TEMA 6 Amplificador diferencial - CENICASOL
TEMA 6 Amplificador diferencial - CENICASOL TEMA 6 Amplificador diferencial - CENICASOL
Electronica Básica para Ingenieros 6.2.1.- Análisis en continua En el caso de que v i1 y v i2 sean componentes de pequeña señal, y suponiendo que h FE >>1, entonces se puede extraer del circuito de la figura 6.1.a la siguiente relación ( ) − 0 ≈ VBE + IE1+ IE2 RE VCC (6.1) La simetría del circuito y el hecho de que Q1 y Q2 son transistores idénticos hace que I E1 =I E2 =I E de forma que V V I I CC − E ≈ BE C = 2RE (6.2) La ecuación de recta de carga estática se obtiene aplicando KVL a la malla colector-emisor de los transistores: 2VCC ≈ VCE + IC RC + 2RE ( ) (6.3) Esta recta se encuentra dibujada en la figura 6.1.b. La situación del punto de trabajo define los límites de variación de señal de entrada y el rango de funcionamiento lineal permisible. La máxima amplitud de salida se consigue cuando V CEQ =V CC . 6.2.2.- Análisis de las configuraciones en modo común y diferencial 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. La tensión de entrada en modo diferencial (v id ) y modo común (v ic ) se definen como ⎧vid = vi1−vi2 ⎪ ⎨ v v o v i + i ic = 1 2 ⎩ ⎪ 2 ⎧vi1 = vid / 2 + vic ⎨ ⎩vi2 = ± vid / 2 + vic (6.4) A su vez, estas tensiones v id y v ic dan lugar a dos tensiones de salida, en modo diferencial (v od ) y modo común (v oc ), definidas de una manera similar como + ~ v id /2 v o1 V CC Q1 R C V CC V CC v o2 ~ + –v id /2 ⎧vod = vo1−vo2 ⎪ ⎨ v v o v o + o oc = 1 2 ⎩ ⎪ 2 ⎧vo1 = vod / 2 + voc ⎨ ⎩vo2 = ± vod / 2 + voc (6.5) R E ~ R C Q2 v ic Figura 6.2. Amplificador diferencial con tensiones en modo diferencial y modo común. Con la definición de las tensiones en modo diferencial y modo común, el amplificador diferencial tiene dos ganancias, una en modo diferencial (A d ) y otra en modo común (A c ) definidas como – 102 – I.S.B.N.:84-607-1933-2 Depósito Legal:SA-138-2001
Tema 6 v v Ad = od y Ac = oc vid vic (6.6) La aplicación de los estos conceptos permite transformar el circuito de la figura 6.1.a en el de la figura 6.2. Este nuevo circuito presenta unas propiedades de simetría que facilita su análisis mediante la aplicación del principio de superposición a las entradas en modo diferencial y común independientemente. • Ganancia en modo diferencial En la figura 6.3 se muestra el circuito equivalente simplificado del amplificador diferencial cuando únicamente se considera modo diferencial a la entrada. El análisis del circuito establece las siguientes ecuaciones ( ) ⎧vid / 2 = ib1hie −ib2hie −vid / 2⇒ vid = ib1−ib2 hie ⎪ ⎨ve = ( ib1+ ib2) ( 1 + hfe) RE vid / 2 = ib1hie + v ⎩⎪ e (6.7) v id /2 h ie i b1 R C v od /2 –v od /2 ~ + R C ~ + h fe i b1 h fe i b2 v e i b2 h ie –v id /2 R E Figura 6.3. Circuito de pequeña señal simplificado del amplificador diferencial en modo diferencial (h oe =h re =0). Resolviendo las ecuaciones de 6.7 se llega fácilmente a la siguiente relación ib1+ ib2 ( hie / 2 ( 1 hfe) RE)= 0 ( ) + + (6.8) siendo la única solución posible resultando que ib1 =−ib2 v e = 0 (6.9) (6.10) La ecuación (6.10) indica que la tensión de pequeña señal en el emisor de los transistores es nula, es decir, que ese nudo se comporta como un nudo de masa virtual; no hay que confundirla con la masa real del circuito. Por consiguiente, analizar el circuito de la figura 6.3 es equivalente a analizar los circuitos equivalentes del amplificador diferencial en modo diferencial mostrados en las figuras 6.4.a y 6.4.b. La ganancia en tensión en modo diferencial de este amplificador es v A od / 2 h R d = = − fe C vid / 2 hie (6.11) I.S.B.N.:84-607-1933-2 Depósito Legal:SA-138-2001 – 103 –
