Utilice todo el rendimiento de los amplificadores diferenciales

El amplificador diferencial es un componente fundamental en electrónica y electrotécnica. Desempeña un papel central en varias aplicaciones, incluido el procesamiento de señales, la amplificación y la reducción de ruido. En este artículo, profundizamos en el mundo de los amplificadores diferenciales y exploramos sus principios, aplicaciones, beneficios y más.

¿Qué es un amplificador diferencial?

Un amplificador diferencial, a menudo llamado "amplificador diferencial", es un circuito electrónico básico que amplifica la diferencia entre dos señales de entrada y suprime las señales de modo común. Las señales de modo común aparecen por igual en ambas entradas y generalmente se consideran ruido. Debido a que los amplificadores diferenciales solo amplifican la diferencia entre las dos señales de entrada, son esenciales en aplicaciones donde la fidelidad de la señal y el rechazo del ruido son críticos.

Principios de amplificación diferencial

Los amplificadores diferenciales restan un voltaje de entrada de otro y producen un voltaje de salida que es proporcional a la diferencia entre los dos. Y así es como funciona:

• Dos entradas, una salida: Un amplificador diferencial tiene dos entradas, normalmente llamadas V₁ y V₂ , y una única salida, Vout . Calcula la diferencia de voltaje entre V₁ y V₂ y la refuerza.
• Rechazo de modo común: una de las funciones principales de un amplificador diferencial es su capacidad de rechazar señales de modo común. Cualquier señal que esté igualmente presente en ambas entradas se cancela en el proceso de resta, quedando solo la señal diferencia.
• Ganancia: Los amplificadores diferenciales suelen tener una ganancia conocida como Aₙ . Esta ganancia determina cuánto se amplifica la señal diferencial para producir el voltaje de salida.

Aplicaciones de amplificadores diferenciales

Los amplificadores diferenciales encuentran aplicación en varios sistemas electrónicos debido a sus propiedades únicas. Algunas aplicaciones comunes son:

amplificador de instrumento

Los amplificadores de instrumentación utilizados en diversos instrumentos de medición dependen en gran medida de amplificadores diferenciales. Proporcionan amplificación de alta precisión de pequeñas señales diferenciales al tiempo que suprimen la interferencia de modo común, lo que garantiza mediciones precisas en aplicaciones como instrumentos médicos e interfaces de sensores.

amplificador operacional

Los amplificadores diferenciales son un elemento fundamental en los circuitos de amplificadores operacionales. Los amplificadores operacionales generalmente utilizan amplificación diferencial para realizar tareas de amplificación de voltaje, acondicionamiento de señales y filtrado.

amplificación de audio

En los dispositivos de audio, los amplificadores diferenciales amplifican las señales de audio y minimizan el ruido de fondo. Esto es crucial para una salida de audio de alta calidad desde dispositivos como amplificadores y preamplificadores.

Ventajas de los amplificadores diferenciales

Los amplificadores diferenciales ofrecen varias ventajas que los hacen indispensables en muchos sistemas electrónicos:

• Alto rechazo de modo común: la capacidad de rechazar eficazmente señales de modo común garantiza que solo se amplifiquen las señales diferenciales deseadas, lo que reduce el ruido y las interferencias.
• Fidelidad de señal mejorada: los amplificadores diferenciales preservan la integridad de la señal original y mejoran la fidelidad de la señal amplificando solo la diferencia entre dos señales de entrada.
• Entradas balanceadas: Ofrecen una configuración de entrada balanceada que es particularmente útil en aplicaciones donde la calidad de la señal es de suma importancia.
• Versatilidad: Los amplificadores diferenciales se pueden configurar para diferentes valores de ganancia y, por lo tanto, son adaptables a diferentes niveles de señal y aplicaciones.

Configuración del amplificador diferencial

Se pueden implementar utilizando diferentes componentes y configuraciones electrónicas. Aquí hay dos tipos comunes:

Amplificador diferencial con transistor de unión bipolar (BJT)

Un amplificador diferencial basado en BJT utiliza transistores de unión bipolar para la amplificación. Esta configuración se encuentra a menudo en circuitos electrónicos analógicos debido a su simplicidad y versatilidad.

