FACULTAD DE INGENIERIA PR OYECTO CUR R R INGENIER IA ELECTR ONICA RI CULAR I ELECTRÓNICA II OCTUBRE 22 DE 2012
LABORATORIO 5 EL AMPLIFICADOR DIFERENCIAL JUAN DAVID JAIQUEL VILLAMIL - 20102005058 20102005058 e-mail:
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LINA MARÍA TOQUICA RAMÍREZ RAMÍREZ - 20102005082 e-mail:
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EDWIN YARA SANDOVAL - 20102005042 e-mail:
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INTRODUCCION
Con este laboratorio se quiere conocer el funcionamiento de un amplificador multietapa visto en clase denominado amplificador diferencial, en el cual estudiaremos la ganancia diferencial y la ganancia común, a través de salidas asimétricas y simétricas, estudiando también el efecto que introduce la aplicación de un espejo de corriente en vez de la resistencia de emisor y una carga activa en vez de las resistencias de colector. OBJETIVOS
-
Diseñar un amplificador diferencial aplicando los conceptos vistos en clase.
-
Estudiar el resultado de incluir un espejo de corriente y una carga activa con respecto a la ganancia diferencial y a la ganancia común del amplificador.
MARCO TEÓRICO
AMPLIFICADOR DIFERENCIAL: El amplificador diferencial es un circuito que constituye parte fundamental de muchos amplificadores y de comparadores. Uno de sus aspectos más importantes es su simetría que le confiere unas características muy
especiales de análisis y diseño, por esto los transistores deben ser idénticos, lo cual se logra únicamente cuando estos están en un CI.
Análisis en DC:
En el caso de y sean componentes de pequeña señal, y suponiendo que entonces se puede extraer del circuito la siguiente ecuación: ( )
La simetría del circuito y el hecho de que Q 1 y Q 2 son transistores idénticos hace que de forma que:
La ecuación de la recta estática se obtiene aplicando LVK a la malla de colector-emisor de los transistores: ( )
La máxima amplitud de salida se consigue cuando
Análisis de las configuraciones de ganancia común y ganancia diferencial:
La simetría del amplificador diferencial permite simplificar su análisis convirtiendo las tensiones de entrada en tensiones de entrada común y diferencial. La tensión de entrada en modo diferencial (V id) y modo común (Vic) se definen como: TENSION DIFERENCIAL
TENSION COMUN
Las señales comunes se minimizan pues no deberían afectar el voltaje de salida. Ganancia diferencial:
SALIDA SIMETRICA
SALIDA ASIMETRICA
RELACIÓN DE RECHAZO EN MODO COMÚN: Un amplificador diferencial tiene una tensión de salida proporcional a V id y no depende de la componente en modo común (AC = 0). En la práctica no sucede así por esto se introduce el concepto de CMRR (relación de rechazo en modo común) donde está definida por:
En este tipo de amplificador para minimizar la ganancia común se usa en vez de la resistencia de emisor un espejo de corriente y para aumentar la ganancia diferencial utilizamos en vez de las resistencias en el colector un espejo de corriente como carga activa. DESARROLLO EXPERIMENTAL:
Se polariza el amplificador diferencial para una ICQ =1mA según la hoja de datos, lo cual indica que el hfe es de 100 y el hie de 3500Ω. El Vcc utilizado es de 9V de tal forma que la alimentación total Vcc es de 18V .
