Diseño de un Amplificador Diferencial Práctico con Ganancia Controlada

Circuitos Op‑Amp Diferenciales

Un op‑amp sin realimentación ya es un amplificador diferencial, amplificando la diferencia de tensión entre sus dos entradas. Sin embargo, su ganancia no puede controlarse y es generalmente demasiado alta para ser de uso práctico. Hasta ahora, nuestra aplicación de realimentación negativa a op‑amps ha resultado en la pérdida práctica de una de las entradas, dejando un amplificador bueno solo para amplificar una sola señal de tensión. Con un poco de ingenio, sin embargo, podemos construir un circuito op‑amp que mantenga ambas entradas de tensión, pero con una ganancia controlada establecida por resistencias externas.

Si todos los valores de resistencia son iguales, este amplificador tendrá una ganancia de tensión diferencial de 1. El análisis de este circuito es esencialmente el mismo que el de un amplificador inversor, excepto que la entrada no inversora (+) del op‑amp está a una tensión igual a una fracción de V₂, en lugar de conectada directamente a tierra. Como cabría esperar, V₂ funciona como la entrada no inversora y V₁ como la inversora del circuito amplificador final. Por tanto:

Si quisiéramos proporcionar una ganancia diferencial distinta de 1, tendríamos que ajustar las resistencias en ambos divisores de tensión superior e inferior, lo que requiere múltiples cambios de resistencia y equilibrio entre los dos divisores para operación simétrica. Esto no siempre es práctico, por razones obvias.

Buffer de la Señal de Tensión de Entrada

Otra limitación de este diseño amplificador es que sus impedancias de entrada son bastante bajas comparadas con las de otras configuraciones op‑amp, notablemente el amplificador no inversor (entrada single‑ended). Cada fuente de tensión de entrada tiene que impulsar corriente a través de una resistencia, lo que constituye una impedancia mucho menor que la entrada desnuda de un op‑amp solo. La solución a este problema, afortunadamente, es bastante simple. Todo lo que necesitamos es "bufferizar" cada señal de tensión de entrada a través de un seguidor de tensión como este:

Ahora las líneas de entrada V₁ y V₂ se conectan directamente a las entradas de dos op‑amps seguidores de tensión, dando impedancia muy alta. Los dos op‑amps de la izquierda ahora manejan el impulso de corriente a través de las resistencias en lugar de dejar que las fuentes de tensión de entrada (sean lo que sean) lo hagan. La complejidad añadida a nuestro circuito es mínima para un beneficio sustancial.

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