Trabajo de electronica

UNIVERSIDAD NACIONAL
“PEDRO RUIZ GALLO”
Facultad de Ingeniería Mecánica
Y Eléctrica
CATEDRÁTICO
ING. ENRIQUE JAVIER RUIZ VEGA
INFORME
AMPLIFICADOR DIFERENCIAL
DATOS PERSONALES
CARRERA BARRANTES ELVIS WILSON
135627-B 2016-II
CURSO
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL
FECHA
12/01/2017

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL 12 de enero de 2017
DEDICATORIA
A nuestros padres por el constante esfuerzo, sacrificio, por brindarnos el apoyo
incondicional para realizarnos profesionalmente.
A Dios, creador de todo el conocimiento científico, quien nos da la salud y las fuerzas
para seguir adelante en nuestra formación académica y espiritual. A nuestros docentes
por compartir su conocimiento con nosotros para así poder llegar a ser profesionales.

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL
I. FUNDAMENTO TEÓRICO:
Se llamaamplificadordiferencial aundispositivoque amplificaladiferenciaentre dosvoltajes
de entrada,peroque suprime cualquiervoltaje comúnadichas entradas.Es uncircuito
analógicocondos entradasdenominadas entradainversora(Vin
-
)yentradanoinversora(Vin
+
) y
una solasalida(VO) lacual esidealmente proporcional aladiferencia entre losdosvoltajes,
segúnlasiguiente ecuación:
donde el factorde proporcionalidad Ad esla gananciadiferencialdel amplificador.
Símbolodel Amplificadordiferencial.Las entradasinversoray
no inversorasonseñaladasrespectivamente mediantelossignos"+"y"-" y lastensionesde
alimentacióncomo VS- yVS+ .
II. PRINCIPIODE FUNCIONAMIENTO:
El amplificadordiferencialbásicotiene2entradasV1 y V2. Si la tensiónde V1aumenta,la
corriente del emisordel transistorT1aumenta(acordarse que IC = BxIB),causandouna caída
de tensiónenRe.Si la tensiónde V2se mantiene constante,latensiónentre base yemisordel
transistorT2 disminuye,reduciéndose tambiénlacorriente de emisordel mismotransistor.
Esto causa que la tensiónde colectorde T2 (Vout+) aumente.LaentradaV1 esla entradano
inversorade unamplificadoroperacional.Del mismomodocuandolatensiónenV2aumenta,
tambiénaumentalalacorriente de colectordel transistorT2, causandoque latensiónde
colectordel mismotransistordisminuya,(Vout+) disminuye.LaentradaV2 esla entrada
inversoradel amplificadoroperacional.Si el valorde laresistenciaREfueramuygrande,
obligaríaa la suma de lascorrientesde emisorde lostransistorT1 y T2, a mantenerse
constante,comportándose comounafuente de corriente.Entonces,al aumentarlacorriente
de colectorde untransistor,disminuirálacorriente de colectordel otrotransistor.Poreso
cuandola tensiónV1crece,la tensiónenV2decrece.

III. ETAPA DE AMPLIFICACIÓN:
El Amplificadordiferencial se caracterizaporpresentardostransistoresidénticosconsimilares
características,tanto internascomode las redesde polarización.
Ya que el circuitodispone dosentradasydossalidasde señal,existencuatroconfiguraciones
posiblesrealizandolasdistintascombinacionesentreentradasysalida.
Configuraciones
Entrada y salidasimétrica:
Es la formamás típica de un amplificadordiferencial,tiene dosentradav1y v2, El voltaje de
salidase obtiene de ladiferenciaentre lassalidasde loscolectores.
Entrada asimétricaysalidasimétrica:
En algunasaplicaciones sólose usaunode losterminalesde entradaconlaotra conectadaa
tierra,mientrasque lasalidase obtiene entre loscolectoresde los dostransistoresdelcircuito.
Entrada simétricaysalidaasimétrica:
Esta es laforma máspractica y utilizadaporque puede excitarcargasasimétricasode unsolo
terminal comolohacenlosamplificadoresEC,emisorseguidoryotroscircuitos.Esta etapaes
la que se usa para la etapade entrada de la mayorparte de losAmplificadoresOperacionales
comerciales.Presentadosentradasde señal paralasbasesde cada transistormientrasque la
salidase obtiene únicamente de unode loscolectoresrespectoamasa.
Entrada y salidaasimétrica:
Esta configuraciónpresentatantoparalaentrada comopara la salidaunúnico terminal.Este
tipode configuraciónesútil paralas etapasde acoplamientodirectodondese requiere sólo
amplificarunaentrada.Estaconfiguracióneslaque se solicitaenlasespecificacionesde la
práctica.

