INFORME DE LABORATORIO #07 AMPLIFICADOR DIFERENCIAL UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA ELECTRÓNICA BÁSICA − LABORATORIO BOGOTÁ 2004 INTRODUCCIÓN Este informe invita al lector a conocer de una manera concisa el estudio del circuito formado por un par de transistores bipolares acoplados por emisor, como una poderosa herramienta, en el uso electrónico como comparador de señales. Brevemente conoceremos que pasos seguimos estrictamente en la práctica desde que se entró en la sala del laboratorio, hasta el momento en el que se finalizo la práctica. De una manera secuencial veremos paso a paso como manipulamos los artefactos, con ayuda de ilustraciones. Así se podrá entender de una manera concisa, al tener una ilustración de cada cosa que acontece para tratar de remediar la ausencia de masa al detallar por medio de la descripción en la redacción de este trabajo. Por ultimo queda nuestra expectativa hacia el lector de que al mediante la lectura, reciba con agrado lo que hemos plasmado en este informe de laboratorio; como la comprensión sea oportuna en cada línea que cuidadosamente hemos redactado. OBJETIVOS • Identificar y manejar diferentes instrumentos de medición. • Reconocer, identificar los errores en un trabajo. • Presentar adecuadamente el informe de un trabajo experimental. • Analizar los resultados experimentales. • Conocer las diversas técnicas implementadas en el laboratorio. • Formar una capacidad de análisis critica, para interpretar de una manera optima los resultados obtenidos, de una forma lógica como analítica. MARCO TEÓRICO

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CIRCUITO DE AMPLIFICADOR DIFERENCIAL El circuito de amplificador diferencial es una conexión muy popular y se utiliza en circuitos integrados. Esta conexión puede describirse considerando al amplificador diferencial básico que se muestra en la figura izquierda. Observe que el circuito tiene dos entradas separadas, dos salidas separadas y que los emisores están conectados juntos. Aunque la mayoría de los circuitos de amplificador diferencial utilizan dos alimentaciones de voltaje separadas, el circuito también puede operarse con una sola alimentación. Son posibles varias combinaciones de la señal de entrada. Si se aplica una señal a alguna entrada, estando la otra entrada conectada a tierra, dicha operación se le llama con una sola terminal. Si se aplican dos señales de entrada de polaridad opuesta, a la operación se le llama de doble terminal. Si se aplica la misma entrada a ambas entradas, a la operación se le llama de modo común. En la operación de una sola terminal se aplica una sola señal de entrada. Sin embargo, debido a la conexión de emisor común, la señal de entrada opera en ambos transistores dando como resultado una salida en ambos colectores. En la operación de doble terminal se aplican dos señales de entrada, y la diferencia de las entradas tiene como resultado salidas en ambos colectores, que son la diferencia de las señales aplicadas en ambas entradas. En la operación en modo común, la señal de entrada común da como resultado señales opuestas en cada colector, cancelándose estas señales, debido a que la señal de salida resultante es cero. Desde un punto de vista práctico, las señales opuestas no se cancelan completamente, pero dan como resultado una señal pequeña.

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La característica principal del amplificador diferencial es la gran ganancia cuando se aplican señales opuestas a las entradas, en comparación a la pequeña ganancia resultante de las entradas comunes. La relación de esta ganancia diferencial respecto a la ganancia en modo común se llama rechazo en modo común. POLARIZACIÓN Consideremos primero la operación de polarización del circuito de la figura superior. Con entradas de ac que se obtuvieron de fuentes de voltaje, el voltaje de dc en cada entrada está esencialmente conectado a 0 V, como se muestra en la figura izquierda; Con cada voltaje de base a 0V, el voltaje de polarización de emisor común es: La corriente de polarización del emisor es entonces: Suponiendo que los transistores están bien pareados (Como sucedería en IC). Dando como resultado un voltaje de colector de OPERACIÓN EN AC DEL CIRCUITO En la figura de la izquierda de conexión de ac del amplificador diferencial; se indica una conexión de ac para un amplificador diferencial. Se aplican señales de entrada separadas como y con salidas separadas, resultando como y . Para analizar en ac el circuito vuelve a dibujarse como en la figura superior de la siguiente hoja. Cada transistor se remplaza por su equivalente en ac.

