Este documento describe el diseño y análisis de un circuito amplificador diferencial realizado con dos transistores NPN 2N3904. Explica cómo el circuito amplifica la señal de entrada mediante la variación de la corriente en los emisores de los transistores en respuesta a cambios en las tensiones de entrada. El circuito se simuló y construyó físicamente, obteniendo una ganancia de 49.5 veces la señal de entrada de 80mV pico a pico.

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AMPLIFICADOR DIFERENCIAL
Marcos Marcos Fernando
fmarcos@uabc.edu.mx
RESUMEN:
En esta práctica se realizó un circuito con dos
transistores específicos con la finalidad de obtener el
voltaje de entrada, el voltaje de salida y la ganancia del
mismo. Esta práctica se realizó por medio de
resistencias de diferentes valores óhmicos, dos
capacitores 2N3904 con configuración PNP, y tres
entradas de alimentación de voltaje, dos de corriente
directa que tendrán el mismo valor de voltaje y uno de
corriente alterna. Los resultados obtenidos en la
medición del circuito se compararan con los obtenidos
por medio de la simulación, y los calculados.
INTRODUCCION
El amplificador diferencial es un circuito que constituye
parte fundamental de muchos amplificadores y
comparadores y es la etapa de la familia ECL. Para la
elaboración de esta práctica se tiene que tener
conocimiento de los transistores a utilizar, así como la
elaboración de un amplificador diferencial hecho con
transistores.
OBJETIVO
Analizar el amplificador diferencial basado en
dispositivos bipolares.
Analizar la polarización de un amplificador
diferencial.
Introducir a los amplificadores operacionales.
TEORIA
Un amplificador operacional diferencial de tensión,
también conocido como Op-amp, está compuesto
por un circuito con dos transistores que
llamaremos Q1, y Q2, y una fuente de corriente
constante en el emisor común.
El amplificador diferencial constituye la entrada más
típica de la mayoría de amplificadores operacionales y
comparadores, siendo además la base de las
compuertas digitales de la familia lógica ECL.
La configuración básica de un amplificador diferencial
(figura 1) la cual se caracteriza por su simetría, esto le
confiere una característica muy especial de análisis y
diseño.
Lo transistores Q1 y Q2 deben ser idénticos,
aspecto que solo se consigue cuando el circuito
está fabricado en un chip.
El amplificador diferencial básico tiene dos entradas V1
y V2.
Figura 1. Modelo de Amplificador con BJT
Si la tención V1 aumenta, la corriente del emisor del
transistor Q1 aumenta también,causando una caída de
tención en Re.
Si la tención de V2 se mantiene constante, a tención
entre base y emisor del transistor Q2 disminuye,
reduciendo también la corriente de emisor del mismo
transistor.
Esto causa que la tención del colector aumente.
Para el análisis de este circuito se utilizara el
teorema de superposición, el cual indica que
debemos cortocircuitar las fuentes para hacer un
análisis individual de cada una de ellas.
Analizando en corriente continúa
0 = 𝑉𝐵𝐸 + (𝐼 𝐸1 + 𝐼 𝐸2)𝑅 𝐸 − 𝑉𝑐𝑐 (1)
Q1
2N3904
Q2
2N3904
R1
330k
R2
330k
R3
330k

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La simetría del circuito y el hecho de que Q1= Q2
hace que 𝐼 𝐸1 = 𝐼 𝐸2 = 𝐼 𝐸, por lo tanto
𝐼 𝐸 = 𝐼 𝐶 =
𝑉𝑐𝑐−𝑉𝐵𝐸
2𝑅 𝐸
(2)
La ecuación de la recta de carga se obtiene
aplicando la ley de voltaje de Kirchhoff a la malla
colector-emisor de los transistores
2𝑉𝐶𝐶 = 𝑉𝐶𝐸 + 𝐼 𝐶( 𝑅 𝐶 + 2𝑅 𝐸) (3)
La situación del punto de trabajo define los puntos
de trabajo de señal de entrada y el rango de
funcionamiento lineal permisible (figura 2). La
máxima amplitud de salida se consigue cuando
𝑉𝐶𝐶 = 𝑉𝐶𝐸𝑄.
Figura 2.Recta de operación del transistor
La simetría del amplificador diferencial permite
simplificar su análisis convirtiendo las tensiones de
entrada en tensiones de entrada de modo común y
modo diferencial. Además, estos conceptos están
en consonancia con las aplicaciones típicas del
amplificador operacional que se suele utilizar para
amplificar la diferencia entre las dos señales de
entrada.
Las entradas son
𝑣1 =
𝑣𝑖𝑑
2
𝑣2 = −
𝑣𝑖𝑑
2
(4)
Esto permite separar el circuito en dos mitades
iguales (figura 3-4), ya que por 𝑅 𝐸 no circula
corriente (las corrientes son iguales y opuestas)
Figura 3. Análisis en CA
Figura 4. Mitad simétrica del modelo amplificador
diferencial
La ganancia del circuito es un cociente de
magnitudes diferenciales
𝐴 =
𝑣 𝑂𝐷
𝑣 𝐼𝐷
=
𝑣 𝑂𝐷
2⁄
𝑣 𝐼𝐷
2⁄
=
−𝛽 𝑅 𝐶
𝑟 𝑏𝑏+𝑟𝑏𝑒
=
−𝛽 𝑅 𝐶
𝑟 𝑏𝑒
= −𝑔 𝑚 𝑅 𝐶 (5)
La ganancia diferencial depende de la
transconductancia del transistor, como esta
depende de la corriente de colector en reposo y, a
su vez, esta depende de la corriente de la fuente.
Esta corriente de a fuente de polarización inferior
del par diferencial, la que determina la ganancia
diferencial del circuito.
𝐴 = −𝑔 𝑚 𝑅 𝐶 =
𝐼 𝐶
𝑉 𝑇
𝑅 𝐶 (6)

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DESARROLLO
Elaborando físicamente el amplificador diferencial
con transistores 2N3904 (figura 5)
Figura 5. Amplificador Diferencial
Utilizando resistencias de 5kΩ y una señal de entrada
sinusoidal de 80mvpico-pico,alimentando con una
fuente de 10V.
Para este circuito tendremos una amplificación de 49.5
veces la señal de entrada (figura 6-7).
Figura 6. Señal amplificada
Figura 7. Señal del osciloscopio
CONCLUSION
La forma en la que funciona tal circuito (Amplificador
diferencial),simplemente si la tensión que se le aplica a
la base del transistor Q1, en la resistencia Re tendrá
una caída de tensión, y los mismo sucedería, aunque
inversamente si se aumentara la tensión de la base del
transistor Q2, ahora si la tensión en transistor Q2 se
mantiene constante mientras que la de Q1 aumenta,
esto provocara la tensión entre la base y el emisor de
Q2 disminuiría, y por su puesto también la corriente de
emisor de este mismo transistor.(Marcos Marcos
Fernando)
BIBLIOGRAFIA
[1]J.M. ANGULO, J.GARCÍA. Sistemas Digitales y
Tecnología de Computadores. Paraninfo, 2002.
[2]T.L. FLOYD. Fundamentos de Sistemas Digitales. 7ª
edición. Prentice – Hall, 2000.
[3]A. LLORIS, A. PRIETO. Diseño Lógico. Mc-Graw-Hill,
1996