Circuitos Limitadores, Sujetadores y Multiplicadores de voltaje
Un Limitador o Recortador es un circuito capaz de suprimir porciones positivas o negativas de una señal.
LIMITADOR POSITIVO
Un limitador positivo recorta o limita la parte superior de una señal, Esto significa que recorta porciones de Tensión en los semiciclos positivos.
Figura 12 Limitador Positivo
Fuente: Floyd,T.(2008).Dispositivos Electrónicos. Prentice Hall
Recuperado de: https://profejuandotcom.files.wordpress.com/2017/02/dispositivos-electronicos-floyd-8edi.pdf
La figura 12 muestra un Limitador Positivo y el circuito funciona de la siguiente manera:
El diodo es polarizado en directa durante los semiciclos positivos y en inversa durante los semiciclos negativos. Cuando el diodo esta polarizado en directa se produce un corto que ocasiona una caída de tensión en la resistencia RL que se aprecia como un recorte en el semiciclo positivo, Idealmente dicha caída debería recortar totalmente el semiciclo, en la practica el diodo no es ideal y el recorte termina en 0.7V.
LIMITADOR NEGATIVO
Un limitador negativo recorta o limita la parte inferior de una señal, Esto significa que recorta porciones de Tensión en los semiciclos negativos.
Figura 13 Limitador Negativo
Fuente: Floyd,T.(2008).Dispositivos Electrónicos. Prentice Hall
Recuperado de: https://profejuandotcom.files.wordpress.com/2017/02/dispositivos-electronicos-floyd-8edi.pdf
La figura 13 muestra un limitador Negativo y el circuito funciona de la siguiente manera:
El diodo es polarizado en directa durante los semiciclos negativos y en inversa durante los semiciclos positivos. Cuando el diodo esta polarizado en directa se produce un corto que ocasiona una caída de tensión en la resistencia RL que se aprecia como un recorte en el semiciclo negativo, Idealmente dicha caída debería recortar totalmente el semiciclo, en la practica el diodo no es ideal y el recorte termina en −0.7V.
LIMITADORES POLARIZADOS
El nivel del voltaje que se limita se puede ajustar añadiendo una fuente de tensión (VCC) en serie con el diodo.
a)
b)
Fuente: Floyd,T.(2008).Dispositivos Electrónicos. Prentice Hall
Recuperado de: https://profejuandotcom.files.wordpress.com/2017/02/dispositivos-electronicos-floyd-8edi.pdf
De esta forma el circuito limitador recorta toda entrada de tensión por encima de:
VCC + 0.7V ----- Limitador Positivo
−VCC – 0.7V ----- Limitador Negativo
Para que un limitador funcione correctamente se debe tener en cuenta la siguiente regla:
100RB < RS <0.01RL
La regla dice que la resistencia en serie debe ser 100 veces mayor que la resistencia interna del diodo y 100 veces menor que la resistencia de carga.
SUJETADORES O CAMBIADORES DE NIVEL
Un circuito sujetador añade un nivel de CC a voltaje de AC.
Como en el caso anterior, de los limitadores, hay dos tipos de sujetadores, los de nivel positivo y los de nivel negativo.
Figura. 15 Sujetador o Cambiador de Nivel Positivo
Fuente: Floyd,T.(2008).Dispositivos Electrónicos. Prentice Hall
Recuperado de: https://profejuandotcom.files.wordpress.com/2017/02/dispositivos-electronicos-floyd-8edi.pdf
El circuito sujetador de nivel positivo funciona de la siguiente forma:
Durante los semiciclos negativos el diodo esta polarizado en directa permitiendo que el capacitor C se cargué aproximadamente a VP (in) – 0.7V donde VP (in) es el voltaje pico de la señal de entrada. Después del pico negativo el diodo queda polarizado en inversa y esto es porque la carga positiva adquirida por el condensador bloquea al cátodo del diodo y busca descargarse a través de R.
La idea es que el capacitor no se descargue totalmente cuando el diodo esta en inversa para así mantener una corriente continua aproximada a VP (in) – 0.7V que por superposición cambie el nivel DC de la señal de entrada.
Para calcular la constante de tiempo de carga y descarga del condensador del se emplea la formula:
T= R∙C
Una regla práctica de diseño es hacer que la constante de tiempo RC sea 10 veces el valor del periodo de la señal de entrada.