GANANCIA DE VOLTAJE EN UNA SOLA TERMINAL Para calcular la ganancia de voltaje de ac en una sola terminal se aplica la señal a una entrada, en tanto la otra está conectada a tierra como se muestra en la figura izquierda; El equivalente en ac de esta conexión es la figura siguiente. La corriente de la base puede calcularse utilizando la ecuación de la LVK (Ley de voltaje de Kirchhoff) en la base 1 de entrada. Si se supone que los dos transistores están bien pareados. Con muy grande (idealmente infinito), el circuito para obtener la ecuación de la LVK se simplifica al de la grafica superior de la siguiente hoja.

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De la cuál podemos escribir: Por lo que Si también suponemos que Entonces Y la magnitud del voltaje de salida en ambos colectores es: Por lo que la magnitud de la ganancia de voltaje de una sola terminal en uno u otro colector es: MATERIALES 2 Transistores 2N 2222. 1 Multímetro. 3 Resistencias 2 x 39K, 33K. 1 Protoboard. 2 Cables de DC. 1 Cable de Poder. 1 Fuente dc. 1 Fuente ac. 1 Cable para ac. PROCEDIMIENTO Construimos el montaje mostrado en la figura de la izquierda. Que consiste en un par de transistores acoplados por emisor, y con una fuente de ac por una sola terminal. El laboratorio consistió 4

En tomar diferentes voltajes intercambiando las resistencias de emisor y de colector. Conectamos la fuente reguladora de voltaje; empezamos a variar la amplitud y la frecuencia para determinar los cambios respectivos, en las señales de salida; y se comenzó a hacer el análisis de los datos para calcular la ganancia resultante. Dejamos la frecuencia en un valor frecuencia fija de 2.9 KHz. y variamos la amplitud de onda, desde la fuente variable, y en el osciloscopio se observaron las tensiones medidas pico a pico con las cuales adquirimos el valor de la ganancia. Con el fin de completar la siguiente tabla. 30371,6814 30371,6814 13805,3097 30371,6814

39 18 39 18

33 33 15 33

200 200 200 200

3,424E−04 3,424E−04 7,533E−04 3,424E−04

1,712E−04 1,712E−04 3,767E−04 1,712E−04

7,4 3,6 0,12 7,84

0,9 0,8 0,8 0,9

3700 1800 60 3920

0,002 0,002 0,002 0,002

151,858407 151,858407 69,0265487 151,858407

Para calcular la ganancia efectuamos: Para calcular desarrollamos el siguiente cálculo; para el del ejemplo del montaje. Donde tenemos que, con de 200 en el transistor medido con el voltímetro: CONCLUSIONES El circuito formado por un par de transistores bipolares acoplados por emisor o amplificador diferencial, es una poderosa herramienta, en el uso electrónico como comparador de señales. La característica principal del amplificador diferencial es la gran ganancia cuando se aplican señales opuestas a las entradas, en comparación a la pequeña ganancia resultante de las entradas comunes. La relación de esta ganancia diferencial respecto a la ganancia en modo común se llama rechazo en modo común. Para la configuración de base común, los valores típicos de varían desde unos cuantos ohms hasta un máximo de aproximadamente 50 Para la configuración de base común, los valores típicos de están en el rango de los megaohms. En general, para la configuración de base común, la impedancia de entrada es relativamente pequeña y la impedancia de salida es muy grande. Para la configuración de emisor común, los valores típicos de definidos mediante , están en el rango desde unos cuantos cientos de ohms al rango de los kilohms con valores máximos de aproximadamente 6 a 7 kilohms. Al conectar una de las terminales, a una sola Terminal de entrada, con la otra Terminal conectada a tierra, 5

obtenemos que la salida tiene la misma polaridad de la señal aplicada en la entrada. Al dejar un valor de frecuencia constante, en el que pueden ser observadas un par de ondas en el osciloscopio iguales, en que el valor de la frecuencia no corte la señal de salida, ambas siempre deben ser iguales y completas para realizar un buen análisis. Cuando tenemos una resistencia en el emisor muy baja respecto a la resistencia del colector encontramos que la ganancia es muy mínima, para determinar valores considerables de ganancia debemos tener unos valores de resistencias muy cercanas y de mayor valor en el emisor.

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