Amplificador Diferencial

El amplificador diferencial es una conexión ampliamente utilizada en circuitos integrados. Este circuito posee dos entradas separadas, dos salidas separadas y los emisores conectados entre sí. Generalmente, estos amplificadores utilizan dos fuentes de tensión, aunque también pueden funcionar con una sola. Se pueden obtener diversas combinaciones de señales de entrada:

1. Terminal Simple: Si una señal de entrada se aplica a cualquiera de los terminales de entrada y el otro terminal se conecta a masa.
2. Terminal Doble: Si se aplican dos señales, conectadas cada una a los terminales de entrada.
3. Modo Común: Si la misma entrada se aplica a ambos terminales.

Una de las características del amplificador diferencial es la conexión de los emisores y el uso de dos fuentes de alimentación.

Polarización de un Amplificador Diferencial

El objetivo es mantener la corriente de emisor (I_e) constante. El amplificador tiene dos terminales de entrada y dos de salida. Al aplicar dos señales, se obtiene a la salida la diferencia entre ambas. Con los emisores unidos, las corrientes de emisor de ambos transistores se suman. Siempre se obtiene a la salida la diferencia de las dos señales de entrada, para lo cual I_e debe ser constante. Para lograrlo, se utiliza una fuente de corriente conectada en serie con la resistencia de emisor (R_e).

(Gráfico Z) El diodo Zener se utiliza para mantener constante la caída de tensión base-emisor, lo que a su vez mantiene I_e constante.

Modo Terminal Simple

En la Figura 1, al aumentar la señal de entrada, la corriente de colector 1 (I_c1) aumenta, lo que incrementa I_e1 y disminuye el voltaje de salida 1 (V_o1). Como I_e es constante, I_e2 debe disminuir, aumentando V_o2. V_o1 está en contrafase con la entrada, mientras que V_o2 está en fase.

En la Figura 2, la salida V_o2 estará en fase con respecto a la entrada.

Modo Común

(Gráfico W) La salida en este modo es idealmente «0» debido a la resta de las dos entradas, una inversora y la otra no inversora. Si una señal es mayor que la otra, se observa una diferencia de potencial a la salida (V_o).

Amplificador Operacional

Un amplificador operacional es un amplificador diferencial de muy alta ganancia, con alta impedancia de entrada y baja impedancia de salida. Tiene amplias aplicaciones en circuitos osciladores, filtros e instrumentación. Un amplificador operacional consta de varias etapas de amplificador diferencial para obtener una alta ganancia de tensión. (Gráficos de modo terminal simple, modo terminal doble o diferencial, y modo común).

Modo Terminal Simple

Se obtiene al conectar una señal a una de las entradas mientras la otra se conecta a masa. Según la entrada utilizada (inversora o no inversora), la salida estará en fase o en contrafase con la entrada.

Modo Terminal Doble

Se produce al aplicar dos señales de entrada, una a cada terminal. Se obtiene una señal diferencial resultante de la resta de ambas entradas.

Modo Común

Al aplicar la misma señal a ambas entradas, se obtiene la operación en modo común. Idealmente, ambas entradas se amplifican por igual, y debido a que generan señales con polaridades opuestas en la salida, estas se cancelan, resultando en una señal de «0»V. En la práctica, se obtiene una pequeña señal de salida.

Características de un Amplificador Operacional

Un amplificador operacional tiene una impedancia de entrada muy alta (generalmente de algunos megaohmios) y una impedancia de salida muy baja (menor a 100 ohmios). El circuito básico se construye con un amplificador diferencial de dos entradas y al menos una salida. Una característica importante es su ganancia de tensión teóricamente infinita.

Masa Virtual

Que la corriente de entrada (I_i) sea 0 se debe a la alta impedancia de entrada. Cuando I_i = 0 y el voltaje de entrada (V_i) = 0, se dice que existe una tierra virtual o cortocircuito virtual en la entrada.

Saturación

Ocurre cuando la salida alcanza el nivel máximo de tensión.

Linealidad

La salida varía proporcionalmente a la entrada. Sin realimentación, la ganancia es infinita. La realimentación permite determinar la ganancia.

Seguidor Unitario

En la salida no hay amplificación debido al lazo de realimentación negativa, es decir, V_i = V_o. Este circuito permite adaptar impedancias. No tiene ganancia por la realimentación negativa. Al conectar una carga, la corriente requerida la suministra la salida del amplificador, no la etapa anterior. Protege la estabilidad de la etapa anterior.

Operación en Modo Diferencial y en Modo Común

Una característica importante es la alta amplificación de señales opuestas en las dos entradas, mientras que las señales comunes a ambas entradas se amplifican ligeramente. Debido a esta diferencia de amplificación, el circuito presenta un rechazo en modo común, descrito por la Relación de Rechazo de Modo Común.