Amplificador diferencial amplificador operacional (op-amp)

Debido a las características inherentes de los amplificadores operacionales, los amplificadores diferenciales basados ​​en amplificadores operacionales se utilizan ampliamente. Ofrecen alta impedancia de entrada, baja impedancia de salida y excelente rechazo de modo común.

Circuito amplificador diferencial

Configuración básica de un amplificador diferencial.

Los amplificadores diferenciales se pueden implementar con diferentes componentes electrónicos, pero el concepto básico sigue siendo el mismo. Aquí analizamos un circuito amplificador diferencial básico que utiliza transistores bipolares (BJT):

Componentes necesarios:

• Dos NPN BJT: estos transistores sirven como elementos amplificadores en el circuito.
• Resistencias: Necesarias para polarizar y ajustar la ganancia del amplificador diferencial.
• Fuentes de entrada: V₁ y V₂ representan las señales de entrada diferenciales.
• Fuente de alimentación: Proporciona los niveles de voltaje necesarios para los transistores.

Operación del circuito:

• Par de transistores: Los dos BJT NPN están conectados en una configuración diferencial con sus colectores conectados entre sí y conectados a la tensión de alimentación positiva ( Vcc ).
• Sesgo: la polarización adecuada es fundamental para garantizar que los BJT funcionen dentro de su rango activo. Las resistencias de polarización establecen los niveles de voltaje necesarios en las bases de los transistores.
• Entrada diferencial: V₁ y V₂ se aplican a las bases de los transistores. El par de transistores amplifica la diferencia de voltaje entre estas entradas.
• Voltaje de salida: la señal de diferencia amplificada aparece en el nodo colector y puede considerarse como el voltaje de salida Vout . El componente de modo común se cancela efectivamente de modo que sólo se amplifica la señal de diferencia deseada.

Amplificador diferencial basado en amplificador operacional.

Otro enfoque común es utilizar amplificadores operacionales (op amps) para construir un amplificador diferencial. Los amplificadores diferenciales basados ​​en amplificadores operacionales son conocidos por su alta impedancia de entrada, baja impedancia de salida y facilidad de configuración. Ofrecen un excelente rechazo de modo común y se utilizan ampliamente en una variedad de aplicaciones.

En esta configuración, un amplificador operacional amplifica la diferencia de voltaje entre las dos señales de entrada, mientras que las resistencias de retroalimentación ajustan la ganancia.

Comprender cómo funcionan los amplificadores diferenciales y las configuraciones de los circuitos es importante tanto para los ingenieros como para los entusiastas de la electrónica. Estos circuitos versátiles se utilizan en una amplia variedad de áreas y garantizan la precisión de la señal y la reducción de ruido en innumerables sistemas electrónicos.

Conclusión

En electrónica, el amplificador diferencial es crucial en aplicaciones donde la amplificación precisa de la señal y el rechazo del ruido son esenciales. Comprender sus principios, beneficios y aplicaciones es crucial para cualquier persona en electrónica e ingeniería eléctrica. Ya sea que esté desarrollando dispositivos de medición de precisión, equipos de audio o circuitos de procesamiento de señales, el amplificador diferencial es una herramienta valiosa en su arsenal que garantiza la fidelidad y precisión de sus sistemas electrónicos.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la principal ventaja de un amplificador diferencial sobre un amplificador de un solo extremo?

La principal ventaja de un amplificador diferencial es su capacidad para rechazar eficazmente señales en modo común. Esto garantiza que el ruido o la interferencia que afecta a ambas líneas de entrada se cancele por igual, lo que da como resultado una amplificación más limpia y precisa de la señal diferencial.

¿Cómo puedo calcular la ganancia de un amplificador diferencial?

La ganancia de un amplificador diferencial se puede calcular usando la siguiente fórmula: Ganancia (Aₙ) = (Rf/Re) * (1 + 2 * (Re/Re2)), donde Rf es la resistencia de retroalimentación, Re es la resistencia de alimentación. emisor y Re2 es la segunda resistencia del emisor en una configuración basada en BJT.

¿Puedo utilizar un amplificador diferencial en dispositivos de audio para mejorar la calidad del sonido?

Sí, los amplificadores diferenciales se utilizan a menudo en dispositivos de audio para mejorar la calidad del sonido. Ayudan a reducir el ruido de fondo y las interferencias, lo que da como resultado una salida de audio más clara y los convierte en un componente valioso en amplificadores y preamplificadores.