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Tema 6

TEMA 6
Amplificador diferencial

6.1.- Introducción
El amplificador diferencial es un circuito que constituye parte fundamental de muchos amplificadores y
comparadores y es la etapa clave de la familia lógica ECL. En este tema se describen y analizan diferentes tipos de
amplificadores diferenciales basados en dispositivos bipolares y FET. Se abordan técnicas de polarización yanálisis de pequeña señal introduciendo los conceptos en modo diferencial y modo común que permiten
simplificar el análisis de estos amplificadores. Por último, se presentan y estudian amplificadores diferenciales
integrados complejos que resultan muy útiles como introducción a los amplificadores operacionales.

6.2.- Análisis de un amplificador diferencial básico bipolar
El amplificadordiferencial constituye la etapa de entrada más típica de la mayoría de los amplificadores
operaciones y comparadores, siendo además el elemento básico de las puertas digitales de la familia lógica ECL.
En la figura 6.1.a aparece la estructura básica de este amplificador. Uno de sus aspectos más importantes es su
simetría que le confiere unas características muy especiales de análisis y diseño. Porello, los transistores Q1 y Q2
deben ser idénticos, aspecto que únicamente se logra cuando el circuito está fabricado en un chip. Realizar este
amplificador con componentes discretos pierde sus principales propiedades al romperse esa simetría. A
continuación se realiza un análisis de este amplificador, primero en continua y luego en alterna donde se
introducen los conceptos de configuración enmodo común y modo diferencial.
V CC

V CC

RC

RC

IC

vo1

vi1

vo2

~

Recta de carga estática

R C+2RE

Q2

Q1

+

VCC

+

~

vi2

Q

ICQ

IBQ

RE

—V CC

VCEQ

a)

b)

2VCC

VCE

Figura 6.1. a) Amplificador diferencial básico y b ) recta de carga estática.

I.S.B.N.:84-607-1933-2

Depósito

Legal:SA-138-2001

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ElectronicaBásica para Ingenieros

6.2.1.- Análisis en continua
En el caso de que vi1 y vi2 sean componentes de pequeña señal, y suponiendo que hFE>>1, entonces se puede
extraer del circuito de la figura 6.1.a la siguiente relación
0 ≈ VBE + (I E1 + I E 2 )R E − VCC

(6.1)

La simetría del circuito y el hecho de que Q1 y Q2 son transistores idénticos hace que IE1=IE2=IE de forma
que
V − VBE
I E≈ I C = CC
2R E

(6.2)

La ecuación de recta de carga estática se obtiene aplicando KVL a la malla colector-emisor de los
transistores:
2 VCC ≈ VCE + I C ( R C + 2 R E )

(6.3)

Esta recta se encuentra dibujada en la figura 6.1.b. La situación del punto de trabajo define los límites de
variación de señal de entrada y el rango de funcionamiento lineal permisible. La máxima amplitud desalida se
consigue cuando VCEQ=VCC.

6.2.2.- Análisis de las configuraciones en modo común y diferencial
La simetría del amplificador diferencial permite simplificar su
análisis convirtiendo las tensiones de entrada en tensiones de
entrada de modo común y modo diferencial. Además, estos
conceptos están en consonancia con las aplicaciones típicas del
amplificador operacional que se sueleutilizar para amplificar la
diferencia entre las dos señales de entrada. La tensión de entrada
en modo diferencial (vid) y modo común (vic) se definen como
v id = v i1 − v i 2

v i1 + v i 2

v ic =
2


o

v i1 = v id / 2 + v ic

v i 2 = ±v id / 2 + v ic

VCC

RC

RC
vo1

vo2
Q1

Q2

RE
(6.4)

+

+

~

A su vez, estas tensiones vid y vic dan lugar a dostensiones
de salida, en modo diferencial (vod) y modo común (voc), definidas
de una manera similar como
vod = vo1 − vo2

vo1 + vo2

voc =
2


VCC

vid/2

~
VCC
vic

o

vo1 = vod / 2 + voc

vo2 = ±vod / 2 + voc

(6.5)

–vid/2

~

Figura 6 . 2. Amplificador diferencial con
tensiones en modo diferencial y modo común.

Con la definición de las tensiones en...