1 recortadores

8/18/2019 1 RECORTADORES

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RECORTADORES

CATEGORIAS

• En serie: La configuración en serie se define

como aquella donde el diodo está en serie con la carga

• En paralelo. La variedad en paralelo tiene el diodo

en una rama paralela a la carga.

1.9 Recortadores y Sujetadores (Cambiadores de

nivel).

Recortadores

Existe una variedad de redes de diodos denominadas recortadores que tienen lacapacidad para recortar una parte de la señal de la entrada, sin distorsionar la parterestante de la forma de onda alterna. El rectificador de media onda es un ejemplo de laforma más sencilla de recortar el diodo (una resistencia y un diodo). ependiendo de laorientación del diodo, se !recorta! la región positiva o negativa de la señal de entrada.

"on dos las categor#as generales de los recortadores$

• En serie: La configuración en serie se define como aquella donde el diodo estáen serie con la carga

• En paralelo. La variedad en paralelo tiene el diodo en una rama paralela a lacarga.

En serie

La respuesta de la configuración en serie de la figura %.&'a para una diversidad deformas de ondas alternas se presenta en la figura %.&'. unque se presentó primerocomo un rectificador de media onda (para formas de ondas senoidales), no *ay l#mites

en relación con el tipo de señales que pueden aplicarse a un recortador.


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Figura 1.56a Recortador serie.

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

señales.

La adición de una fuente de cd tal como la que se muestra en la figura %.&+ puede tenerun pronunciado efecto en la salida de un recortador.


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Figura 1.57 Recortador serie con fuente de cd.

La alimentación de cd requiere además que el voltaje vi sea mayor que V volts para queel diodo conduca.

-ara el diodo ideal la transición entre estados ocurrirá en el punto de las caracter#sticasen que vd =0 e id = 0 .

Ejemplo 1.12$

etermine la forma de onda de la salida para la red de la figura %.&

Figura 1.58

"olución$

Las experiencias anteriores sugieren que el diodo se encontrará en el estado deconducción en la región positiva de vi (en especial al notar la contriución de V / &0).La red aparecerá entonces como se ilustra en la figura %.&1 y 0o / 0i 2 &0. "ustituyendoid / 3 en vd / 3 para los niveles de transición, otenemos la red de la figura %.'3 y0i /4&0cd.


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Figura 1.59 o con el diodo en estado de conducci!n

Figura 1.6" #eterminaci!n del ni$el de transici!n para el recortador de la figura

1.58

-ara voltajes más negativos que 4&0, el diodo está en estado de circuito aierto en tantoque para voltajes más positivos que 4&0 el diodo está en estado de corto circuito. Losvoltajes de estrada y de salida aparecen en la figura %.'%.

Figura 1.61 Es%uema de o para el ejemplo.

Ejemplo 1.12$ 5epita el ejemplo anterior (%.%%) para la entrada de onda cuadrada dela figura %.'6.


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Figura 1.62 &eñal de entrada para el ejemplo 1.12.

En paralelo

La red de la figura %.'7a es la más simple de las configuraciones de diodo en paralelocon la salida para las mismas entradas de la figura %.&. El análisis de lasconfiguraciones en paralelo es muy similar al que se aplica a las configuraciones enserie, como demuestra el siguiente ejemplo$


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8igura %.'7 5ecortador en paralelo y respuesta para un recortador en paralelo.

Ejemplo 1.1'(

etermine 0o para la red de la figura %.'9

Figura 1.6) Recortador del ejemplo 1.1'.

&oluci!n

La polaridad de la fuente de cd y la dirección del diodo sugieren fuertemente que eldiodo se encontrará en el estado !de conducción! en la región negativa de la señal deentrada. En esta región la red aparecerá como se muestra en la figura %.'&, donde las

terminales definidas para Vo requieren que Vo / V= 9 0.


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El estado de transición puede determinarse a partir de la figura %.'', donde se *aimpuesto la condición id / 3 en 0d = 3 0. El resultado es 0i (de transición) / 0 / 9 0.

