Amplificador diferencial

Los amplificadores diferenciales son circuitos electrónicos fundamentales en diversas aplicaciones, desde la electrónica analógica hasta la digital. Su capacidad para amplificar la diferencia entre dos señales de entrada, mientras suprimen las señales comunes (ruido), los convierte en una herramienta esencial en el procesamiento de señales.

¿Qué es un Amplificador Diferencial?

Un amplificador diferencial es un circuito que amplifica la diferencia entre dos voltajes de entrada (V _in+y V _in-), mientras rechaza cualquier componente común a ambas entradas. La salida (V _out) es proporcional a esta diferencia: V _out= A _d(V _in+- V _in-), donde A _des la ganancia diferencial.

A diferencia de un amplificador simple, que amplifica una señal con respecto a tierra, el amplificador diferencial amplifica la diferencia entre dos señales. Esta característica es crucial para eliminar el ruido y las interferencias que afectan a ambas señales por igual (ruido de modo común).

Historia y Fabricación

Los primeros amplificadores diferenciales se construían con tubos de vacío. El diseño de 'par de cola larga', patentado por Alan Blumlein en 1936, sentó las bases para su desarrollo. Actualmente, se fabrican principalmente con transistores bipolares (BJT) o de efecto de campo (FET), a menudo integrados en circuitos integrados.

La fabricación típica utiliza dos transistores que comparten un mismo emisor (en el caso de BJT) o una misma línea de corriente (en FET). Las bases (o puertas) de los transistores actúan como entradas, mientras que los colectores (o drenajes) son las salidas. Se puede agregar un espejo de corriente para mejorar la ganancia y la estabilidad.

Tipos de Amplificadores Diferenciales

Existen varios tipos de amplificadores diferenciales, cada uno con sus propias características y aplicaciones:

Amplificador Diferencial Básico Bipolar:

Este es el tipo más común, utilizado en amplificadores operacionales y comparadores. Su simetría facilita el análisis y el diseño. Funciona con señales de corriente continua (CC) y corriente alterna (CA).

Amplificador Diferencial Bipolar con Fuente de Corriente:

Utiliza una fuente de corriente constante para la polarización. La suma de corriente en ambos transistores permanece constante, independientemente de la señal de entrada. Tiene una ganancia alta pero una tensión máxima de entrada diferencial limitada.

Amplificador Diferencial con Carga Activa:

Emplea una carga activa (como un espejo de corriente) en lugar de una resistencia pasiva. Esto mejora la ganancia y la respuesta en frecuencia, reduciendo la dependencia de la temperatura y la variación de los componentes.

Amplificadores Diferenciales FET:

Utilizan transistores FET, que ofrecen una alta impedancia de entrada. La combinación de BJT y FET en un mismo circuito integrado puede aprovechar las ventajas de ambos tipos de transistores.

Aplicaciones del Amplificador Diferencial

Los amplificadores diferenciales son esenciales en numerosas aplicaciones:

Electrónica Analógica:

• Multiplicadores analógicos
• Circuitos de instrumentación
• Amplificadores operacionales

Electrónica Digital:

• Circuitos integrados
• Amplificación de señales diferenciales balanceadas (reducción de ruido)
• Circuitos de retroalimentación (control de motores)

Otras Aplicaciones:

• Comparadores de tensión
• Sistemas de adquisición de datos
• Comunicaciones

Configuración y Modelos Comerciales

Los amplificadores diferenciales pueden configurarse como amplificadores diferenciales o de extremo único (conectando una entrada a tierra). Existen numerosos modelos comerciales disponibles, con diversas características como ganancia, ancho de banda, tensión de alimentación y encapsulado. Algunos ejemplos (sin enlaces):

• Amplificador de diferencial AD629BRZ
• Amplificador de diferencial INA105KP
• Amplificador de diferencial AD698APZ
• Amplificador de diferencial AD8132ARMZ
• Amplificador de diferencial THS4541IRGTT
• LuShuMaDa Placa amplificadora diferencial HT8696
• JENOR HT8696 Placa Amplificador de diferencial

Ganancia del Amplificador Diferencial

La ganancia de un amplificador diferencial se define como la relación entre la tensión de salida y la diferencia de tensión de entrada. En amplificadores con retroalimentación, la ganancia se puede ajustar mediante la relación entre resistencias de retroalimentación y entrada. Para configuraciones inversoras y no inversoras, las fórmulas son diferentes.

Amplificador Diferencial vs. Amplificador Operacional

Aunque estrechamente relacionados, existen diferencias clave. Un amplificador operacional es un tipo específico de amplificador diferencial con alta ganancia, alta impedancia de entrada y baja impedancia de salida. Un amplificador diferencial puede ser un componente básico de un amplificador operacional, o puede ser un circuito independiente con características específicas.

El amplificador diferencial es un componente electrónico versátil y esencial en una amplia gama de aplicaciones. Su capacidad para amplificar la diferencia entre dos señales y rechazar el ruido de modo común lo convierte en una herramienta fundamental para el procesamiento de señales en la electrónica analógica y digital.

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