Laboratorio Amplificador Diferencial
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UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
LABORATORIO ELECTRÓNICA II
Grupo 1
Martha Aurora González Jaramillo 20101005061 Miguel Angel Sastoque Caro 20101005072 César Aníbal Echeverry Moreno 20101005059
Profesor: José Hugo Castellanos
AMPLIFICADOR DIFERENCIAL
1. OBJETIVOS Analizar el funcionamiento de un amplificador diferencial teniendo en cuenta
las ganancias diferenciales y de modo común. Observar los efectos de polarizar por medio de un espejo de corriente un
amplificador diferencial. Identificar el efecto que produce introducir una carga activa al amplificador
diferencial. Reconocer la importancia de utilizar transistores de un mismo circuito
integrado para implementar un amplificador diferencial con espejo de corriente y cargas activas.
2. MARCO TEÓRICO
El amplificador diferencial constituye la etapa de entrada más típica de la mayoría de los amplificadores operacionales y comparadores, siendo además el elemento básico de las puertas digitales de la familia lógica ECL. Uno de sus aspectos más importantes es su simetría, por ello, los transistores Q1 y Q2 deben ser idénticos, lo cual un circuito integrado (ca3086) nos proporciona.
Figura 1.Amplificador diferencial básico y recta de carga
La ganancia en tensión en modo diferencial de este amplificador es
Figura 2. Modelo a pequeña señal Amplificador diferencial
La ganancia en modo común debido a una resistencia equivalente de 2RE:
Figura 3. Modelo pequeña señal modo común
Un amplificador diferencial ideal tiene una tensión de salida proporcional a vid y no depende del componente en modo común (Ac=0). En la práctica no sucede así y para medir esa desviación se introduce el concepto de relación de rechazo en modo común CMRR y se define como la relación entre la ganancia en modo diferencial y modo común: CMRR= (Ad/Ac)
Para obtener un CMRR elevado, una alternativa que se utiliza en la práctica consiste en sustituir la resistencia RE por una fuente de corriente, ya que esta presenta una impedancia interna muy alta. Así mismo, cuando hay un incremento de corriente en un transistor, se origina una disminución de corriente en la misma proporción en el otro transistor
Figura 4. Amplificador diferencial con carga activa y curva característica
3. DISEÑO
Para un VCC=24v y un ICQ=0,5 mA
Características CA3086 tomadas del datasheet hfe:100
Circuito:
Amplificador Diferencial Basico Amplificador Diferencial Con Espejo de Corriente
Q11
2N2222*
Q12
2N2222*
R218kΩ
VCC12V
VEE-12V
R2216kΩ
R2316kΩ
R24660kΩ
R25660kΩ
Q13
2N2222*
Q142N2222*
VCC12V
VCC
12V
R2616kΩ
R2716kΩ
R28660kΩ
R29660kΩ
C710µF
R30
22.2kΩ Q15
2N2222*
Q16
2N2222*VEE
-12V
Amplificador Diferencial en el integrado LM723
Q1
2N2222*
Q22N2222*
VCC12V
VCC
12V
R3660kΩ
R4660kΩ
C510µF
R5
22.2kΩ Q7
2N2222*
Q8
2N2222*VEE
-12V
Q9
2N3906
Q10
2N3906
Q17
2N3906
Q18
2N3906 R1
22.2kΩ
R2
22.2kΩ
VEE-12V
VEE-12V
3. SIMULACIÓN Circuito Desbalanceado
Circuito Balanceado
4. DESARROLLO PRÁCTICA
a) Verificar la conexión de los instrumentos de trabajo de laboratorio y montar los circuitos correspondientes en protoboard, con el uso del integrado ca3086, transistores y resistencias, con condiciones (Icq=0.5ma y v=24v) y verificar correcta polarización
b) Aplicar vi=vpsenwt a base 1, con base 2 a tierra AC (Utilizar un condensador) Obtener Ad
Medida Av1
Teórica Av1 Error
Medida Av2
Teórica Av2 Error Medida Teór Error
0,096 -2,64 2,86 -27,50 -131,99 79,17 29,79 131,99 77,43 -57,29 -263,98 78,30
Ad BalanceadaAd DesbalanceadaVi (V) Vo1 (V) Vo2 (V)
c) Aplicar en ambas entradas vi=vpsenwt. Obtener Ac y el CMRR
Medida Av1
Teórica Av1 Error
Medida Av2
Teórica Av2 Error Medida Teór Error
2,2 -1,88 -1,92 -0,85 -0,85 0,42 -0,87 -0,85 2,55 -1,73 -1,70 1,48
Vi (V) Vo1 (V) Vo2 (V)
Ac Desbalanceada Ac Balanceada
medido teorico error33,169 155,100 78,615
CMRR
d) Cambiar Re por una fuente de corriente constante (utilizar espejo de corriente básico) para las mismas condiciones del paso 1. Repetir pasos 2 y 3. Con estos resultados comparar los CMRR
