AmplificadoresDiferenciales

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Universidad Nacional Experimental
Politécnica de la Fuerza Armada
Núcleo Maracay
Departamento de Telecomunicaciones
Asignatura: Electrónica II

Amplificadores Diferenciales

Elaborado por
Ing. César A. González G.

Maracay, Septiembre de 1999
Última revisión: Mayo de 2002
Ing. César González - Electrónica II

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Amplificadores Diferenciales
Introducción
El amplificador diferencial es unaconfiguración especial de dos transistores
que se encuentra en muchos circuitos electrónicos de baja y alta frecuencia
tanto analógicos como digitales. Constituye la etapa de entrada de los
amplificadores operacionales de circuito integrado, proporcionando una
polarización estable con alta ganancia y gran impedancia de entrada.
Una polarización estable en un amplificador de un solo transistorrequiere
que se inserte una resistencia grande entre el nodo común del dispositivo
activo y el canal de alimentación o de tierra. Sin embargo, este mecanismo
de estabilización también reduce la ganancia en pequeña señal. Este
problema puede aliviarse colocando un capacitor en paralelo con dicha
resistencia, lo cual no altera la polarización en dc y mantiene un valor de
ganancia adecuado para señales defrecuencias medias y altas.
No obstante, la solución del capacitor de desacoplo no es óptima porque no
tiene efecto a frecuencias bajas, donde se reduce considerablemente el
valor de la ganancia del amplificador. Por otra parte, este capacitor es
típicamente un elemento discreto grande que ocuparía una superficie
valiosa dentro de un circuito integrado.

Topología del amplificador diferencial
VccCarga 1

Carga 2
Vo

Dispositivo inversor

+

Q1

Q2

Dispositivo de derivación

Nodo común

Vi
Fuente de
corriente dc
-Vcc

Ing. César González - Electrónica II

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La figura anterior muestra la topología básica del amplificador diferencial,
en esta se adiciona un segundo dispositivo activo en paralelo con el
amplificador inversor. Ambos dispositivos comparten el nodo común con
una fuente decorriente constante que da estabilidad a la polarización.
El segundo dispositivo proporciona una trayectoria de derivación de baja
impedancia a tierra, requerida para obtener una ganancia grande a todas
las frecuencias de señal, sin usar un capacitor de desacoplo discreto.

Ganancia del amplificador diferencial
La simetría de esta topología permite que se puedan aplicar de manera
simultánea señales deentrada a ambos dispositivos, tal como se muestra a
continuación. Dando origen a la topología real del amplificador diferencial.
Vcc
Carga 1

Carga 2

Vo

+

Q1

Q2

+

V1

V2
RN
-Vcc

En un amplificador diferencial la señal de salida debería ser proporcional a
la diferencia de las señales de entrada. En la práctica las señales consiguen
una trayectoria de modo común adicional a la trayectoriadiferencial.
Por tanto,

Vo = Ad (V2 – V1) + Ac

V1 + V 2
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El factor que multiplica la diferencia entre las señales de entrada se llama
ganancia diferencial (Ad), mientras que el factor que multiplica el promedio
de éstas es llamado ganancia de modo común (Ac).

Ing. César González - Electrónica II

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Aún cuando la técnica de polarización por fuente de corriente constante
reduce notablemente laganancia de modo común, siempre habrá una
trayectoria de derivación a tierra por medio de su resistencia de Norton.
Es posible medir la ganancia diferencial haciendo V1 = -V2 , de modo que
Vo = 2 V1 Ad. De forma parecida, si se hace V1 = V2 , entonces se puede
medir la ganancia de modo común Ac como Vo / V1 .
Existe un valor de mérito llamado relación de rechazo de modo común,
usado paracaracterizar a los amplificadores diferenciales y se define como:
CMRR   

Ad
Ac

Un amplificador diferencial puede implementarse a partir de cualquier par
de dispositivos activos de tres terminales, incluyendo válvulas de vacío,
BJT, MOSFET, JFET, MESFET e incluso fototransistores.

Amplificador Diferencial BJT
Vcc

RC

RC
Vo
Q1

+

Q2

+

V1

V2
RN
-Vcc

Si V1 = -V2 entonces la ganancia diferencial...