Amplificador diferencial – Funcionamiento y aplicaciones
En el mundo de la electrónica, hay componentes que se destacan por su versatilidad y eficiencia, y uno de ellos es el amplificador diferencial. Este dispositivo, aunque a menudo pasa desapercibido, ejerce un papel fundamental en la adquisición y procesamiento de señales, desde la tecnología médica hasta la electrónica de consumo. En este artículo, exploraremos su funcionamiento, desglosando los secretos que lo convierten en un pilar de circuitos amplificadores, y descubriremos las innumerables aplicaciones que lo han llevado a ser un protagonista en la era de la tecnología avanzada. ¡Prepárate para sumergirte en el fascinante universo del amplificador diferencial y conocer cómo transforma la forma en que interactuamos con el mundo!
¿Alguna vez te has preguntado cómo funcionan los amplificadores diferenciales y cuáles son sus aplicaciones? En este artículo te revelaremos todos los secretos detrás de esta increíble y versátil tecnología. Descubre cómo un simple amplificador puede mejorar la calidad de señal en circuitos electrónicos y cómo se utiliza en diferentes industrias. ¡No te lo pierdas!
A Amplificador diferencial es un circuito de amplificador operacional que está diseñado para amplificar la entrada de diferencia disponible y rechazar el voltaje de modo común. Se utiliza para suprimir el efecto del ruido en la salida. Dado que el ruido presente tendrá la misma amplitud en los dos terminales del amplificador operacional. Entonces, cuando se toma la diferencia entre terminales, el ruido se cancelará entre sí. La salida del amplificador diferencial es proporcional a la diferencia de los terminales de entrada. Por lo tanto, la salida está libre de ruido.
Amplificador diferencial
La figura 1 muestra el amplificador diferencial básico. Las dos señales de entrada V1 y V2 se aplican al amplificador operacional.
Fig.>Laboral
Aplique el teorema de superposición para encontrar el voltaje de salida. En primer lugar, desactive V2 y conéctelo a tierra como se muestra en la figura 2.
Fig.>Aplicando el método de división de voltaje
(1) 
>
Dado que el amplificador operacional es ideal y hay retroalimentación negativa, el voltaje de la terminal inversora (V−) es igual a la tensión del terminal no inversor (V+), de acuerdo con la concepto corto virtual.
V− = V+
Las corrientes que ingresan a ambos terminales del amplificador operacional son cero ya que el amplificador operacional es ideal.
(2) 
> (3) 
>Aplicar KCL en el nodo PAG
> (4) 
>De las ecuaciones (2), (3) y (4), tenemos
>
>De la ecuación 1, tenemos
(5) 
>
Ahora desactiva V1 y conéctelo a tierra como se muestra en la figura 3.
Fig.>Como podemos ver que el voltaje a través de R4 es cero Por lo tanto V+ = 0 V. Dado que el amplificador operacional es ideal y hay retroalimentación negativa, el voltaje de la terminal inversora (V−) es igual a la tensión del terminal no inversor (V+ = 0), según el concepto de terreno virtual.
V− = V+ = 0 voltios
Las corrientes que ingresan a ambos terminales del amplificador operacional son cero ya que el amplificador operacional es ideal.
(6) 
>
(7) 
>
Aplicar KCL en el nodo PAG
> (8)
>
De las ecuaciones (6), (7) y (8), tenemos
>
> (9) 
>Sumando las ecuaciones (5) y (9), obtenemos el voltaje de salida Vo
> (10) 
>
(11) 
>
Caso-1: cuando 
>entonces
>
>La salida Vo es
>Ahora
>y
>La salida Vo es dado por
>donde und = ganancia diferencial y AC = ganancia de modo común
Como 
>Por lo tanto, tenemos
>
entonces 
>
Relación de rechazo de modo común (CMRR)
>utilizando el valor anterior de Ad y unCtenemos
>Nota: Idealmente, CMRR es infinito. Entonces, el valor de CMRR para que este circuito sea infinito, .
>
Caso 2: cuando 
>desde
>y
>entonces podemos escribirlo como
>y
>Por lo tanto, la ecuación (10) se convierte en
> (12) 
>
(13) 
>
Comparando la ecuación (12) y (13), tenemos
>y
>Entonces CMRR se da como
>
> 
>Nota: 
>
Nota: Para un mejor amplificador diferencial, CMRR debe ser lo más alto posible.
Nota: CMRR depende del circuito y no depende de la entrada aplicada.
Amplificador Diferencial – Funcionamiento y Aplicaciones
En el mundo de la electrónica, uno de los componentes más versátiles y eficientes es el amplificador diferencial. Este dispositivo, aunque a menudo pasa desapercibido, juega un papel fundamental en la adquisición y procesamiento de señales, desde la tecnología médica hasta la electrónica de consumo. En este artículo, exploraremos su funcionamiento y descubriremos las innumerables aplicaciones que lo han llevado a ser un protagonista en la era de la tecnología avanzada.
¿Qué es un Amplificador Diferencial?