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Electronica Básica para Ingenieros<br />
6.2.1.- Análisis en continua<br />
En el caso de que v i1 y v i2 sean componentes de pequeña señal, y suponiendo que h FE >>1, entonces se puede<br />
extraer del circuito de la figura 6.1.a la siguiente relación<br />
( ) −<br />
0 ≈ VBE + IE1+<br />
IE2<br />
RE VCC (6.1)<br />
La simetría del circuito y el hecho de que Q1 y Q2 son transistores idénticos hace que I E1 =I E2 =I E de forma<br />
que<br />
V V<br />
I I CC −<br />
E ≈ BE<br />
C =<br />
2RE<br />
(6.2)<br />
La ecuación de recta de carga estática se obtiene aplicando KVL a la malla colector-emisor de los<br />
transistores:<br />
2VCC ≈ VCE + IC RC + 2RE<br />
( )<br />
(6.3)<br />
Esta recta se encuentra dibujada en la figura 6.1.b. La situación del punto de trabajo define los límites de<br />
variación de señal de entrada y el rango de funcionamiento lineal permisible. La máxima amplitud de salida se<br />
consigue cuando V CEQ =V CC .<br />
6.2.2.- Análisis de las configuraciones en modo común y <strong>diferencial</strong><br />
La simetría del amplificador <strong>diferencial</strong> permite simplificar su<br />
análisis convirtiendo las tensiones de entrada en tensiones de<br />
entrada de modo común y modo <strong>diferencial</strong>. Además, estos<br />
conceptos están en consonancia con las aplicaciones típicas del<br />
amplificador operacional que se suele utilizar para amplificar la<br />
diferencia entre las dos señales de entrada. La tensión de entrada<br />
en modo <strong>diferencial</strong> (v id ) y modo común (v ic ) se definen como<br />
⎧vid = vi1−vi2<br />
⎪<br />
⎨ v v o<br />
v i + i<br />
ic = 1 2<br />
⎩<br />
⎪<br />
2<br />
⎧vi1<br />
= vid / 2 + vic<br />
⎨<br />
⎩vi2<br />
= ± vid / 2 + vic<br />
(6.4)<br />
A su vez, estas tensiones v id y v ic dan lugar a dos tensiones<br />
de salida, en modo <strong>diferencial</strong> (v od ) y modo común (v oc ), definidas<br />
de una manera similar como<br />
+<br />
~<br />
v id /2<br />
v o1<br />
V CC<br />
Q1<br />
R C<br />
V CC<br />
V CC<br />
v o2<br />
~ + –v id /2<br />
⎧vod = vo1−vo2<br />
⎪<br />
⎨ v v o<br />
v o + o<br />
oc = 1 2<br />
⎩<br />
⎪<br />
2<br />
⎧vo1<br />
= vod / 2 + voc<br />
⎨<br />
⎩vo2<br />
= ± vod / 2 + voc<br />
(6.5)<br />
R E<br />
~<br />
R C<br />
Q2<br />
v ic<br />
Figura 6.2. <strong>Amplificador</strong> <strong>diferencial</strong> con<br />
tensiones en modo <strong>diferencial</strong> y modo común.<br />
Con la definición de las tensiones en modo <strong>diferencial</strong> y modo común, el amplificador <strong>diferencial</strong> tiene dos<br />
ganancias, una en modo <strong>diferencial</strong> (A d ) y otra en modo común (A c ) definidas como<br />
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