El Amplificador Diferencial
El amplificador diferencial es la etapa de entrada característica de un amplificador operacional. No tiene capacitores de acoplamiento ni de paso, lo que implica que esta directamente acoplado. Por esto, puede amplificar cualquier frecuencia incluyendo la señal de DC, que es equivalente a una señal de frecuencia cero. La corriente de cola en un amplificador diferencial se divide exactamente entre los transistores cuando estos son idénticos.
Características de las dos entradas
Cuando los dos transistores de un amplificador diferencial no son idénticos, las dos corrientes de base son diferentes. La corriente de desajuste de la entrada se define como la diferencia entre las dos corrientes de base. La corriente de polarización de la entrada se define como el promedio de las dos corrientes de base. Las hojas de datos especifican Ien(desajuste) e Ien(polarización).
Ecuaciones Importantes
Corriente de cola
No es más que la ley de Ohm aplicada al resistor de cola de un amplificador diferencial. Esta es una aproximación ideal pues supone que todo el voltaje de alimentación VEE esta a través del resistor de cola. Se puede restar 0.7 V de VEE si se quiere mejorar un poco la respuesta.
Corriente de desajuste de entrada
Ien(desajuste) IB1 - IB2
Esta es la definición de la corriente de desajuste de la entrada. Nos dice que es igual a la diferencia entre las dos corriente de base. Dicha diferencia es una indicación de cuanto difieren los valores de βcd. Cuando un amplificador diferencial es perfecto, la corriente de desajuste de entrada es cero.
Corriente de polarización de entrada
Esta es la definición de la corriente de polarización de entrada. Y nos dice que es igual al promedio de las dos corriente de base.
Ganancia de Voltaje de un amplificador diferencial
Razón de Rechazo en Modo Común
Este es un número grande ya que es igual a la ganancia de voltaje diferencial dividido entre la ganancia de voltaje en modo común. El valor indica la eficacia con que el amplificador operacional o el amplificador diferencial discrimina y bloquea una señal en modo común.
Corriente de cola y base
a.- Note el par de resistencias reflectoras (22 Ω) en la Fig. 1 han sido incluidas en el experimento para proporcionar la unión entre los transistores discretos. En la Fig. 1 puede asumir que el hFE típico es 200. Calcule aproximadamente la corriente de cola, anotándola en la Tabla 1, también calcule y anote la corriente de base de cada transistor.
Tenemos:
-15V + IB(47K) + VBE + IE(22) + 2IE(1.5K) = 0
b.- Arme el circuito de la Fig. 1, mida y anote la corriente de cola.
c.- Usando un VOM como amperímetro mida la corriente de base de cada transistor. Si el VOM utilizado no es lo suficiente sensible para medir corriente en microAmperios, entonces use el Osciloscopio con la entrada en DC para medir el voltaje a través de cada resistencia de base y calcule la corriente de base. Anote sus resultados en la tabla 1.
Corriente de desvío (Offset) y de polarización.
a.- Con los datos calculados en la Tabla 1 calcular los valores de la corriente de desvío y la corriente de polarización de entrada. Anote tus respuestas teóricas en la Tabla 2.
Con los datos teóricos :
II0 = 23.45uA - 23.45uA = 0
Con los datos medidos:
IIB = (23.45uA + 23.45uA)/2 = 23.45uA
b.- Con los datos de las medidas en la tabla 1 calcule los valores de I10 y I1B. Anotando sus respuestas experimentales en la tabla 2
Con los datos teóricos:
II0 = 19.5uA - 16uA = 3.5uA
IIB = (16uA + 19.5uA)/2 = 17.75uA
Voltaje de desvío de salida
a.- En la fig. 2 asumir que la base de Q1 esta aterrizada mediante un alambre desviador (jumper) si ambos transistores son idénticos y todos los componentes tienen los valores indicados entonces el voltaje DC de salida tendrá un valor de aproximadamente +7.85V. Para esta parte del experimento cualquier desviación de +7.85 es llamada voltaje de desvío de salida y designado por VO(Desvío).
