Recortadores y Sujetadores (Cambiadores de nivel)en diodos.

5/23/2018 Recortadores y Sujetadores (Cambiadores de nivel)en diodos.

1.9 Recortadores y Sujetadores (Cambiadores de nivel).

Recortadores

Existe una variedad de redes de diodos denominadas recortadoresque tienen la capacidad pararecortar una parte de la seal de la entrada, sin distorsionar la parte restante de la forma de onda

alterna. El rectificador de media onda es un ejemplo de la forma ms sencilla de recortar el diodo(una resistencia y un diodo). Dependiendo de la orientacin del diodo, se "recorta" la reginpositiva o negativa de la seal de entrada.Son dos las categoras generales de los recortadores:

Enserie: La configuracin en serie se define como aquella donde el diodo est en seriecon la carga

Enparalelo. La variedad en paralelo tiene el diodo en una rama paralela a la carga.En serie

La respuesta de la configuracin en serie de la figura 1.56a para una diversidad de formas deondas alternas se presenta en la figura 1.56b. Aunque se present primero como un rectificador

de media onda (para formas de ondas senoidales), no hay lmites en relacin con el tipo deseales que pueden aplicarse a un recortador.

Figura 1.56a Recortador serie.

Figura 1.56b Respuesta del recortador de la figura 1.56a con diferentes tipos de seales.

La adicin de una fuente de cd tal como la que se muestra en la figura 1.57 puede tener unpronunciado efecto en la salida de un recortador.


Figura 1.57 Recortador serie con fuente de cd.

La alimentacin de cd requiere adems que el voltaje vi sea mayor que Vvolts para que el diodoconduzca.Para el diodo ideal la transicin entre estados ocurrir en el punto de las caractersticas en que vd=0 e id= 0A.

Ejemplo 1.12:Determine la forma de onda de la salida para la red de la figura 1.58

Figura 1.58

Solucin:Las experiencias anteriores sugieren que el diodo se encontrar en el estado de conduccin en laregin positiva de vi(en especial al notar la contribucin de V= 5V). La red aparecer entoncescomo se ilustra en la figura 1.59 y Vo= Vi+ 5V. Sustituyendo id = 0 en vd = 0 para los nivelesde transicin, obtenemos la red de la figura 1.60 yV i= -5Vcd.

Figura 1.59 Vocon el diodo en estado de conduccin


Figura 1.60 Determinacin del nivel de transicin para el recortador de la figura 1.58

Para voltajes ms negativos que -5V, el diodo est en estado de circuito abierto en tanto que paravoltajes ms positivos que -5V el diodo est en estado de corto circuito. Los voltajes de estrada yde salida aparecen en la figura 1.61.

Figura 1.61 Esquema de Vopara el ejemplo.

Ejemplo 1.12: Repita el ejemplo anterior (1.11) para la entrada de onda cuadrada de la figura1.62.

Figura 1.62 Seal de entrada para el ejemplo 1.12.

En paralelo

La red de la figura 1.63a es la ms simple de las configuraciones de diodo en paralelo con lasalida paralas mismas entradas de la figura 1.58. El anlisis de las configuraciones enparalelo esmuy similar al quese aplica a las configuraciones en serie, comodemuestra el siguiente ejemplo:


Figura 1.63 Recortador en paralelo y respuesta para un recortador en paralelo.

Ejemplo 1.13:

Determine Vo para la red de la figura 1.64

Figura 1.64 Recortador del ejemplo 1.13.

Solucin

La polaridad dela fuente de cd y la direccin del diodo sugieren fuertemente que el diodo seencontrar en el estado "de conduccin" en la regin negativa de la seal de entrada. En estaregin la red aparecer como se muestra en la figura 1.65, donde las terminales definidas para Vorequieren que Vo= V=4 V.El estado de transicin puede determinarse a partir de la figura 1.66, donde se ha impuesto lacondicin id = 0 A en Vd= 0 V. El resultado es Vi(de transicin) = V = 4 V.


