5.16: Amplificador Diferencial
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PARTES Y MATERIALES
- Dos baterías de 6 voltios
- Dos transistores NPN: se recomiendan los modelos 2N2222 o 2N3403 (Radio Shack catálogo # 276-1617 es un paquete de quince transistores NPN ideal para este y otros experimentos)
- Dos potenciómetros de 10 kΩ, de una sola vuelta, conicidad lineal (Radio Shack catálogo # 271-1715)
- Dos resistencias de 22 kΩ
- Dos resistencias de 10 kΩ
- Una resistencia de 100 kΩ
- Una resistencia de 1.5 kΩ
Los valores de resistencia no son especialmente críticos en este experimento, pero se han elegido para proporcionar una ganancia de alto voltaje para un comportamiento de amplificador diferencial “similar a un comparador”.
Referencias cruzadas
Lecciones En Circuitos Eléctricos, Volumen 3, Capítulo 4: “Transistores de Unión Bipolar”
Lecciones En Circuitos Eléctricos, Volumen 3, Capítulo 8: “Amplificadores Operacionales”
Objetivos de aprendizaje
- Diseño básico de un circuito amplificador diferencial.
- Definiciones de trabajo de voltajes diferenciales y de modo común
Diagrama esquemático
Ilustracion
INSTRUCCIÓN
Este circuito forma el corazón de la mayoría de los circuitos amplificadores operacionales: el par diferencial. En la forma aquí mostrada, es un amplificador diferencial bastante crudo, bastante no lineal y asimétrico con respecto al voltaje de salida versus voltaje (s) de entrada. Sin embargo, con una ganancia de alto voltaje creada por una gran relación de resistencia colector/emisor (100 kΩ/1.5 kΩ), actúa principalmente como un comparador: el valor de voltaje de salida cambia rápidamente a medida que las dos señales de voltaje de entrada se acercan a la igualdad.
Mida el voltaje de salida (voltaje en el colector de Q 2 con respecto a tierra) a medida que se varían los voltajes de entrada. Observe cómo los dos potenciómetros tienen diferentes efectos sobre el voltaje de salida: una entrada tiende a accionar la tensión de salida en la misma dirección (no inversora), mientras que la otra tiende a accionar la tensión de salida en la dirección opuesta (invirtiendo). Esta es la naturaleza esencial de un amplificador diferencial: dos entradas complementarias, con efectos contrarios en la señal de salida. Idealmente, el voltaje de salida de dicho amplificador es estrictamente una función de la diferencia entre las dos señales de entrada. Este circuito queda considerablemente por debajo del ideal, ya que incluso una prueba superficial revelará.
Un amplificador diferencial ideal ignora todo el voltaje de modo común, que es cualquier nivel de voltaje común a ambas entradas. Por ejemplo, si la entrada inversora está a 3 voltios y la entrada no inversora a 2.5 voltios, el voltaje diferencial será de 0.5 voltios (3 - 2.5) pero el voltaje de modo común será de 2.5 voltios ya que ese es el nivel de señal de entrada más bajo. Idealmente, esta condición debería producir el mismo voltaje de señal de salida que si las entradas estuvieran ajustadas a 3.5 y 3 voltios, respectivamente (diferencial de 0.5 voltios, con un voltaje de modo común de 3 voltios). Sin embargo, este circuito no da el mismo resultado para los dos escenarios de señal de entrada diferentes. En otras palabras, su voltaje de salida depende tanto del voltaje diferencial como del voltaje de modo común.
Por imperfecto que sea este amplificador diferencial, su comportamiento podría ser peor. Observe cómo los potenciómetros de señal de entrada han sido limitados por resistencias de 22 kΩ a un rango ajustable de aproximadamente 0 a 4 voltios, dado un voltaje de alimentación de 12 voltios. Si desea ver cómo se comporta este circuito sin ninguna limitación de señal de entrada, simplemente omita las resistencias de 22 kΩ con cables puente, lo que permite un rango completo de ajuste de 0 a 12 voltios de cada potenciómetro.
¡No te preocupes por generar calor excesivo mientras ajustas los potenciómetros en este circuito! A diferencia del circuito de espejo de corriente, este circuito está protegido de la fuga térmica por la resistencia del emisor (1.5 kΩ), que no permite suficiente corriente de transistor para causar ningún problema