b.- Arme el circuito de la Fig. 2 con la base de Q1 aterrizada mediante un alambre desviador. Mida el voltaje DC de salida, anotándolo en la Tabla 3. Así mismo calcule el voltaje de salida de desvío de salida VO(Desvío) y anótelo en la tabla 3.
c.- Retire la aterrización de la base de Q1, ajuste el potenciómetro hasta que el voltaje de salida sea +7.85 V.
d.- Mida el voltaje de base de Q1 y anótelo en la tabla 3 como VIO
Ganancia de Voltaje Diferencial
a.- Por efecto de las resistencias reflectoras en la Fig. 3 la ganancia de voltaje diferencial esta dada por RC/2(rE + r'e). Calcule y anote A en la Tabla 4
Hallamos IE:
-15V + IB(100) +VBE + 22(IE) + 1.5K(2IE) = 0
b.- Arme el circuito, coloque el generador de audio en 1 KHz con un nivel de señal de 0.1Vpp
c.- Mida los voltajes de entrada y de salida, calcule y anote el valor experimental de A.
Ganancia de voltaje en Modo Común
a.- Calcule la ganancia de voltaje en Modo común ACM del circuito de la Fig. 3 y anótela en la tabla 4
b.- Ponga un alambre de unión entre las bases de su circuito ya construido de la Fig. 3
c.- Incremente el nivel de señal hasta que el voltaje de salida sea aproximadamente de 0.5 VPP
d.- Mida el voltaje pico a pico de entrada; calcule con los datos obtenidos en c) y la primera parte del presente párrafo el valor experimental de ACM, anote su valor en la Tabla 4.
Razón de Rechazo en Modo Común
a.- Calcule el valor teórico de CMRR, usando los datos calculados previamente de la Tabla 4, anotando su valor
b.- Usando los datos experimentales de la Tabla 4, calcule el valor experimental de CMRR y regístrelo.
Determinación de Fallas
En esta parte del experimento, un cortocircuito colector-emisor significa que los tres terminales del transistor están en cortocircuito en conjunto; un circuito abierto colector-emisor significa que el transistor ha sido retirado del circuito.
a.- En el circuito de la Fig. 3 estime el voltaje DC de salida para cada falla listada en la Tabla 5
b.-Introduzca cada una de las fallas en el circuito, mida y anote los voltajes DC en la Tabla 5
Diseño
a.- Seleccione valores de resistencia para el circuito de la Fig. 3 a fin de obtener una corriente de cola de 3 mA y un voltaje DC de salida de 7.5 V. Anote los valores de mayor cercanía a los estándares en la tabla 53.6
Asumiendo RB = 100 Ω
Para hallar RC :
Para hallar RE:
-15V + IB(100) + VBE +22(IE) +RE(2IE) = 0
b.- Arme el circuito con los valores de su diseño. Mida la corriente de cola y el voltaje DC de salida y anótelos.
DATOS
Tabla 1 (Corriente de Cola y de Base)
Calculado | Medido | |
IT | 9.39mA | 9mA |
IB1 | 23.45mA | 16uA |
IB2 | 23.45mA | 19.5uA |
Tabla 2 (Corrientes de Desvío de entrada y de Polarización)
IIO | 0 | 3.5uA |
IIB | 23.45uA | 17.75uA |
Tabla 3 (Voltajes de Desvío de Entrada y de Salida)
Medido | |
VI(desvío) | 8.2V |
VO(desvío) | 0.35V |
Tabla 4 (Ganancia de Voltaje y CMRR)
Calculado | Medido | |
A | 27.27 | 30 |
ACM | 0.49 | 11.2 |
CMRR | 55.65 | 2.67 |
Tabla 5 (Determinación de Fallas)
Falla | VO Estimado | VO Medido |
Q1 CE en corto | 14V | 14V |
Q1 CE abierto | 1V | 1.3V |
Q2 CE en corto | 0V | 0.2V |
Q2 CE abierto | 14V | 14V |
Tabla 6 (Diseño)
RE | 4.7K |
RC | 5K |
IT | 3mA |
VC2 | 7.5V |
1.- La corriente de cola de la tabla 1 es cercana a:
2.- La corriente de base calculada en la Fig. 1 es aproximadamente
3.- La corriente de polarización de base de la Fig. 1 es aproximadamente
4.- El voltaje de desvío de entrada es el voltaje de entrada que produce:
5.- El CMRR de la tabla 4 es cercano a:
6.- Porque una alta CMRR es una ventaja en un amplificador diferencial
Porque significa que la ganancia de voltaje en modo común se aproxima a cero o lo que significa también que la eficacia con que el amplificador diferencial discrimina o bloquea una señal en modo común.