El criterio inicial para el diseño es: Así Rc puede calcularse de la siguiente forma:
Ahora:
()
El circuito queda de la siguiente manera:
a. Aplicar Vi=Vpsen(wt) a base 1, con base 2 a tierra AC, obtener Ad: Para la ganancia simétrica o balanceada se tiene que:
()
Para la ganancia asimétrica o desbalanceada se tiene que:
()
b. Aplicar en ambas entradas Vi=Vpsen(wt). Obtener Ac y el CMRR:
Para la ganancia simétrica o balanceada se tiene que:
Para la ganancia asimétrica o desbalanceada se tiene que:
c. Cambiar RE por un espejo de corriente, y realizar los pasos 2 y 3: Para calcular la resistencia del espejo de corriente se tiene que:
La resistencia en un espejo de corriente está dada por:
Para la ganancia simétrica o balanceada se tiene que:
()
Para la ganancia asimétrica o desbalanceada se tiene que:
()
()
d. Cambiar Rc por una carga activa utilizando espejo de corriente, obtener Ad y comparar la obtenida en paso 2, comentar y concluir. Para la carga activa utilizamos un transistor 2N3906:
Para calcular la resistencia del espejo de corriente se tiene que:
La resistencia en un espejo de corriente como RE está dada por:
La resistencia en un espejo de corriente para carga activa como Rc está dada por:
Para la ganancia simétrica o balanceada se tiene que:
()
Para la ganancia asimétrica o desbalanceada se tiene que:
()
()
RECOLECCION Y ANÁLISIS DE DATOS:
a. ()
Vi
Vo1
Vo2
200mV
10,82
-10,82
Vi
Vo1
Vo2
200mV
5,45
5,32
Ad balanceada Medida Teórica 54,1 -160
b. () ()
Ad desbalanceada Medida Teórica 27,25 -80
Vi
Vo1
Vo2
200mV
4,29mV
-4,29mV
Vi
Vo1
Vo2
200mV
197,17mV
197,1mV
Ac balanceada Medida Teórica 0,021 -1,6 Ac desbalanceada Medida Teórica 0,98 -0,8
CMRR(Balanceada) Teórico 100
Práctico 2576,19 CMRR(Desbalanceada)
Teórico 100
Práctico 27,80
c. Amplificador diferencial con espejo de corriente como RE:
()
Vi
Vo1
Vo2
200mV
11,28
-11,28
Vi
Vo1
Vo2
200mV
5,62
5,62
()
Ad balanceada Medida Teórica 56,28 -160 Ad desbalanceada Medida Teórica 28,1 -80
()
Vi
Vo1
Vo2
200mV
3,22mV
-3,22mV
Ac balanceada Medida Teórica 0,01 -0,08
Vi
Vo1
Vo2
200mV
1,68mV
1,67mV
Ac desbalanceada Medida Teórica 0,008 -0,04
CMRR(Balanceada) Teórico 1839,08
Práctico 5628 CMRR(Desbalanceada)
Teórico 1828,57
Práctico 3512,5
d. Amplificador diferencial con espejos de corriente en RE y en RC:
()
Vi
Vo1
Vo2
200mV
12,56
-12,56
Vi
Vo1
Vo2
200mV
6,09
6,09
Ad balanceada Medida Teórica 62,8 -714,28 Ad desbalanceada Medida Teórica 30,45 -357,14
CONCLUSIONES
-
-
Cuando se implementa el espejo de corriente en vez de la resistencia de emisor se nota un incremento en el CMRR, debido a que se aumenta la impedancia vista por el emisor, ya que el espejo de corriente tiene una impedancia de salida alta, reduciendo así la ganancia común del amplificador. Al implementar una carga activa notamos un pequeño aumento en la ganancia diferencial y en la ganancia común lo cual hace que el CMRR se mantenga muy parecido al amplificador utilizando solo un espejo de corriente.
BIBLIOGRAFIA
-
http://www.slideshare.net/Volta/tema-7amplificador-diferencial-presentation
-
Circuitos microelectrónicos, 4ta edición-Adel S. Sedra & Kenneth C. Smith
ANEXOS
Ganancia diferencial simétrica Señal de entrada 0,2V Señal de salida 10,81V
Ganancia diferencial asimétrica Señal de entrada 0,2V Señal de salida 5,33V
Ganancia Común balanceada Señal de entrada 0,2V Señal de salida 4,29mV
AMPLIFICADOR DIFERENCIAL CON ESPEJO DE CORRIENTE EN RE: Ganancia diferencial balanceada:
Ganancia diferencial desbalanceada
Ganancia común balanceada:
Ganancia común desbalanceada
AMPLIFICADOR DIFERENCIAL CON ESPEJOS DE CORRIENTE COMO RE Y Rc: Ganancia diferencial balanceada:
Ganancia diferencial desbalanceada:
