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Electrónica Analógica II.
BIOINGENIERIA
Amplificadores Diferenciales
Contenido
Generalidades
Definiciones
Cálculo de Ganancias
Factor de Mérito
Mejoras
Generalidades
El AD discreto es la estructura básica de
muchos circuitos integrados en particular de
A.O.
Es conocido como amplificador de
acoplamiento directo o amplificador de CC.
El nombre de diferencial, es porque amplifica
la diferencia entre dos señales.
Utiliza como elemento activo a transistores
bipolares y FET.
Estructura Básica universal Considerando salida diferencial
(Vo2 -Vo1)
Vo1=Ad (Vi2- Vi1)
Vo2=Ad (Vi1- Vi2)
Siendo Ad la
Ganancia Diferencial
Vo2 -Vo1= 2Ad (Vi1- Vi2)
Considerando salida única Vo=Vo1=Ad (Vi2- Vi1)
La entrada correspondiente Vi1 = V1 será Inversora
y Vi2 = V2 no inversora
Ganancias Diferencial y Ganancia de Modo Común
Hasta ahora se ha supuesto que la salida
depende solo de la tensión diferencial aplicada
a la entrada. Sin embargo en AD real la salida
también depende del umbral de tensión común
a las dos entradas.
La expresión general del valor de la salida
será:
Vo= Amd vemd+ Amc vemc
Siendo Amc: Ganancia de modo común
Amd: Ganancia de modo diferencial
Vemd : Tensión de modo diferencial y vale:
Vemd= V2-V1
Vemc: Tensión de modo común y vale:
Vemc= (V2+V1)/2
Es decir, despejando V1 y V2 de Vemd y Vemc
Se puede expresar :
V2= Vemc+ Vemd/2
V1= Vemc - Vemd/2
Las señales de entrada V1 y V2 se pueden
esquematizar circuitalmente con el siguiente
esquema
Esquema circuital de las señales de entrada
Consideraciones
El AD se diseña para amplificar la diferencia
de las señales de entrada y rechazar las
señales de modo común. Siendo estas
indeseables.
La señal de modo común aparece con igual
magnitud en ambas entrada, es decir está
contenida en ambas entradas.
Ejemplo: Amplificador de ECG
Los electrocardiógrafos deben amplificar señales
diferenciales del orden de 1mV y rechazar señales de
modo común de 50 Hz de varias decenas de volt.
Cálculo de Ganancias. Avmc
Vo= Avmd Vemd + Avmc Vemc
Siendo Vemd=0
Avmc= |Vo/V1|= |Vo/V2|
Aplicamos Modo Común puro V1= V2
Cálculo de Ganancia de Modo Común
En ca
RE
RC
REhfehieib
ibhfeRC
V
VoAvmc
2]2)1([1
Cálculo de Ganancias. Avmd
Aplicamos Modo diferencial puro V1=-V2
Vemc=0
Vemd= V2-V1=-2V1
|12|
||
||
||
V
Vo
Vemd
VoAvmd
Ganancia de Modo Diferencial
hie
hfeRC
ibhie
hfeibRC
V
VoAvmd
2212
En ca
Factor de Mérito
Reemplazando los valores de Avmd y Avmc, resulta
hie
hfeRERRMC
Mejoras en el AD discreto
Impedancia de entrada al modo diferencial
que ve la Vemd, resulta ser:
Z entrada= 2 Zent de cada rama, es decir:
Z entrada= 2hie
Mejoras en la Impedancia de entrada
Es deseable que la Zentr al modo diferencial
sea alta, y se puede mejorar de varias
maneras.
Incorporando resistencias en la base y el
emisor
)]1(1[2 hfeREhieRbZe •Esta mejora de la impedancia trae como consecuencia
una disminución de la ganancia de modo diferencial
•Linealiza la Avmd
)1(2]1)1([2 hfeRERb
hfeRc
REhfehieRb
hfeRcAvmd
Mejora en la impedancia de entrada
Utilizando Transistores Darlington
•Una conexión muy popular de dos transistores de unión
bipolar para operar como un transistor con “superbeta” es
la conexión Darlington.
•La principal característica de la conexión Darlington es
que el transistor compuesto actúa como una unidad
simple con una ganancia de corriente que es el producto
de las ganancias de corriente de los transistores
individuales βD =β2
•Si la conexión se realiza mediante el uso de dos
transistores distintos con ganancias de corriente de β1 y
β2, la conexión Darlington proporcionará una ganancia
de βD =β1. β2
Con Transistores del mismo Tipo
Con Transistores de distinto Tipo
Impedancia de entrada en Darlington
1
1
11
12
211211 2
2525)1( hie
I
mVhfehie
IHFE
mVHFEhfehiehiehfehieZe
cc
hieZentrMD 4
Mejora de la Z entrada
Utilizar Transistores FET
Mejora en la RRMC Para que AD sea de calidad aceptable es
necesario que la RRMC tenga como mínimo un
valor de 1000.
De acuerdo a la ecuación de
parecería que aumentando el valor de RE se logra
aumentar la RRMC. Sin embargo esto no es así,
pues si:
RE ↑, IC ↓ y en consecuencia IB ↓ y hie ↑, no
mejorando la RRMC.
La manera es aumentar la RE sin modificar la
corriente de reposo, por lo cual se utiliza otro
circuito.
hie
hfeRERRMC
Mejora de la RRMC
Un método común para incrementar el valor
en ac de RE es utilizar un circuito de fuente
de corriente constante.
La resistencia vista desde
el emisor es el de la
fuente de corriente.
Análisis de la Resistencia de la FC Análisis en ca con parámetros híbridos
)]()(
1[2
)()1
(2
)(1
2
)(0)()(
REhoe
hfe
RERBhie
RERE
hoeisV
REhoe
hfeibRE
hoeisV
REibishoe
hfeib
hoeisV
RERbhie
isREibREibisRBhieib
Considerando RE>>RB+hie → )1(1
hfehoe
Rs
Consideraciones generales
• Si se utiliza transistores Darlington, se aumenta
considerablemente la Avmd y la RRMC.
•Reemplazando RC por fuentes de corrientes,
también se aumenta la Avmd.
• El diseño de un AD discreto resulta muy complejo
para que sea de buena calidad (desequilibrio entre
características de los transistores, compensación
térmica, etc). Por ese motivo se utiliza las técnicas
de los CI. Donde las características y las
variaciones térmicas son muy similares dado que se
hayan muy próximos y en un mismo sustrato.
Consideraciones generales •Las unidades comercialmente disponibles
también utilizan transistores JFET y MOSFET para
construir este tipo de circuitos.
•Al circuito integrado (CI) que contiene un AD
construido con FET (en las entradas) y transistores
bipolares (Bi)(en la FC), se le conoce como BIFET.
•Un CI construido con transistores, tanto por Bi y
MOSFET se le conoce como BiMOS
•Al circuito construido por medio de transistores
MOSFET de tipo complementario se le denomina
circuito CMOS.
Configuraciones circuitales
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