Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
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¿Qué es un amplificador diferencial?
Un amplificador diferencial (también conocido como amplificador diferencial o sustractor de amplificador operacional ) es un tipo de amplificador electrónico que amplifica la diferencia entre dos voltajes de entrada pero suprime cualquier voltaje común a las dos entradas. Un amplificador diferencial es un circuito analógico con dos entradas (V 1 y V 2 ) y una salida (V 0 ) en la que la salida es idealmente proporcional a la diferencia entre los dos voltajes.
La fórmula para un amplificador diferencial simple se puede expresar:
Dónde
- V 0 es el voltaje de salida
- V 1 y V 2 son los voltajes de entrada
- A d es la ganancia del amplificador (es decir, la ganancia diferencial del amplificador)
De la fórmula anterior, puede ver que cuando V 1 = V 2 , V 0 es igual a cero y, por lo tanto, se suprime el voltaje de salida. Pero cualquier diferencia entre las entradas V 1 y V 2 se multiplica (es decir, se amplifica) por la ganancia diferencial del amplificador A d .
Esta es la razón por la que el amplificador diferencial también se conoce como amplificador diferencial: la diferencia entre los voltajes de entrada se amplifica.
Circuito amplificador diferencial
Hay dos tipos diferentes de circuitos amplificadores diferenciales:
- Amplificador diferencial BJT: este es un amplificador diferencial construido con transistores, ya sean transistores de unión bipolar (BJT) o transistores de efecto de campo (FET)
- Amplificadores diferenciales Opamp construidos con amplificadores operacionales
Los circuitos sustractores BJT y Opamp se muestran a continuación.
Amplificador diferencial BJT
La Figura 1 muestra un circuito amplificador diferencial BJT de este tipo compuesto por dos BJT (Q 1 y Q 2 ) y dos fuentes de alimentación de polaridad opuesta, V CC y –V EE, que utiliza tres resistencias, entre las cuales dos son las resistencias colectoras, R C1 y R C2 (uno para cada transistor) mientras que uno es la resistencia del emisor R E común a ambos transistores .
Aquí, las señales de entrada (V 1 y V 2 ) se aplican a la base de los transistores mientras que la salida se recopila a través de sus terminales de colector (V o1 y V o2 ). El diagrama de circuito para un amplificador diferencial BJT se muestra a continuación: 
En este caso, si V 1 en Q 1 es sinusoidal, entonces a medida que V 1 continúa aumentando, el transistor comienza a conducir y esto da como resultado una fuerte corriente de colector I C1 aumentando la caída de voltaje a través de R C1 , provocando una disminución en V o1 .
Debido al mismo efecto, incluso I E1 aumenta lo que aumenta la corriente de emisor común, I E resulta en un aumento de la caída de voltaje a través de R E .
Esto significa que los emisores de ambos transistores se dirigen hacia positivo lo que a su vez implica que la base de Q 2 comenzaría a volverse cada vez más negativa.
Esto da como resultado una disminución de la corriente del colector, I C2, que a su vez disminuye la caída de voltaje a través de la resistencia del colector R C2 , lo que da como resultado un aumento en el voltaje de salida V o2 .
Esto indica que los cambios en la señal sinusoidal observados en la entrada del transistor Q 1 se reflejan como tales a través del terminal colector de Q 2 y aparecen con una diferencia de fase de 180 o a través del terminal colector de Q 1 .
La amplificación diferencial se puede controlar considerando la salida entre los terminales del colector de los transistores, Q 1 y Q 2 .
Amplificador diferencial Opamp
Un Op-Amp operativo en modo diferencial puede actuar fácilmente como un amplificador restador ya que resulta en una tensión de salida dada por: Donde V 1 y V 2 representan las tensiones aplicadas en su inversora y terminales de entrada no inversora (puede ser tomada en cualquier orden) y A d se refiere a su ganancia diferencial.
Según esta ecuación, la salida del amplificador operacional debe ser cero cuando los voltajes aplicados en sus terminales son iguales entre sí.
Sin embargo, prácticamente no será así ya que la ganancia no será la misma para ambas entradas.
Por lo tanto, en un escenario práctico, la expresión matemática para la salida del amplificador sustractor se puede dar como: 
Donde A C se denomina ganancia de modo común del amplificador. Por lo tanto, se espera que los amplificadores de diferencia funcionalmente buenos exhiban una alta tasa de rechazo en modo común (CMRR) y alta impedancia.
Sin embargo, debe tenerse en cuenta que un amplificador operacional se puede configurar adecuadamente para dar como resultado un amplificador diferencial muy práctico , como se muestra en la Figura 2.
Si se observa de cerca, se puede notar que este circuito es solo una combinación de amplificadores inversores y no inversores.
Por lo tanto, su voltaje de salida será igual a la suma de los voltajes de salida producidos por el circuito Op-Amp que opera como un amplificador inversor y el circuito Op-Amp que opera como un amplificador no inversor. Por lo tanto, se obtiene: 
Ahora, si R 1 = R 2 y R 3 = R f , entonces: 
Esto implica que la ganancia del circuito amplificador diferencial que se muestra en la Figura 2 está dada por 
.
Además, cabe señalar que el circuito básico que se muestra en la Figura 2 se puede modificar de muchas formas, lo que da como resultado varios diseños de circuitos, incluido el amplificador diferencial de puente de Wheatstone , el amplificador sustractor activado por luz , y amplificador de instrumentación.
Estos dispositivos se utilizan como controladores de motor y / o servo, amplificadores de señal, multiplicadores analógicos, interruptores, controladores de volumen, controladores automáticos de ganancia, moduladores de amplitud, etc., y cubren una amplia gama de aplicaciones, incluidas las de sistemas de instrumentación, micrófonos, analógicos a convertidores digitales y una miríada de aplicaciones.