IV. ANALISIS EN CORRIENTE CONTINUA:
Para el análisis en continua del amplificador diferencial se utilizará el siguiente circuito, a la
corriente de continuaque pasapor RE se le suele conocercomocorriente de cola Icola, ya que
si se ve el circuito tiene la apariencia de un pez donde la cola sería la resistencia conectada a
los emisores RE.
Para que el circuito sea perfecto será necesario que ambos transistores sean idénticos en
todas sus propiedades, lo cual es muy difícil de lograr, sobre todo si el circuito se realiza
mediante dispositivos discretos, es por eso que el amplificador diferencial se utiliza mejor
mediante circuitosintegradoscomoenlosamplificadoresoperacionales,enloscualesse logra
que las propiedades de los transistores sean lo más parecidas posibles; por lo que hay que
tenerencuentaque las medidasque se realicenvariaránde los valores teóricos debido a que
las propiedades de los transistores no serán idénticas, así sean estos de la misma familia.
Para el análisis en continua del amplificador diferencial se supondrá que las propiedades de
ambos transistores son idénticas, como ambas bases están conectadas a tierra entonces
VB=0V,ademaspara que los transistoresesténpolarizadoslaVBE=0,7V, luego VB-VE=0,7V, de
donde VE=-0,7V.para calcularla corriente de polarización sobre REestoesla corriente de cola
Icola se aplicará la ley de Ohm
Icola=(-0,7-(-VEE)) /RE, de donde
Icola=(VEE-0,7) /RE

Al ser los transistores idénticos se cumple que IB1=IB2, y como IC=β*IB entonces IC1=IC2,
también se cumple que IE1=IB1+IC1 lo que es lo mismo que IE1=IB2+IC2 lo cual hace que
IE1=IE2=IE, luego como Icola=IE1+IE2 se tendrá que
IE=Icola/2=(VEE-0,7) /(2*RE)
De IE1=IC1+IB1, como IB1 es una cantidad muy pequeña comparada con IC1 se tiene que
IC1≈IE1 y lo mismo para IC2≈IE2 de donde se tiene que IC1=IC2=IC, luego la corriente de
colector de polarización para ambos transistores será
IC=Icola/2=(VEE-0,7) /(2*RE)
A partir del mismo esquema, para la VCE de polarización para cada transistor se tendrá que
VCE=VC-VE, como se ha visto que VE=-0,7V y ademas VC=VCC-IC*RC luego
VCE=VCC-IC*RC-(-0,7) de donde
VCE=VCC+0,7-IC*RC ecuación de recta de carga en continua para cualesquiera de los
transistores
con los resultados obtenidos se puede dibujar la recta de carga en continua para el
amplificadordiferencial cuando la salida se toma solo del colector de T2, es decir si vsal=vc2,
estamedidaescon respectode tierra, para ello se utilizará la ecuación de la que se obtendrá
VCEcorte=VCC+0,7 y la ICsat=(VCC+0,7) /RC esto en la imagen que sigue.