Figura 1.65 Vo para la regin negativa de Vi.

Puesto que es evidente que la alimentacin de cd "fuerza" al diodo para que permanezca en elestado de corto circuito, el voltaje de entrada debe ser mayor que 4 V para que el diodo seencuentre en el estado "de corte". Cualquier voltaje de entrada menor que 4 V dar comoresultado un diodo en corto circuito.

Figura 1.66 Determinacin del nivel de transicin para el ejemplo 1.13.

En elestado de circuito abierto,la red ser comose muestraen la figura 1.67, donde Vo = Vi,.Al completarla grficade Vose obtiene la formade ondade la figura 1.68.

Figura 1.67 Determinacin de vopara el diodo en estado de no conduccin.


Figura 1.68 Esquema de vopara el ejemplo.

En la figura 1.69 se presentan diversos recortadores en serie y en paralelo.


Figura 1.69 Recortadores en serie y paralelo.

SUJETADORES (Cambiadores de Nivel)La red de sujecin es aquella que "sujeta" una seal a un diferente nivel de cd. La red debe tener

un capacitor, un diodo y un elemento resistivo, pero tambin puede emplear una fuente de cdindependiente para introducir un corrimiento adicional. La magnitud de R y C debe elegirse de

manera tal que la constante de tiempo = RC sea suficientemente grande para asegurar que elvoltaje en el capacitor no descargue en forma significativa durante el intervalo en el que el diodono est conduciendo. A lo largo del anlisis supondremos que para todos los propsitos prcticosel capacitor se cargar o descargar por completo en cinco constantes de tiempo.La red de la figura 1..70 sujetar la seal de entrada en el nivel cero (en el caso de diodosideales). El resistor R puede ser el resistor de carga o una combinacin en paralelo del resistor decarga y el resistor diseado para proporcionar el nivel deseado de R.

F

i

g

u

r

a

1

.

7

0

C

i

r

c

u

i

t

o

s


u

j

e

t

a

do

r

.

Durante el intervalo 0> T/12 la red aparecer como se muestra en la figura 1.71, con el diodoen el estado "encendido" efectivo "cortocircuitando" el efecto del resistor R. La constante detiempo RC resultante es tan pequea (1a resistencia inherente de la red determina el valor de R)que el capacitor se cargar rpidamente hasta V volts. Durante este intervalo el voltaje de salidaest directamente a travs del corto circuito y Vo = 0 V.

Figura 1.71 Diodo en estado de conduccin y el capacitor cargandose a Vvoltios.

Cuando la entrada cambia al estado -V, la red ser como se muestra en la figura 1.72, con elequivalente en circuito abierto para el diodo determinado por la seal aplicada y el voltajealmacenado en el capacitor (ambos, "fuerzan" la corriente a travs del diodo de nodo a ctodo).Ahora que R se encuentra de nuevo en la red, la constante de tiempo determinada por el productoRC es lo bastante grande para establecer un perodo de descarga 5t mucho mayor que el perodoT/2> T y puede suponerse en forma aproximada que el capacitor sostiene toda su carga y, portanto, su voltaje (puesto que V = Q/C) durante este perodo.

Figura 1.72 Deteminacin de Vocon el diodo en estado de no conduccin.


Como Vo est en paralelo con el diodo y el resistor, puede tambin dibujarse en la posicinalterna que se muestra en a figura 1.72. La aplicacin de la ley del voltaje de Kirchhoffalrededor de la malla de entrada dar como resultado:

-V - V - vo = 0

vo = -2V

El signo negativo se debe al hecho de que la polaridad de 2V es opuesta a la definida para Vo. Laforma de onda de salida resultante aparece en 1a figura 1.73 con la seal de entrada.

Figura 1.73 Esquema de vopara la red de la figura 1.73.

La seal de salida se sujeta a 0 V en el intervalo de O a T/2, pero mantiene la misma excursintotal (2V) que la entrada. Para una red de sujecin:La excursin total de la salida es igual a la excursin total de la seal de entrada.