Figura 1.65 o para la regi!n negati$a de i .

-uesto que es evidente que la alimentación de cd !fuera! al diodo para que permanecaen el estado de corto circuito, el voltaje de entrada dee ser mayor que 9 0 para que eldiodo se encuentre en el estado !de corte!. :ualquier voltaje de entrada menor que 9 0dará como resultado un diodo en corto circuito.

Figura 1.66 #eterminaci!n del ni$el de transici!n para el ejemplo 1.1'.

En el estado de circuito aierto, la red será como se muestra en la figura %.'+, donde 0o/ 0i,. l completar la gráfica de 0o se otiene la forma de onda de la figura %.'.


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Figura 1.67 #eterminaci!n de vo para el diodo en estado de no conducci!n.

Figura 1.68 Es%uema de vo para el ejemplo.

En la figura %.'1 se presentan diversos recortadores en serie y en paralelo.


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Figura 1.69 Recortadores en serie * paralelo.


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SUJETA!RES (Cambiadores de "ivel)

La red de sujeción es aquella que !sujeta! una señal a un diferente nivel de cd. La reddee tener un capacitor, un diodo y un elemento resistivo, pero tami;n puede emplearuna fuente de cd independiente para introducir un corrimiento adicional. La magnitud

de 5 y : dee elegirse de manera tal que la constante de tiempo τ / 5: seasuficientemente grande para asegurar que el voltaje en el capacitor no descargue enforma significativa durante el intervalo en el que el diodo no está conduciendo. lo

largo del análisis supondremos que para todos los propósitos prácticos el capacitor secargará o descargará por completo en cinco constantes de tiempo.

La red de la figura %..+3 sujetará la señal de entrada en el nivel cero (en el caso dediodos ideales). El resistor 5 puede ser el resistor de carga o una cominación en

paralelo del resistor de carga y el resistor diseñado para proporcionar el nivel deseadode 5.

Figura

1.7"

+ircuito

sujetado

r.


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urante el intervalo 3 ?%6 la red aparecerá como se muestra en la figura %.+%, conel diodo en el estado !encendido! efectivo !cortocircuitando! el efecto del resistor 5. Laconstante de tiempo 5: resultante es tan pequeña (%a resistencia in*erente de la reddetermina el valor de 5) que el capacitor se cargará rápidamente *asta 0 volts. uranteeste intervalo el voltaje de salida está directamente a trav;s del corto circuito y 0o / 3 0.

Figura 1.71 #iodo en estado de conducci!n * el capacitor cargandose a V $oltios.

:uando la entrada camia al estado 40, la red será como se muestra en la figura %.+6,con el equivalente en circuito aierto para el diodo determinado por la señal aplicada yel voltaje almacenado en el capacitor (amos, !fueran! la corriente a trav;s del diodode ánodo a cátodo). *ora que 5 se encuentra de nuevo en la red, la constante de tiempodeterminada por el producto 5: es lo astante grande para estalecer un per#odo dedescarga &t muc*o mayor que el per#odo >?6 y puede suponerse en formaaproximada que el capacitor sostiene toda su carga y, por tanto, su voltaje (puesto que 0/ @?:) durante este per#odo.

Figura 1.72 #eteminaci!n de Vo con el diodo en estado de no conducci!n.


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:omo 0o está en paralelo con el diodo y el resistor, puede tami;n diujarse en la posición alterna que se muestra en Aa figura %.+6. La aplicación de la ley del voltaje deBirc**off alrededor de la malla de entrada dará como resultado$

4V - V - vo = 0

vo = -2V

El signo negativo se dee al *ec*o de que la polaridad de 60 es opuesta a la definida para 0o. La forma de onda de salida resultante aparece en %a figura %.+7 con la señal de

entrada.

Figura 1.7' Es%uema de vo para la red de la figura 1.7'.