Si lo que se quiere es obtener la ecuación de recta cuando la salida es diferencial, esto es
vsal=vc2-vc1 se tendrá
VCC=IC*RC+VCE+Icola*RE-VEEnormalmente se hace que envalorVEE=VCC,ademásIcola=2*IE
entonces
VCC=IC*RC+VCE+2*IE*RE-VCC, pero IE≈IC luego:
VCE=2*VCC-IC*(RC+2*RE) que es la ecuación de recta cuando se quiere utilizar la salida
diferencial, de donde
VCEcorte=2*VCC y la ICsat=2*VCC/(RC+2*RE).
V. ANALISIS EN CORRIENTE ALTERNA:
Se supone que el circuito ya está polarizado en continua por lo que los valores de la
corriente de polarización del colector IC se conocen, esto se vio en el análisis en
continua, en la imagen en verde. El valor de RE tiene que ser mucho mayor que r’e en el
circuito equivalente de alterna para que se cumplan las condiciones matemáticas y se
mantenga constante ICola, por lo que para alterna RE se puede considerar como un
cortocircuito.
En la imagen para la señal de entrada alterna vent el color rojo es cuando la señal se
hace positiva y el color azul cundo la señal se hace negativa, cuando la señal se hace
positiva entonces la corriente alterna ic=ie aumenta, lo que hace que para T1 su
corriente de colector de polarización IC aumente ya que ic e IC tienen el mismo sentido

y esto hace que la tensión sobre RC1 aumente, lo que provoca que la tensión sobre el
colector de T1 disminuya, todo lo contrario ocurre cuando vent se hace negativo, por lo
tanto la tensión sobre el colector de T1 estará invertida con respecto a la tensión de
entrada vent.
Mientras vent es positiva, la misma corriente ic en rojo hará que para T2 su corriente de
colector de polarización IC disminuya al tener ic e IC sentidos invertidos, lo que hace
que la tensión sobre RC2 disminuya, lo que provoca que la tensión sobre el colector de
T2 aumente, todo lo contrario, ocurre cuando vent se hace negativo, por lo tanto, la
tensión sobre el colector de T2 no estará invertida con respecto a la tensión de entrada
vent sino que estarán en fase.
Al hacer RE mucho mayor que la resistencia interna del emisor en alterna r’e, para los
cálculos se puede hacer que RE>100r’e, entonces a ie le será más fácil llegar a tierra
través de las dos r’e, por lo que para alterna RE será un circuito abierto quedando el
equivalente de alterna como se puede ver en la imagen, se cumplirá que la tensión de
entrada vent es igual a la tensión de la base con respecto de tierra, lo que siguiendo el
trazo en rojo seria.
vent=ie*r’e+ie*r’e
vent=2*ie*r’e

la tensión de salida será la tensión del colector con respecto de tierra, esto es
vsal=ic*RC2
la ganancia del amplificador diferencial será
Av=vsal/vent
Av=(ic*RC2) /(2*ie*r’e) pero ie=ic por lo que
Av=RC2/(2*r’e)
que viene a ser la ganancia de tensión en modo diferencial para un amplificador
diferencial con entrada y salida asimétrica.
Normalmente en este tipo de circuito RC1=RC2 e incluso en muchos casos RC1 ni se
coloca ya que no afecta para nada al circuito si solo se utiliza una salida como es el caso
que se ha visto, por lo que a la resistencia del colector se le puede llamar RC, con lo
cual la ganancia de tensión sería Av=RC/(2*r’e), por lo que cuando se quiera diseñar un
circuito con el amplificador diferencial se buscará que RC sea el adecuado para la
ganancia que se quiera, esto se verá cómo hacerlo más adelante.
Se cumple también que Vent=Zent*ib donde Zent será la impedancia de entrada del
amplificador diferencial, luego
vent=Zent*ib=2*ie*r’e ademas ie=ic=β*ib se tendrá
Zent*ib=2*β*ib*r’e de donde
Zent=2*β*r’e impedancia de entrada del amplificador diferencial
Como se puede ver la impedancia de entrada del amplificador diferencial es el doble de
la impedancia de entrada de un un amplificador de emisor común.
Se cumple también vsal=ic*Zsal donde Zsal es la impedancia de salida del amplificador
diferencial, pero vsal=ic*RC por lo que
Zsal=RC, que será un valor bajo comparado con la impedancia de entrada.