Este hecho constituye una excelente herramienta de verificacin del resultado obtenido.En general, los siguientes pasos pueden resultar tiles cuando se analizan redes de sujecin:

1. Siempre se inicia el anlisis de las redes de sujecin considerando aquella parte de la seal deentrada que polarizar directamente el diodo.Quiz esto requiera saltar un intervalo de la seal de entrada (como demuestra el ejemplosiguiente), pero el anlisis no se extender por una medida innecesaria de investigacin.

2. Durante el perodo en el que se encuentra en el estado encendido puede suponerse que elcapacitor se cargar en forma instantnea hasta un nivel de voltaje determinado por la red.

3. Se supone que durante el perodo que el diodo est en circuito abierto (estado "de corte") elcapacitor mantendr toda su carga y consecuentemente su voltaje.

4. En todo el anlisis debe tenerse cuidado respecto a la localizacin y polaridad de referenciapara Vo para asegurar que se obtienen los niveles apropiados de dicha cantidad.

5. No se olvide la regla general que establece que la excursin de la salida total debecorresponder con la de la seal de entrada.


Ejemplo 1.14:Determine Vo en la red de la figura 1.74 para la entrada indicada.

Figura 1.74 Seal aplicada y red para el ejemplo 1.14.SolucinNtese que la frecuencia es de 1000 Hz, lo que produce un perodo de 1 ms y un intervalo de 0.5ms entre niveles. El anlisis se iniciar con el perodo t1t2de la seal de entrada porque eldiodo se encuentra en el estado de corto circuito. En este intervalo, la red aparecer como seindica en la figura 1.76. La salida es a travs de R, pero se encuentra tambin directamente atravs de la batera de 5 Vcdsi seguimos la conexin directa entre las terminales definidas paraVoy las correspondientes a la batera. El resultado es Vo= 5 Vcdpara este intervalo. Al aplicarla ley de voltaje de Kirchhoff alrededor de la malla de entrada se obtendr como resultado:

-20 Vcd+ Vc- 5 Vcd= 0

Vc = 25 Vcd

Figura 1.75 Determinacin de vo y vc con el diodo en estado de conduccin

El capacitor se cargar, por lo tanto, hasta 25 Vcd. En este caso, el resistor Rno se pone en cortopor el diodo, pero un circuito equivalente de Thvenin de esa parte de la red, que incluye labatera y el resistor, dar lugar a Rth= 0 con Eth= V = 5 Vcd. En el perodo t2t3la redaparecer como se indica en la figura 1.76.


Figura 1.76 Determinacin de vo con el diodo en el estado de no conduccin.

El equivalente en circuito abierto para el diodo har que la batera de 5 Vcdno tenga ningnefecto sobre Voy la aplicacin de la ley de voltaje de Kirchhoff en torno a la malla exterior de lared dar como resultado:

+10 Vcd+ 25 Vcd- Vo= 0

Vo= 35 V

La constante de tiempo de descarga de la figura 1.76 se determina mediante el producto RCy sumagnitud es:

=RC= (100 k)(0.1 F) = 0.01 s = 10 msEl tiempo de descarga total es, por lo tanto, 5= 5(10 ms) == 50 ms.

Como el intervalo t2t3durar slo 0.5 ms, es sin duda una buena aproximacin suponer queel capacitor sostendr su voltaje durante el perodo de descarga entre pulsos de la seal deentrada. La salida que resulta aparece en la figura 2.99 junto con la seal de entrada. Obsrvese

que la excursin de la salida de 30 Vcdequivale a la excursin de entrada.

Figura 1.77 Viy Vopara el sujetador de la figura 1.74


Pg. Principal del Profesor: Luis Gerardo Guerrero Ojeda Pg. Principal de Apuntes de

Cursos

Pg. Principal Apuntes de Electrnica I Pg. Principal de ElectrnicaDIODO ZENER Tc= AVz/Vz T1-T0 X10
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