Diferencial

5/16/2018 Diferencial - slidepdf.com

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AMPLIFICADOR DIFERENCIAL

ELECTRONICA IIGRUPO D.2WILLIAM IDELFONSO CONTRERAS CARRILLO CÓD: 1090385

[email protected] XIMENA NAVARRO AMADO CÓD: 1090383

[email protected]

RESUMEN: En el presente informe centraremos nuestro análisis en amplificadores diferenciales con su respectivo funcionamiento, mediante la implementación de un par diferencial haciendo uso del circuito integrado LM3086.

1. INTRODUCCIÓN

Los amplificadores diferenciales sonamplificadores que permiten ganancias mayoresrespecto a los amplificadores con JFET o BJT, ensiguiente informe se analizara el funcionamientode los amplificadores diferenciales visualizando supunto de operación tanto en DC como en AC.Realizándose un seguimiento de forma teórica,experimental y simulada llegando a concluir unmargen de error entre estos.

2. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO GENERAL

Estudiar y profundizar las técnicas de análisis delamplificador diferencial AD, (par diferencial), comoelemento básico para el diseño circuitos deamplificación y comparación de señales eléctricas.

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Familiarizar al estudiante con los conceptosbásicos de amplificadores diferenciales y suimportancia como etapa de entrada delAmplificador operacional.

Diseñar y verificar experimentalmente lafuente de corriente espejo como sistema depolarización del amplificador diferencial.

Comprobar el comportamiento delamplificador diferencial dependiendo de sumodo de operación, Modo diferencial ó Modocomún.

Realizar el montaje y medida de los circuitos

electrónicos para confrontar los conceptosvistos en clase.

Afianzar los conocimientos respecto a laherramienta Orcad Pspice.

3. EQUIPOS NECESARIOS

Computador con ultimas especificaciones Herramienta de simulación ORCAD PSPICE

10.3 1 Protoboard

1Fuente de voltaje Regulada (0-32V/03A) 1.Generador de señal con su respectiva punta

de prueba (0-10 Mhz) 1.Osciloscopio con sus respectivas puntas de

prueba (0-200Mhz) 1Multímetro Digital (500V / 10 A /10 Mhz ) Pinzas, Pelacables, cables.

4. COMPONENTES NECESARIOS

Resistencias de (2)4k, 5k, R1, R2 a ¼Watt

Circuito integrado CA3046 Transformador de 120V (primario) / 24V

(secundario), 3A Interruptores SPST



2

Q1

Q2N2222A

Q2

Q2N2222A

2

1

R1

5k

2

1

R2

5k

v01 v02

VCC

v e1 v e2

VEE

VCC VEE

V1

8vV2

8v

0

2

1

R4

1k

2

1

R5

1k

vb2

1

2

L1

0.8mH

1

2

L2

0.8mH

1

2

L3

80mH

Q3

Q2N2222A Q4

Q2N2222A

vb1

vi

2

1

R6

6636.36V3

FREQ = 1kVAMPL = {vs}VOFF = 0v

AC = 1

21RS

0.001

0

0

PARAMETERS:

vs = 250mv

CT0

VC1 VC2

K K1

COUPLING = 1K_Linear

L3 = L3

L2 = L2L1 = L1

5. ECUACIONES BÁSICAS

Tabla 1. Ecuaciones básicas

6. DESARROLLO Y RESULTADOS DELA PRÁCTICA

6.1. IMPLEMENTACION DELCIRCUITO CON ENTRADASIMPLE

La figura 1 muestra la implementación de unamplificador diferencial (AD) con entrada simple

Fig. 1. Circuito con entrada simple

Para medir los valores de las variables queaparecen la Tabla N° 2 mantenga elinterruptor S1 abierto.

Para medir las corrientes en DC del circuitoubique el Multímetro sobre las resistenciasRc1, y determine el valor de la corriente de

manera indirecta aplicando la ley de ohm.Repita el mismo procedimiento para Rc2 y RE.

Mida el voltaje VCE de Q1 y Q2respectivamente. Consigne su valor en laTabla N°1.

Cierre el interruptor S1. A continuación seanalizará el comportamiento de AD con la



3

señal de entrada V0.intonice el generador auna frecuencia de 10khz y gire la perilla de laamplitud hasta que el valor del voltaje en eldevanado del secundario llegue a 50mv.

Observe la señal de salida V02. De igualmanera efectúe el mismo procedimiento paravisualizar la señal de V01.