Si se utilizan ambas entradas y salidas del amplificador diferencial se puede hacer un
análisis similar al realizado al transistor T1 para el transistor T2, luego por el principio
de superposición se llegará Amplificador diferencial en alterna a lo siguiente.
La tensión de salida será la diferencia entre vsal=vc2-vc1=Av(vent1-vent2)
Para RC1=RC2=RC la ganancia de tensión es
Av=RC/r’e
la ganancia es el doble que para el caso en que la salida es asimétrica.
la impedancia de entrada para cualesquiera de los transistores sera
Zent=2*β*r’e
Todo lo visto hasta aquí en teoría se cumple, pero como se verá más adelante al realizar
el circuito práctico algunos resultados variarán de los teóricos, eso es normal por la
misma constitución de los dispositivos a utilizar como las resistencias y los transistores,
pero como se verá los resultados que se obtengan estarán muy próximos a los teóricos y
para la parte práctica pueden ser aceptables, pero si se quiere un trabajo perfecto esto
hay que tenerlo en cuenta, y es mejor utilizar circuitos integrados, uno de los principales
efectos es que los β de los transistores variarán de uno a otro con lo que las corrientes
de base de la polarización IB para cada transistor en el circuito serán diferentes, y como
las fuentes de señal alterna tienen una resistencia interna, la corriente de base genera

una tensión de continua sobre esta resistencia interna, y esta tensión continua generada
también resultará amplificada en la tensión de salida, dando como resultado un error en
la medida.
VI. AMPLIFICADOR DIFERENCIAL EN MODO COMUN:
Comolas tensionesde entradaestaránenfase,ambasingresaranalavezpositivasonegativas
a las entradas,que vienen a ser las bases de los transistores, suponiendo que ambas lleguen
positivas, entonces para el transistor T1 se tiene que ib en rojo hará que ie en rojo tenga el
sentido que se indica en la figura, mientras que para el transistor T2 su ib en azul hará que ie
enazul tengael sentidoque se indicaenla figura, y como ambas ib tiene la misma amplitud y
frecuencia esto hace que ie en rojo así como ie en azul tengan amplitudes y frecuencias
iguales, pero como se ve tendrán sentidos opuestos, dando como resultado que se anulen
entre ellas,esto es lo que se conoce como el rechazo al modo común en el cable que une los
emisores de los transistores no habrá paso de corriente alterna, por lo cual no habrá cambio
enlas ic,por lo que lasseñalescomunesaambasentradasno se amplifican,siendo el valor de
la vsal=0.
Este fenómeno es muy importante en la utilización del amplificador diferencial, ya que
normalmente enel ambiente existe el ruido eléctrico o magnético que afectan a los circuitos,
este ruido ingresa al amplificador operacional por ambas entradas a la vez, y al tener las
mismasfrecuenciasyamplitudesyestarenfase,el ruidose anulaal salirde losemisoresporlo
cual no es amplificado amplificandose solo las señales de alterna que se desean.

En teoría vsal=0, pero en realidad este valor aunque es muy pequeño no es cero, y esto se
debe principalmenteaque losβ de lostransistoresnoseanigualesporloque ibno llegana ser
iguales aunque si cercanos.
Al obtenerse unatensiónde salidadiferentede ceroenel modocomún, se dice que existe una
gananciaen modo común la cual se representa como Av(MC) y tiene un valor aproximado de
AvMC=RC/(2*RE)
Hay una relación que se conoce como el factor de rechazo al modo común simbolizado como
CMRR que viene a ser
CMRR=Av/AvMCdonde Av esla gananciadiferencial encontradaanteriormente Av=RC/(2*r’e)
si el amplificadoresconentrada asimétrica y salida asimétrica, o Av=RC/r’e si es de entrada y
salida diferencial.
ComoCMRR resultaserun valorgrande se suele utilizarlosdecibeliospararepresentarel valor
del CMRR
CMRRdb=20*log(CMRR).
EJERCICIO:

De la ecuación de recta de carga cuando la salida es asimétrica VCE=VCC+0,7-IC*RC al
reemplazar VCC=9V se obtiene
VCE=9+0,7-IC*RC de donde VCEcorte=9,7V
Se puede escogerel puntode operaciónparadiferentes valores de VCEQ, por ejemplo podría
ser par VCEQ=VCEcorte/2 para que esté ubicado en el punto medio de la recta de carga, en
este caso se elegirá por ejemplo VCEQ=4,7V que está cercano al punto medio, esto con el fin
de evitar trabajar con decimales, pero además cuando a través del circuito se amplifique
alguna señal, esta podrá tener valores cercanos a los 4,7V sin sufrir distorsiones, luego para
este punto de operación se tendrá
4,7=9,7-IC*RC de donde, para este circuito con este punto de operación se cumplirá
IC*RC=5V
ademas para un amplificador diferencia con salida asimétrica se tiene que la ganancia
Av=RC/(2*r’e) pero r’e=25mV/IC luego
Av=RC/(2*(25mV/IC)) de donde
Av=(IC*RC) /(50mV) pero IC*RC=5V entonces Av=5/(50m) por lo que
Av=100
lo que quiere decir que sin en este circuito el punto de operación se ubica en VCEQ=4,7 se
tendráuna gananciade 100, esdecirsi enla entradase tiene porejemplo10mV enla salida se
obtendrá1V,se puedenamplificarseñaleshastavalorescercanosa4,7V si se pasa de ese valor
la señal amplificadase distorsionará, por ejemplo, si en la entrada se tiene 40mV en la salida
se obtendrá en teoría 4V ya que esta se amplificará 100 veces.
De lacondiciónIC*RC=5V se puede elegirunaIC de tal forma que no se haga muy grande para
no reducir demasiado la impedancia de entrada
Zent=2*β*r’e=2*β*(25mV/IC)
para el ejemplo se elegirá ICQ=1mA para facilitar los cálculos, luego se tendrá que RC=5K

Como VCC=9V se puede calcular RE para este voltaje ya que Icola=2*ICQ=2*1mA
RE=(VCC-0,7) /Icola
RE=(VCC-0,7) *2*IE
RE= (9-0,7) / (2*1)
de donde
RE=4,2K
resultandoel circuitoque se muestra en la figura con el cual se pueden amplificar señales en
100 veces, mientras la amplificación no se pase de los 4,7V la señal amplificada no se
distorsionará.
Es de mencionarque los resultados que se midan variarán un poco de los resultados teóricos
por los motivos comentados anteriormente.
Para conocer el factor de rechazo en modo común CMRR de este circuito hay que calcular
primero la ganancia en modo común
AvMC=RC/(2*RE)
AvMC=5K/(2*4,2K) de donde
AvMC=0,6 luego como el CMRR=Av/AvMC

CMRR=100/0,6 lo que da como resultado
CMRR=167 este valorcuandomayor seamejor,ya que indicaque tanbuenoesel amplificador
diferencial para rechazar el ruido
en decibelios se tendrá
CMRRdb=20*log(CMRR)
CMRRdb=20*log (167) por lo que
CMRRdb=44,5
VII. APLICACIONES:
El par diferencial es una base fundamental para la electrónica analógica. Los amplificadores
operacionales y comparadores de tensión se basan en él. Así mismo, los multiplicadores
analógicos, empleados en calculadoras analógicas y en mezcladores, están basados en pares
diferenciales.
Los amplificadores de transconductancia también, básicamente, son pares diferenciales.
En electrónica digital, la tecnología ECL se basa en un par diferencial. Muchos circuitos de
interfaz y cambiadores de nivel se basan en pares diferenciales.
VIII. LINKOGRAFIA:
_ https://www.ecured.cu/Amplificador_diferencial
_ https://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_diferencial
_ http://mrelbernitutoriales.com/amplificador-diferencial-circuito/
_ https://www.youtube.com/watch?v=0-crjZ6GNUo

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