El amplificador diferencial es un circuito de amplificador operacional diseñado para amplificar la diferencia entre dos señales de entrada y rechazar el voltaje de modo común. Esto significa que puede suprimir el efecto del ruido, que generalmente afecta de manera similar a ambas señales de entrada. Así, la salida del amplificador es proporcional a la diferencia de los terminales de entrada, lo que permite obtener una señal limpia y de calidad.
Funcionamiento del Amplificador Diferencial
El principio de funcionamiento del amplificador diferencial se basa en la cancelación de señales no deseadas, como el ruido. Esto se logra mediante la aplicación de la diferencia entre las dos entradas del amplificador. En un amplificador ideal con retroalimentación negativa, el voltaje en el terminal inversor (V−) es igual al voltaje en el terminal no inversor (V+), permitiendo que la salida sea proporcional a la diferencia:
- Cuando se aplica V1 a la entrada positiva y V2 a la entrada negativa, el amplificador produce una salida que se puede expresar como:
Vout = A(V1 – V2), donde A es la ganancia del amplificador.
- La configuración del circuito permite que el ruido presente en ambas señales se cancele, resultando en una salida sin interferencias.
Aplicaciones del Amplificador Diferencial
El amplificador diferencial tiene una amplia gama de aplicaciones en diferentes sectores, tales como:
- Tecnología Médica: Se utiliza en monitores de signos vitales y en instrumentación médica para captar señales muy débiles.
- Sistemas de Audio: Mejora la calidad de la señal y facilita la cancelación de ruidos indeseados.
- Instrumentación Electrónica: Se emplea en sensores y en sistemas de adquisición de datos para garantizar señales precisas.
- Conversores Analógico-Digital: Los amplificadores diferenciales son cruciales en el preprocesamiento de señales para su conversión.
Gracias a su capacidad de mejorar la calidad de las señales, el amplificador diferencial se ha convertido en un componente esencial en muchos dispositivos y tecnologías modernas, como se explica en más detalles en Electricity & Magnetism[[1]]y en Itztli[[3]].
Preguntas Frecuentes (FAQs)
¿Cuál es la principal ventaja de un amplificador diferencial?
La principal ventaja de un amplificador diferencial es su habilidad para amplificar la diferencia entre dos señales de entrada mientras cancela el ruido y las interferencias comunes. Esto resulta en una señal de salida más clara y precisa, algo crucial en aplicaciones donde la calidad de la señal es vital.
¿Se puede utilizar un amplificador diferencial en sistemas de audio?
Sí, los amplificadores diferenciales son comúnmente utilizados en sistemas de audio para reducir el ruido y mejorar la calidad de la señal, especialmente en situaciones donde se necesita amplificar señales débiles.
¿Qué tipo de amplificadores operacionales se utilizan en amplificadores diferenciales?
Se pueden utilizar varios tipos de amplificadores operacionales en configuraciones diferenciales, pero es crucial que sean adecuados para manejar las especificaciones de la señal y proporcionar la ganancia necesaria.
¿Cómo se conecta un amplificador diferencial en un circuito?
La conexión de un amplificador diferencial generalmente implica aplicar las señales de entrada a los terminales positivos y negativos del amplificador, asegurando que la configuración permita la retroalimentación adecuada para optimizar la cancelación de ruido.
Para más info y ejemplos prácticos de circuitos, puedes revisar también UV – Aplicaciones de Amplificadores Operacionales[[2]].
Agreermplorrypc: ¡Totalmente de acuerdo! Los amplificadores diferenciales son una maravilla y su uso en la práctica es fundamental. En mi caso, los utilicé en un proyecto de medición de temperatura en un laboratorio y fue increíble ver cómo filtraban el ruido de la señal. Al principio era un poco complicado, pero al final todo encajó y aprendí un montón sobre sus aplicaciones. ¡Gracias por escribir sobre este tema!
¡Qué artículo más interesante sobre amplificadores diferenciales! Siempre he encontrado fascinante cómo estos dispositivos pueden amplificar señales pequeñas mientras eliminan el ruido. Recuerdo cuando estaba en la universidad y trabajé en un proyecto de electrónica donde tuvimos que usar un amplificador diferencial para medir señales de sensores. Fue todo un reto, pero al final, ver cómo logramos aumentar la precisión de nuestras lecturas fue muy gratificante. Definitivamente, entender su funcionamiento fue clave para el éxito del proyecto. ¡Gracias por compartir esta información!
¡Gran artículo! Siempre he encontrado fascinante el funcionamiento de los amplificadores diferenciales. Recuerdo cuando los usé en un proyecto de la universidad, fue todo un reto, pero al final logramos utilizar uno para leer señales de sensores. Fue una experiencia increíble y me ayudó a entender mucho mejor cómo funcionan. ¡Gracias por compartir!
Sabonatzyf: ¡Qué interesante! A mí también me parece impresionante cómo funcionan los amplificadores diferenciales. En un curso de electrónica que tomé, tuvimos que diseñar un circuito para amplificar señales de audio y utilicé uno de estos amplificadores. La claridad del sonido después de aplicar el amplificador fue asombrosa. Definitivamente, me ayudó a apreciar el detalle que pueden proporcionar en diferentes aplicaciones. ¡Gracias por traer a colación este tema tan útil!
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