Si invertimos la polaridad del diodo y la del capacitor obtenemos un Sujetador de nivel negativo.
Figura. 16 Sujetador o Cambiador de Nivel Negativo
Fuente: Floyd,T.(2008).Dispositivos Electrónicos. Prentice Hall
Recuperado de: https://profejuandotcom.files.wordpress.com/2017/02/dispositivos-electronicos-floyd-8edi.pdf
Los circuitos Sujetadores son frecuentemente utilizados en receptores de televisión como restauradores del nivel DC de señales de video.
MULTIPLICADORES DE VOLTAJE
Un circuito multiplicador aumenta los valores de voltaje sin necesidad de cambiar el transformador de la fuente principal. Multiplicando por 2, 3 y 4 el valor de voltaje a su entrada.
El principio de operación de estos circuitos es la carga sucesiva de condensadores debido a la habilitación en cascada de diodos.
Estos circuitos se implementan cuando hay cargas que necesitan una tensión muy alta y que absorben una Corriente pequeña.
Una aplicación común se da en los circuitos que elevan el voltaje para alimentar el Tubo de rayos catódicos de Televisores, Monitores y Osciloscopios.
El Doblador de voltaje de media onda
El Triplicador
El Cuadriplicador
El Doblador de tensión de onda completa
EL DOBLADOR DE VOLTAJE DE MEDIA ONDA
Un doblador de voltaje de media onda es la combinación de un rectificador de media onda con un multiplicador de voltaje con factor de multiplicación 2.
Figura. 17 Circuito doblador de Voltaje de Media Onda
Fuente: Floyd,T.(2008).Dispositivos Electrónicos. Prentice Hall
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El circuito funciona de la siguiente manera:
Durante el semiciclo positivo el diodo D1 está polarizado en directa y el diodo D2 está polarizado en inversa y el condensador C1 se carga aproximadamente al valor pico del voltaje en la entrada menos la caída de voltaje del diodo (VP – 0.7V).
Durante el semiciclo negativo el diodo D2 está polarizado en directa y el diodo D1 está polarizado en inversa. En este punto el voltaje almacenado en C1 se suma al voltaje de entrada cargando el condensador C2 a (2VP).
D2 rectifica a media onda y C2 filtra la onda pulsante, el resultado es una salida de corriente continua de voltaje aproximadamente el doble de la entrada (2VP).
Demostración por ley de Kirchhoff:
VC1 − VC2 + VP = 0
VC1 = VP – 0.7V
VC2 = VP + VC1
TRIPLICADOR DE VOLTAJE
Figura. 18 Triplicador de voltaje
Fuente: Floyd,T.(2008).Dispositivos Electrónicos. Prentice Hall
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El circuito funciona de la siguiente manera:
Durante el semiciclo positivo el diodo D1 está polarizado en directa y el condensador C1 se carga aproximadamente al valor pico del voltaje en la entrada.
Durante el semiciclo negativo el diodo D2 está polarizado en directa. En este punto el voltaje almacenado en C1 se suma al voltaje de entrada cargando el condensador C2 a (2VP).
La descarga de C2 carga C3 mientras D3 esta polarizado en directa.
La salida del circuito es aproximadamente 3VP.
CUADRIPLICADOR DE VOLTAJE
Figura. 19 Cuadriplicador.
Fuente: Floyd,T.(2008).Dispositivos Electrónicos. Prentice Hall
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Si a un circuito Triplicador le agregamos un Diodo y un Condensador adicional en cascada obtendremos un circuito cuadriplicador de voltaje que multiplica por 4 el valor del voltaje de entrada.
Figura. 20 Onda completa duplicador.
Fuente: Floyd,T.(2008).Dispositivos Electrónicos. Prentice Hall
Recuperado de: https://profejuandotcom.files.wordpress.com/2017/02/dispositivos-electronicos-floyd-8edi.pdf
El circuito funciona de la siguiente manera:
Durante los semiciclos positivos D1 esta polarizado en directa y C1 se carga aproximadamente al valor de VP, luego durante los semiciclos negativos D2 esta polarizado en directa y C2 se carga aproximadamente también al valor de VP; la salida se toma de un extremo de C1 y C2 y el voltaje resultante es 2VP.