La señal de salida se sujeta a 3 0 en el intervalo de C a >?6, pero mantiene la misma

excursión total (60) que la entrada. -ara una red de sujeción$

La excursión total de la salida es igual a la excursión total de la señal de entrada.

Este *ec*o constituye una excelente *erramienta de verificación del resultado otenido.

En general, los siguientes pasos pueden resultar Dtiles cuando se analian redes desujeción$


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%. "iempre se inicia el análisis de las redes de sujeción considerando aquella parte de laseñal de entrada que polariará directamente el diodo.

@uiá esto requiera saltar un intervalo de la señal de entrada (como demuestra elejemplo siguiente), pero el análisis no se extenderá por una medida innecesaria deinvestigación.

6. urante el per#odo en el que se encuentra en el estado encendido puede suponerseque el capacitor se cargará en forma instantánea *asta un nivel de voltaje determinado

por la red.

7. "e supone que durante el per#odo que el diodo está en circuito aierto (estado !decorte!) el capacitor mantendrá toda su carga y consecuentemente su voltaje.

9. En todo el análisis dee tenerse cuidado respecto a la localiación y polaridad dereferencia para 0o para asegurar que se otienen los niveles apropiados de dic*acantidad.

&. o se olvide la regla general que estalece que la excursión de la salida total deecorresponder con la de la señal de entrada.

Ejemplo 1.1)$

etermine 0o en la red de la figura %.+9 para la entrada indicada.


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Figura 1.7) &eñal aplicada * red para el ejemplo 1.1).

&oluci!n

ótese que la frecuencia es de %333 F, lo que produce un per#odo de % ms y un

intervalo de 3.& ms entre niveles. El análisis se iniciará con el per#odo t 1→ t 2 de la señal

de entrada porque el diodo se encuentra en el estado de corto circuito. En este intervalo,la red aparecerá como se indica en la figura %.+'. La salida es a trav;s de R , pero seencuentra tami;n directamente a trav;s de la ater#a de & 0cd si seguimos la conexióndirecta entre las terminales definidas para 0o y las correspondientes a la ater#a. Elresultado es 0o / & 0cd para este intervalo. l aplicar la ley de voltaje de Birc**off

alrededor de la malla de entrada se otendrá como resultado$

463 0cd 2 c 4 & 0cd / 3

c / 6& 0cd

Figura 1.75 #eterminaci!n de $o * $c con el diodo en estado de conducci!n


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El capacitor se cargará, por lo tanto, *asta 6& 0cd. En este caso, el resistor R no se pone

en corto por el diodo, pero un circuito equivalente de >*;venin de esa parte de la red,que incluye la ater#a y el resistor, dará lugar a 5 t* / 3 Ω con Et* / 0 / & 0cd. En el

per#odo t 2→ t 3 la red aparecerá como se indica en la figura %.+'.

Figura 1.76 #eterminaci!n de $o con el diodo en el estado de no conducci!n.

El equivalente en circuito aierto para el diodo *ará que la ater#a de & 0cd no tenganingDn efecto sore 0o y la aplicación de la ley de voltaje de Birc**off en torno a lamalla exterior de la red dará como resultado$

2%3 0cd 2 6& 0cd 4 o / 3

o / 7& 0

La constante de tiempo de descarga de la figura %.+' se determina mediante el productoR+ y su magnitud es$

τ / RC / (%33 G Ω )(3.% µ8) / 3.3% s / %3 ms

El tiempo de descarga total es, por lo tanto, &τ / &(%3 ms) // &3 ms.


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:omo el intervalo t2→ t3 durará sólo 3.& ms, es sin duda una uena aproximación

suponer que el capacitor sostendrá su voltaje durante el per#odo de descarga entre pulsosde la señal de entrada. La salida que resulta aparece en la figura 6.11 junto con la señalde entrada. Cs;rvese que la excursión de la salida de 73 0cd equivale a la excursión deentrada.

Figura 1.77 i

* o para el sujetador de la figura 1.7)

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