6.1.1. ANÁLISIS EN DC. (Tabla N° 2),(Figura N°2), entrada simple.

Fig. 2. Circuito punto de polarización en DC paraentrada simple

VARIABLE VALORTEORICO

VALORSIMULADO

VALORREAL

ICQ1 544.776µA 556.5µA 563.6µA

ICQ2 544.31µA 556.5µA 548.4µA

VCEQ1 5.97V 5.91V 5.79V

VCEQ2 5.96V 5.91V 5.831V

IQ = IE 1.089mA 1.09mA 1.09mA

β1 164 163.4 167.63

β2 164 163.2 163.11

AV01 -46.44 -47.651 -44.3

AV02 46.44 47.624 43.88

AV0d -92.88 -95.225 -89.5

Tabla 2. Análisis DC para entrada simple

Margen de error

VARIABLE V. TEO VSV.SIMU (%)

V.TEO VSV.EXPER (%)

ICQ1 2.15 2.45ICQ2 2.24 0.75

VCEQ1 1 3.01VCEQ2 0.84 2.16IQ=IEEE 0.092 0.092

0.365 2.210.487 0.542

Tabla 3. Margen de error datos tabla 2.

6.1.2. ANÁLISIS EN AC

Para obtener el valor de la ganancia devoltaje en modo diferencial tenga comoreferencia a vc01, es decir,v0d=v02-v01 .Paradeterminar el valor de voltaje en mododiferencial cerciórese que el osciloscopio

tenga la función diferencial. En caso tal, tomela punta del canal uno CH1 y ubíquela en lospuntos 8 y 9. Con el selector del panel decontrol INV invierta esta señal. Despuésubique la punta CH2 en los puntos 3 y 4 ysume las dos señales con ADD. Llene laTabla N°2.

Dibuje los voltajes de los transistores Q1 yQ2, respectivamente en la Grafica N°1 yGrafica N°2.

Para analizar el comportamiento delamplificador diferencial con la entrada v2,cambie los terminales del transformador.

Coloque el terminal 1 a tierra y el terminal 2desconéctelo de tierra, permaneciendo unidoel secundario del transformador y la base deltransistor Q2.

Repita el procedimiento anterior paradeterminar las variables del circuito. Elaborelas Tablas y gráficas.



4

De igual manera grafique las señales v01,v02 ve1, ve2, vb1 y vb2

V01

Fig. 3. Señal V01 (AD) entrada simple

V02

Fig. 4. Señal V02(AD) entrada simple

Ve1

Fig. 5. Señal Ve1 (AD) entrada simple

Ve2

Fig. 6. Señal Ve2 (AD) entrada simple

Vb1

Fig. 7. Señal Vb1 (AD) entrada simple

Vb2

Fig. 8. Señal Vb2 (AD) entrada simple


VALOR SIMULADO

VALORREAL

AV01 -46.44 -47.651 -44.3

AV02 46.44 47.624 43.88

AV0d -92.88 -95.225 -89.5

Tabla 4. Análisis AC para entrada simple

Margen de error

VARIABLE TEOR VS SIM TEOR VS EXPEAvo1 2.61 4.6Avo2 2.55 5.51Avod 2,52 3.63


6.2. IMPLEMENTACIÓN DELCIRCUITO (AD) CON ENTRADAEN MODO DIFERENCIAL

La figura 9 muestra la implementación de unamplificador diferencial (AD) con entrada mododiferencial

Time

0s 0.2ms 0.4ms 0.6ms 0.8ms 1.0ms 1.2ms 1.4ms 1.6ms 1.8ms 2.0ms

V(vc1)

4.0V

5.0V

6.0V

7.0V

Time


V(vc2)

4.0V

5.0V

6.0V

7.0V

Time


V(R3:2)

-650mV

-640mV

-630mV

-620mV

Time


V(R3:2)

-650mV

-640mV

-630mV

-620mV

Time


V(R4:2)

-40mV

-20mV

0V

20mV

Time


V(Q2:b)

-4.0mV

-3.5mV

-3.0mV

-2.5mV

-2.0mV



5

Fig. 9. Circuito con entrada en modo diferencial.

Implemente el circuito de la Fig. 9.

Conecte el Tab Central del transformador atierra.

Ubique después las puntas del osciloscopioen los puntos 3 y 4. Observe la señal desalida vo2. De igual manera efectúe el mismoprocedimiento para visualizar la señal de vo1.Llene la Tabla N°4.