Detección de Fallas
a.- En el circuito de la Fig. 3 alguien erróneamente usa 150Ω en lugar de 1.5KΩ para la resistencia de cola ¿Cuáles son algunos síntomas DC y AC que puede esperar?
Se puede esperar que la corriente de emisor aumente demasiado pudiendo saturar el transistor y la ganancia de voltaje en AC disminuiría.
En electrónica y particularmente en el contexto de transistores de efecto de campo (FET), el término "Canal N" se refiere a un tipo específico de FET, conocido como FET de canal N. Un FET de canal N es un dispositivo semiconductor que utiliza un material de tipo N (material con exceso de electrones) como canal de conducción entre el terminal de drenaje y el terminal de fuente. Aquí está una explicación detallada del concepto de Canal N en transistores FET:
Estructura del transistor FET: Un transistor de efecto de campo (FET) es un tipo de transistor en el que la corriente entre el terminal de fuente y el terminal de drenaje se controla mediante el voltaje aplicado a una tercera terminal llamada terminal de compuerta. Un FET de canal N es uno de los dos tipos principales de FET, siendo el otro el FET de canal P.
Material de canal N: En un FET de canal N, el canal de conducción entre el terminal de fuente y el terminal de drenaje está formado por un material semiconductor de tipo N. En un material de tipo N, hay un exceso de electrones en la estructura cristalina, lo que le permite conducir la corriente eléctrica cuando se aplica un voltaje adecuado.
Funcionamiento básico: Cuando se aplica un voltaje positivo entre el terminal de fuente y el terminal de drenaje, se crea un campo eléctrico en el material de canal N. Al aplicar un voltaje adecuado a la terminal de compuerta, se forma una región de agotamiento en el canal cerca de la superficie, controlando así el flujo de corriente entre el terminal de fuente y el terminal de drenaje. Cuando la tensión en la terminal de compuerta aumenta, la región de agotamiento se amplía y el flujo de corriente se reduce.
Aplicaciones: Los transistores FET de canal N tienen muchas aplicaciones en electrónica. Son ampliamente utilizados en amplificadores, conmutación de señales y diseño de circuitos integrados. Debido a su alta impedancia de entrada, los FET de canal N son útiles en aplicaciones donde se requiere una entrada de señal de baja corriente, como en amplificadores de alta impedancia.
Ventajas y desventajas: Una ventaja importante de los FET de canal N es que tienen una alta impedancia de entrada, lo que significa que la corriente que fluye hacia la compuerta es muy pequeña. Esto los hace adecuados para aplicaciones de amplificación de señales débiles. Sin embargo, también tienen ciertas limitaciones, como la susceptibilidad a daños electrostáticos y la necesidad de protección contra descargas eléctricas.
Símbolo y notación: En los diagramas esquemáticos, un FET de canal N se representa con un símbolo específico que incluye las terminales de fuente, drenaje y compuerta. El símbolo suele estar etiquetado para indicar si es un FET de canal N o canal P.
En resumen, un FET de canal N es un tipo de transistor de efecto de campo en el que el canal de conducción está formado por un material semiconductor de tipo N. Este tipo de FET se utiliza en una variedad de aplicaciones electrónicas y es especialmente útil en circuitos que requieren alta impedancia de entrada y amplificación de señales débiles.
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