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EL AMPLIFICADOR DIFERENCIAL

El amplificador diferencial es un circuito versátil que sirve como etapa de entrada a la mayoría de los amplificadores operacionales. A continuación se presenta su configuración básica.

El circuito tiene dos entradas, v1 y v2, y tres salidas, v01, v02 y (v01 - v02). La característica más importante es el hecho de que idealmente, las salidas son proporcionales a la diferencia entre las dos señales de entrada. Si se definen dos entradas cualquiera como :

donde vdi es la entrada en modo diferencial y vci es la entrada en modo común. Las tensiones originales quedarán definidas como:

El amplificador diferencial (o par diferencial) suele construirse con dos transistores que comparten la misma conexión de emisor, por la que se inyecta una corriente de polarización. Las bases de los transistores son las entradas (I+ e I-), mientras que los colectores son las salidas. Si se terminan en resistencias, se tiene una salida también diferencial. Se puede duplicar la ganancia del par con un espejo de corriente entre los dos colectores.

Aunque esta descripción se basa en transistores de unión bipolar, lo mismo se puede hacer en tecnología MOS ó CMOS.

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.

MODOS DE OPERACION

Como se mencionó anteriormente, los amplificadores operacionales prácticos tienen ganancia de tensión muy alta (típicamente 105), sin embargo esta ganancia varía con la frecuencia. Para contrarrestar esto, se utilizan elementos externos para retroalimentar una porción de señal de la salida en la entrada.Con realimentación, la ganancia de lazo cerrado depende de los elementos de realimentación y no de la ganancia básica de tensión del amplificador operacional. Los circuitos que utilizan amplificadores operacionales, resistores y capacitores, se pueden configurar para realizar diversas operaciones como sumar, restar, integrar, filtrar, comparar y amplificar. Por el momento aquí están los tres modos básicos de operación, inversor, no inversor y diferencial.

MODO INVERSOR

Este es el circuito de ganancia constante más ampliamente usado. La tensión de salida se obtiene al multiplicar la entrada por una ganancia fija constante, establecida por la relación entre Rf y R, resultando invertida esta señal respecto a la entrada.

MODO NO INVERSOR

En este caso la tensión de entrada es aplicada en la terminal no inversora obteniéndose así una tensión de salida proporcional a la tensión de entrada. Nótese que la fase de vo respecto a vi es la misma.

MODO DIFERENCIAL

El caso más general de configuración es una combinación de los dos modos anteriores. Es decir, permitir entrada tanto por la puerta inversora como por la no inversora. La señal de salida será proporcional a la diferencia entre las entradas, y estará en fase con las señales aplicadas

.

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.