Análisis de diseño del amplificador diferencial

Manual de Dispositivos Electrónicos II

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SONORA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

LABORATORIO DE DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS II

PRÁCTICA “ANÁLISIS Y DISEÑO DEL AMPLIFICADOR DIFERENCIAL”

OBJETIVOS
Diseñar un amplificador diferencial con transistores bipolares para una ganancia de voltaje específica y excursiones simétricas de señal. Evaluarteórica y experimentalmente los parámetros AV, Ri y Rsal del amplificador diseñado y deducir al parámetro ganancia de corriente Ai.

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I. ANTECEDENTES TEÓRICOS

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El amplificador diferencial es la base de los amplificadores operacionales y su nombre es debido a que amplifica la diferencia entre las señales aplicadas a sus dos entradas. El arreglobásico es mostrado en la figura 3.1.a.
+VCC +VCC RC1 Vo1 RC2 Vo2 VEE Vi1 Vi2 -VEE VCC

RE -VEE a) b)

Figura 3.1. a) Amplificador diferencial b) Forma de polarizar. El amplificador se descompone para su estudio en dos circuitos equivalentes, para análisis de pequeña señal de acuerdo al modo de operación: modo diferencial (ver figura 3.2), y modo común (ver figura 3.3).

+ + Vid/2 hie iB hfeib 1hoe RC1 Vod/2

Figura 3.2. Circuito equivalente para modo diferencial.
hie + iB Vic 2RE(hfe+1) hfeib 1 hoe Voc RC1 -

Figura 3.3. Circuito equivalente para modo común.

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De los circuitos equivalentes para pequeña señal se obtiene la ganancia de cada uno de los modos de operación, a la relación existente entre la ganancia diferencial y laganancia de modo común se le conoce como factor de calidad del amplificador mejor conocida como “RRMC” (Razón de Rechazo al Modo Común) expresado en decibeles y obtenido mediante la siguiente ecuación: RRMC = 20 Log 10 ΔVd (dB) ΔVc El modo diferencial es el utilizado para amplificar señales (ya sea una sola o la diferencia entre dos señales) mientras que la ganancia en modo común es indispensable. Unamplificador diferencial será mejor mientras más grande sea su ganancia diferencial respecto a su ganancia común.

II. MATERIAL Y EQUIPO EMPLEADO Cantidad Descripción

1 1 1 1 1 2 -

Fuente de d.c. Osciloscopio Generador de señales Multimetro Protoboard Transistor 2N2222A Capacitares a 25 volts Resistencias de ¼ de watt

III. DESARROLLO EXPERIMENTAL

1.- Identifique las terminales Emisor(E), Base (B) y Colector(C) de los transistores y verifique, utilizando el multimetro en la proposición de prueba del diodo, que operen correctamente (pida ayuda al instructor en caso de ser necesario). 2.- Diseñe el amplificador diferencial que proporcione una ganancia en modo diferencial Avd ≥ 100 y una ganancia en modo común ≤1. Para esto, considere el siguiente procedimiento mostrado elfigura 3.4:

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VCC R2 Cb + Vi1 RC CS RL RC CS RL Cb + R1 Re R1 Vi2 R2

RC = RL = 4.7 KΩ Cb = CS = 10μF A 25 v R1 = R2

Figura 3.4 Amplificador Diferencial a) De la expresión AVd =
I R R hFE RC RL = CQ C L , donde n=1 y VT = 25.9 mV, evalué el 2hie 2nVT ≥ 100 para obtener la ganancia diferencial solicitada. Defina un valor a

valor mínimo de ICQutilizar. b) Calcule el voltaje de polarizacion del transistor para excursiones simétricas de señal de la formula VCEQ = I CQ (RC RL + VCEsat ) , donde VCEsat = 0.1V para corrientes de 1 a 2 mA y VCEsat = 0.2 V para corrientes de 3 a 5 mA. c) De la formula de ganancia de modo común AVC = RC RL ≤ 1 , deduzca RE y ajuste su 2 RE

valor a uno comercial. d) Evalué el voltaje de polarizacion de laecuación VCC = I CQ (RC + 2 Re ) + VCEQ

e) Curva característica de hFE vs Ic evalué hFEtip y posteriormente hFEmin =70% hFEtip f) Defina el valor de la resistencia de polarizacion de base de la ecuación R 2h RBB ≤ FE min e 20 Observe que esta considerando un factor de estabilidad con respecto a variaciones hFE del 20%. g) Evalué el voltaje de polarizacion de base de la ecuación ⎛ R ⎞ VBB = I CQ...