Para obtener el valor de la ganancia devoltaje en modo diferencial tenga comoreferencia los pasos del numeral 6.1.

Para llevar a cabo cualquier cambio en laconfiguración del circuito apague todas lasfuentes del circuito.

6.2.1. ANÁLISIS EN DC. (Tabla N° 6),(Figura N°10), entrada modo diferencial.

Fig. 10. Circuito punto de polarización en DC paraentrada modo diferencial.

VARIABLE VALOR.TEORICO

VALOR.SIMULADO

VALOR.REAL

ICQ1 544.776µA 556.5µA 563.6µA

ICQ2 544.31µA 556.5µA 548.4µA

VCEQ1 5.97V 5.91V 5.79V

VCEQ2 5.96V 5.91V 5.831V

IQ = IE 1.089mA 1.09mA 1.09mA

β1 164 163.4 167.63

β2 164 163.2 163.11Tabla 6. Análisis DC para entrada modo

diferencial.

Q3

Q2N2222A Q4

Q2N2222A

2

1

R7

6636.36

Q1

Q2N2222A Q2

Q2N2222A

2

1

R1

5k

2

1

R2

5k

VCC

ve1ve2

VEE

VEEVCC

V1

8vV2

8v

02

1

R4

1k

2

1

R5

1k

vb2

1

2

L1

0.8mH

1

2

L2

0.8mH

1

2

L3

80mH

vb1

vs

V3

FREQ = 1kVAMPL = {vs}VOFF = 0v

AC = 1

21RS

0.001

0

0

PARAMETERS:

vs = 250mv

V02V01

K K1

COUPLING = 1K_Linear

L3 = L3

L2 = L2

L1 = L1

0



6

Margen de error


V.TEO VSV.EXPER (%)

ICQ1 2.15 2.45ICQ2 2.24 0.75

VCEQ1 1 3.01VCEQ2 0.84 2.16IQ=IEEE 0.092 0.092

0.365 2.21

0.487 0.542


6.2.2 ANÁLISIS EN AC


VALORSIMULADO

VALORREAL

AV01 -92.88 --95.293 -89.4

AV02 92.88 95.293 89.1

AV0d -185.77 -190.58 -187.5

Tabla 8. Análisis AC para entrada mododiferencial.

Margen de error

VARIABLE TEORVS SIM TEOR VS EXPEAvo1 2.59 3.74Avo2 2.59 4.06Avod 2.59 0.93


V01

Fig. 11. Señal V01 (AD) entrada modo diferencial.

V02

Fig. 12. Señal V02 (AD) entrada modo diferencial.

Ve1

Fig. 13. Señal Ve1 (AD) entrada modo diferencial.

Ve2

Fig. 14. Señal Ve2 (AD) entrada modo diferencial.

Vb1

Fig. 15. Señal Vb1 (AD) entrada modo diferencial.

Vb2

Fig. 16. Señal Vb2(AD) entrada modo diferencial.Time


V(vc1)

4.0V

5.0V

6.0V

7.0V

Time


V(vc2)

4.0V

5.0V

6.0V

7.0V

Time


V(Q1:e)

-632.0mV

-631.5mV

-631.0mV

-630.5mV

-630.0mV

Time


V(R3:2)

-632.0mV

-631.5mV

-631.0mV

-630.5mV

-630.0mV

Time


V(R4:2)

-20mV

-10mV

0V

10mV

Time


V(R5:2)

-20mV

-10mV

0V

10mV



7

6.3. IMPLEMENTACION DELCIRCUITO CON ENTRADAMODO COMÚN.

La figura 17 muestra la implementación de unamplificador diferencial (AD) con entrada modocomún.

Fig. 18. Circuito con entrada en modo común.

Implemente el circuito de la Fig. 18.

Siga los pasos anteriormente señalados, llenelas Tablas, e igualmente dibuje las señales enlas graficas.

6.3.1. ANÁLISIS EN DC. (Tabla N° 10),(Figura N°19), entrada en modo común.

Fig. 19. Circuito punto de polarización en DC paraentrada modo común.

VARIABLE VALOR.TEORICO

VALOR.SIMULADO

VALOR.REAL

ICQ1 544.776µA 556.5µA 563.6µA

ICQ2 544.31µA 556.5µA 548.4µA

VCEQ1 5.97V 5.91V 5.79V

VCEQ2 5.96V 5.91V 5.831V

IQ = IE 1.089mA 1.09mA 1.09mA

Tabla 10. Análisis DC para entrada modo común.

