¿Qué es un circuito amplificador diferencial y su ecuación?

Hasta ahora solo hemos usado uno de los op-amp i/ps para conectarlo al amplificador. Las dos entradas del amplificador operacional se denominan terminal inversora o no inversora. Estos terminales se utilizan para amplificar un i/p con la entrada opuesta conectada a tierra. Sin embargo, podemos conectar señales de forma conjunta a cada una de las entradas diseñando al mismo tiempo otra forma común de circuito amplificador operacional llamado amplificador diferencial. Básicamente se utiliza como componente básico de un amplificador operacional llamado amplificador operacional (op-amp). La función principal del amplificador diferencial es amplificar las variaciones entre dos voltajes i/p. Pero, vence cualquier voltaje común a ambos i/ps. Este artículo proporciona una descripción general del amplificador diferencial junto con sus expresiones matemáticas.


Amplificador diferencial

¿Qué es un amplificador diferencial?

Todos los amplificadores operacionales (op-amps) son amplificadores diferenciales debido a su configuración de entrada. Cuando la primera señal de voltaje se conecta al terminal de entrada y otra señal de voltaje se conecta al terminal de entrada opuesto, el voltaje de salida resultante es proporcional a la diferencia entre las dos señales de voltaje de entrada de V1 y V2. El voltaje de salida se puede resolver conectando cada i/p interno a tierra 0v usando el teorema de la superposición.

Op-Amp como amplificador diferencial

Un amplificador operacional es un amplificador diferencial que tiene una impedancia i/p alta, una ganancia de modo diferencial alta y una impedancia o/p baja. Cuando se aplica retroalimentación negativa a este circuito, se puede construir una ganancia esperada y estable. Por lo general, algunos tipos de amplificadores diferenciales incluyen varios amplificadores diferenciales más simples. Por ejemplo, los amplificadores completamente diferenciales, los amplificadores de instrumentación y los amplificadores de aislamiento a menudo se construyen para varios amplificadores operacionales.

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Op-Amp como amplificador diferencial
Op-Amp como amplificador diferencial
  • El amplificador diferencial se usa como un circuito de retroalimentación negativa en serie usando un amplificador operacional
  • Por lo general, el amplificador diferencial se utiliza como circuito de control automático de volumen y ganancia.
  • Algunos de los amplificadores diferenciales se pueden utilizar para AM (modulación de amplitud).

Internamente, aquí muchos dispositivos electrónicos utilizan amplificadores diferenciales. El amplificador diferencial ideal o/p viene dado por

Vout=Anuncio (Vin+-Vin-)

En la ecuación anterior, A es la ganancia diferencial y Vin+ y Vin- son los voltajes i/p. En la práctica, la ganancia no es igual para las entradas. Por ejemplo, si los dos voltajes i/p son iguales, entonces el o/p no será cero. Una expresión más precisa para un amplificador diferencial incluye un segundo término.

En la ecuación anterior, «Ac» es la ganancia de modo común del amplificador diferencial. Cuando estos amplificadores se usan con frecuencia para polarizar voltajes o cancelar el ruido que aparece en ambos ips, generalmente se desea una ganancia de modo común baja.

CMRR no es más que una relación de rechazo de modo común, la definición de MMR es la relación b/n de ganancia de modo diferencial y una ganancia de modo común, especifica la capacidad del amplificador para cancelar exactamente los voltajes comunes a los dos i/ps . CMMR se define como

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En un amplificador diferencial ideal, Ac es cero y (CMRR) es infinito.

Cálculo de la función de transferencia del amplificador diferencial.

La T/F del amplificador diferencial también se denomina amplificador diferencial, y la función de transferencia de la ecuación del amplificador diferencial se muestra a continuación.

Vsal=v1.R2/R1+R2(1+R4/R3)-V2.R4/R3

La fórmula anterior es solo para un amplificador operacional inactivo que tiene una gran ganancia (considerada como infinita) y una pequeña compensación i/p (considerada como cero). Por ejemplo, en el siguiente circuito, los niveles de voltaje i/p son de unos pocos voltios y el desplazamiento de entrada del amplificador operacional es de milivoltios, por lo que podemos considerarlo cero al ignorar el desplazamiento i/p p.

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Amplificador operacional inactivo
Amplificador operacional inactivo

La función de transferencia del amplificador diferencial se deriva del teorema de superposición, que establece que en un circuito lineal el efecto de todas las fuentes es la suma algebraica de los efectos de cada fuente tomados individualmente. En el circuito anterior, cuando eliminamos V1 y lo cortocircuitamos, se calculará el voltaje de salida. Del mismo modo, elimine V2. El voltaje O/P del amplificador diferencial es la suma de los dos voltajes O/P.

Amplificador operacional sin V1 y R1
Amplificador operacional sin V1 y R1

Eliminemos R1 y V1 en el siguiente circuito. Porque en el primer circuito había un flujo de corriente a través de él. Entonces, conecte a tierra la resistencia R1. Cuando observamos el circuito, se convierte en un inversor. Este terminal i/p no inversor del circuito está conectado al terminal de tierra a través de las resistencias R1 y R2. Entonces el Vout es
Vsal2=-V2. (R4/R3)
Ahora conectemos a tierra R3 y eliminemos V2 que se muestra en el siguiente circuito.

Amplificador no inversor
Amplificador no inversor

Este circuito es un amplificador no inversor y, para un amplificador operacional ideal, Vout es una función de V, es decir, el voltaje conectado a tierra en el terminal no inversor del amplificador operacional.
Vsal1=V. (1+R4/R3)
Las resistencias R1, R2 son un atenuador para V1, por lo que V se puede determinar como en la siguiente ecuación.
V=V1.R2/R1+R2

Sustituyendo la ecuación V en la ecuación de Vout, entonces se convierte en
Vsal1=V1.R2/R1+R2.(1+R4/R3)

Ahora tenemos Vout1 y Vout2, según el teorema de superposición Vout es la suma de Vout1 & Vout2

4-9-2022 11-54-23 a.m.

La ecuación anterior identifica la función de transferencia del amplificador diferencial.

Amplificador diferencial usando el puente de Wheatstone

El circuito amplificador diferencial típico ahora se convierte en un comparador de voltaje diferencial al «comparar» un voltaje i/p con otro. Aquí, por ejemplo, una entrada está conectada a una referencia de tensión fija configurada en un tramo del puente resistivo n/w y otra entrada a una «resistencia dependiente de la luz» o «termistor». El circuito amplificador se usa para detectar niveles de temperatura altos o bajos o luz cuando el voltaje de salida se convierte en una función lineal de los cambios en el tramo activo del puente resistivo.

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Amplificador diferencial de puente de Wheatstone
Amplificador diferencial de puente de Wheatstone

Así, es el Amplificador diferencial diagrama de circuito y su ecuación. Espero que tenga una mejor comprensión de cómo calcular la función de transferencia de función diferencial. También cualquier duda sobre las aplicaciones de amplificador diferencial y proyectos electrónicos. Por favor, dé su opinión en la sección de comentarios a continuación. Aquí hay una pregunta para usted, ¿cuál es la principal diferencia entre el modo diferencial b/n y las señales de entrada de modo común?

Javired
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