8.9: Construyendo un Amplificador Diferencial

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Circuitos diferenciales de amplificador operacional

Un amplificador operacional sin retroalimentación ya es un amplificador diferencial, amplificando la diferencia de voltaje entre las dos entradas. Sin embargo, su ganancia no se puede controlar, y generalmente es demasiado alta para ser de algún uso práctico. Hasta ahora, nuestra aplicación de retroalimentación negativa a amplificadores operacionales ha resultado en la pérdida práctica de una de las entradas, el amplificador resultante solo es bueno para amplificar una sola entrada de señal de voltaje. Sin embargo, con un poco de ingenio, podemos construir un circuito de amplificador operacional manteniendo ambas entradas de voltaje, pero con una ganancia controlada establecida por resistencias externas.

Si todos los valores de resistencia son iguales, este amplificador tendrá una ganancia de voltaje diferencial de 1. El análisis de este circuito es esencialmente el mismo que el de un amplificador inversor, excepto que la entrada no inversora (+) del amplificador operacional está a una tensión igual a una fracción de V ₂, en lugar de estar conectada directamente a tierra. Como sería razonable, V ₂ funciona como la entrada no inversora y V ₁ funciona como la entrada inversora del circuito amplificador final. Por lo tanto:

Si quisiéramos proporcionar una ganancia diferencial de cualquier cosa que no sea 1, tendríamos que ajustar las resistencias en los divisores de voltaje superior e inferior, necesitando múltiples cambios de resistencia y equilibrando entre los dos divisores para un funcionamiento simétrico. Esto no siempre es práctico, por razones obvias.

Buffer la señal de voltaje de entrada

Otra limitación de este diseño de amplificador es el hecho de que sus impedancias de entrada son bastante bajas en comparación con las de algunas otras configuraciones de amplificador operacional, más notablemente el amplificador no inversor (entrada de extremo único). Cada fuente de voltaje de entrada tiene que impulsar la corriente a través de una resistencia, lo que constituye una impedancia mucho menor que la entrada desnuda de un amplificador operacional solo. La solución a este problema, afortunadamente, es bastante sencilla. Todo lo que necesitamos hacer es “amortiguar” cada señal de voltaje de entrada a través de un seguidor de voltaje como este:

Ahora las líneas de entrada V ₁ y V ₂ están conectadas directamente a las entradas de dos amplificadores operacionales seguidores de voltaje, dando una impedancia muy alta. Los dos amplificadores operacionales de la izquierda ahora manejan la conducción de corriente a través de las resistencias en lugar de dejar que las fuentes de voltaje de entrada (sean cuales sean) lo hagan. La mayor complejidad de nuestro circuito es mínima para un beneficio sustancial.