Q1

Q2N2222A

Q2

Q2N2222A

2

1

R1

5k

2

1

R2

5k

2

1

R3

6.7k

2

1

R5

1k

VC1 VC2

2

1

R6

1k

0

V1

8Vdc

V2

8Vdc

0



8

Margen de error


V.TEO VSV.EXPER (%)

ICQ1 2.15 2.45ICQ2 2.24 0.75

VCEQ1 1 3.01VCEQ2 0.84 2.16IQ=IEEE 0.092 0.092


6.3.2. ANÁLISIS EN AC

VARIABLE VALOR

TEORICO

VALOR

SIMULADO

VALOR

REAL

AV01 -0.009074 -0.009027 -

AV02 -0.009074 -0.009027 -

AV0d 0 0 0

AVcm -0.009074 -0.009027 -

CMRRb 74.1818 74.45 -

Tabla 12. Análisis AC para entrada modo común

Margen de error

VARIABLE TEORVS SIM TEOR VSEXPE

Avo1 0.052 -Avo2 0.052 -AV0d 0 0Avcm 0.052 -CMRR 0.0361 -


V01

Fig. 20. Señal V01 (AD) entrada modo común.

V02

Fig. 21. Señal V02 (AD) entrada modo común.

Ve1

Fig. 22. Señal Ve1 (AD) entrada modo común.

Ve2

Fig. 23. Señal Ve2 (AD) entrada modo común.

Time


V(vc1)

5.290V

5.295V

5.300V

5.305V

5.310V

Time


V(vc2)

5.290V

5.295V

5.300V

5.305V

5.310V

Time


V(R3:2)

-660mV

-640mV

-620mV

-600mV

Time


V(R3:2)

-660mV

-640mV

-620mV

-600mV



9

Vb1

Fig. 24. Señal Vb1 (AD) entrada modo común.

Vb2

Fig. 25. Señal Vb2 (AD) entrada modo común.

7. CONCLUSIONES

Debido a que el circuito originalpresentaba mucha distorsión en lasseñales de medición (señal deentrada y salida), fue necesario

implementar una fuente de corrienteconfiguración espejo, con el fin deaumentar la relación de rechazo y asíatenuar estas señales.

Las mediciones de la ganancia enmodo diferencial no se realizaron deforma experimental debido a que elosciloscopio no posee la funciónDiferencial. De tal modo que no seconsigno este valor en lasrespectivas tablas.

Al momento de realizar la mediciónde la ganancia en modo común, yganancia común en una terminal sepresentaron dificultades debido a queel valor de la pendiente es muypequeño en tal caso podría utilizarse

un osciloscopio digital para apreciarmejor su efecto. En este item selogro minimizar la ganancia en modo

común que era lo que se quería conla implementación de la fuente decorriente.

De acuerdo con los resultados yexperiencias obtenidos por el grupode trabajo se llego a la conclusiónque el uso de algunostransformadores afecta en gran parteal circuito debido al ruido producidoen las señales. Lo más adecuadoaparte de la implementación de la

fuente de corriente al circuito, esutilizar un transformador de altafrecuencia debido a que este reduceel ruido en la salida, así la entrada alcircuito es una onda con menos picosy distorsiones.

8. BIBLIOGRAFIA

SEDRA, Adel. Circuitos

Microelectrónicas, Quinta Edición.

México D.F. Editorial Mc Graw-Hill,

2006. HORENSTEIN, Mark. Microelectrónica:

Circuitos y Dispositivos. México D.F.

Editorial Prentice Hall Interamericana

S.A., 1997.

NEAMEN, Donald A. Análisis y Diseño

de Circuitos Electrónicos, Tomo I.

México D.F. Mc Graw-Hill, 1999.

BOYLESTAD, Robert L. Electrónica:

Teoría de Circuitos. México D.F.

Editorial Prentice Hall

Hispanoamericana, S.A. 1997.

MALVINO, Albert Paul. Principios de

Electrónica. Sexta Edición. España.

Editorial McGraw-Hill/Interamericana

de España S.A., 2000.

Time


V(R4:2)

-40mV

-20mV

0V

20mV

Time


V(R5:2)

-40mV

-20mV

0V

20mV



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