Medida Av1
Teórica Av1 Error
Medida Av2
Teórica Av2 Error Medida Teór Error
0,148 -4,56 4,12 -30,81 -131,99 76,66 27,84 131,99 78,91 -58,65 -263,98 77,78
Vi (V) Vo1 (V) Vo2 (V)
Ad Desbalanceada Ad Balanceada
Medida Av1
Teórica Av1 Error
Medida Av2
Teórica Av2 Error Medida Teór Error
5,68 -1,6 -1,64 -0,28 -0,06 340,14 -0,29 -0,06 351,14 -0,57 -0,13 345,64
Vi (V) Vo1 (V) Vo2 (V)
Ac Desbalanceada Ac Balanceada
medido teorico error102,82 2062,34 95,01
CMRR
medido teoricofactor relacion 3,10 13,30
e) Cambiar Rc por una carga activa, utilizando espejo de corriente ( usando transistores PNP con características similares a los del arreglo CA3086), obtener la Ad y comparar con la obtenida en paso 2, comentar y concluir
Medida Av1Teórica Av1 Error
Medida Av2
Teórica Av2 Error Medida Teór Error
0,086 -3,91 3,84 -45,47 -273,41 83,37 44,65 273,40 83,67 -90,12 -546,82 83,52
Vi (V) Vo1 (V) Vo2 (V)
Ad Desbalanceada Ad Balanceada
Medida Av1Teórica Av1 Error
Medida Av2
Teórica Av2 Error Medida Teór Error
3,65 -1,74 -1,65 -0,48 -0,13 261,15 -0,45 -0,13 242,47 -0,93 -0,26 251,81
Vi (V) Vo1 (V) Vo2 (V)
Ac Desbalanceada Ac Balanceada
f) Utilizando un amplificador diferencial constitutivo de un mismo microcircuito (circuito integrado LM723), obtener Ac, Ad y el CMRR (vcc=+/- 12 v) y comparar con lo obtenido en el paso 5, ¿cual muestra mejores resultados? Explicar
Ad Balanceada
Medida Av1 Medida Av2 Medida
0,056 -8 7,76 -142,86 138,57 -281,43
Vi (V) Vo1 (V) Vo2 (V)Ad Desbalanceada
AC Balanceada
Medida Av1 Medida Av2 Medida
5,32 -0,34 -0,34 -0,06 -0,06 -0,13
Vi (V) Vo1 (V) Vo2 (V)AC Desbalanceada
CMRR 3medido
2201,76
LM723 Punto 5 factor LM723 Punto 5 factor LM723 Punto 5 factor-281,43 -90,12 3,12284 -0,13 -0,26 0,5 2201,76 97,03 22,692041
Ac cmrrAd
5. IMÁGENES OSCILOSCOPIO
Ganancia diferencial punto 2 Ganancia común punto 2
Ganancia diferencial con espejo Ganancia común con espejo de corriente de corriente
Ganancia diferencia LM723 Ganancia común LM723
6. ANÁLISIS DE DATOS: Al implementar un espejo de corriente básico en remplazo de la resistencia de
emisor del amplificador diferencial, se presenta una disminución del factor de rechazo de modo común (CMRR) en un factor de aproximadamente 3 en la práctica y de aproximadamente 13 teóricamente.
En el LM723, se presenta una ganancia diferencial mayor y una ganancia en modo común menor, esto se ve reflejado en el CMRR que aumenta en un factor de 22 veces.
Se observa como la ganancia de modo diferencial aumenta cuando las resistencias de colectores son cambiadas por cargas activas en una relación de 1,5 aproximadamente, pero esto se ve contrarrestado por un aumento de la ganancia de modo común en un factor de 1,6 aproximadamente con lo cual el CMRR se mantiene comparativamente igual en la práctica.
7. CONCLUSIONES
Cuando se implementa un espejo de corriente en cambio de la resistencia de emisor se produce un aumento de CMRR debido a que se remplaza la impedancia vista en el emisor por la impedancia de salida del espejo de corriente, esto minimizando la ganancia común.
Utilizando el amplificador diferencial contenido en el circuito integrado LM723 se obtiene un mejor desempeño medido por el CMRR debido a que en este circuito integrado se usa una carga activa y un espejo de corriente, con esto la impedancia se incrementa y es más estable por el hecho de que se encuentra dentro del mismo microcircuito.
Al implementar una carga activa los valores de CMRR aumentan ligeramente puesto que tanto la ganancia diferencial como la ganancia común aumentan, aun así en la práctica este amplificador diferencial presenta un mejor desempeño dado que su impedancia de salida es más alta y la ganancia diferencial aumenta.
8. BIBLIOGRAFÍA
Electrónica básica para ingenieros, Gustavo Ruiz Circuitos Microelectrónicos, Rashid&Thompson Circuitos Microelectrónicos, Sedra Electrónica: Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos, Robert Boylestad
9. ANEXOS