−04
7,533E−04
3,424E−04
1,712E−04
1,712E−04
3,767E−04
1,712E−04
7,4
3,6
0,12
7,84
0,9
0,8
0,8
0,9
3700
1800
60
3920
0,002
0,002
0,002
0,002
151,858407
151,858407
69,0265487
151,858407
Para calcular la ganancia efectuamos:
Para calcular desarrollamos el siguiente cálculo; para el del ejemplo del montaje.
Donde tenemos que, con de 200 en el transistor medido con el voltímetro:
CONCLUSIONES
El circuito formado por un par de transistores bipolares acoplados por emisor o amplificador diferencial, es
una poderosa herramienta, en el uso electrónico como comparador de señales.
La característica principal del amplificador diferencial es la gran ganancia cuando se aplican señales opuestas
a las entradas, en comparación a la pequeña ganancia resultante de las entradas comunes. La relación de esta
ganancia diferencial respecto a la ganancia en modo común se llama rechazo en modo común.
Para la configuración de base común, los valores típicos de varían desde unos cuantos ohms hasta un máximo
de aproximadamente 50
Para la configuración de base común, los valores típicos de están en el rango de los megaohms.
En general, para la configuración de base común, la impedancia de entrada es relativamente pequeña y la
impedancia de salida es muy grande.
Para la configuración de emisor común, los valores típicos de definidos mediante , están en el rango desde
unos cuantos cientos de ohms al rango de los kilohms con valores máximos de aproximadamente 6 a 7
kilohms.
Al conectar una de las terminales, a una sola Terminal de entrada, con la otra Terminal conectada a tierra,
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obtenemos que la salida tiene la misma polaridad de la señal aplicada en la entrada.
Al dejar un valor de frecuencia constante, en el que pueden ser observadas un par de ondas en el osciloscopio
iguales, en que el valor de la frecuencia no corte la señal de salida, ambas siempre deben ser iguales y
completas para realizar un buen análisis.
Cuando tenemos una resistencia en el emisor muy baja respecto a la resistencia del colector encontramos que
la ganancia es muy mínima, para determinar valores considerables de ganancia debemos tener unos valores de
resistencias muy cercanas y de mayor valor en el emisor.
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