Clamper (electrónica) - Clamper (electronics)

No confundir con pinza de tensión .
La sujeción de voltaje insesgada positiva traduce verticalmente la forma de onda de entrada de modo que todas sus partes sean aproximadamente mayores que 0 V. Tenga en cuenta que la oscilación negativa de la salida no descenderá por debajo de aproximadamente −0,6 V, asumiendo un diodo pn de silicio.

Un sujetador es un circuito electrónico que fija las excursiones de pico positivas o negativas de una señal a un valor definido cambiando su valor de CC. El sujetador no restringe la excursión de pico a pico de la señal, mueve toda la señal hacia arriba o hacia abajo para colocar los picos en el nivel de referencia. Una pinza de diodo (un tipo común simple) consiste en un diodo , que conduce la corriente eléctrica en una sola dirección y evita que la señal exceda el valor de referencia; y un condensador , que proporciona una compensación de CC de la carga almacenada. El condensador forma una constante de tiempo con la carga de la resistencia , que determina el rango de frecuencias sobre las que será efectivo el sujetador.

Función general

Un circuito de sujeción (también conocido como abrazadera) unirá el extremo superior o inferior de una forma de onda a un nivel de voltaje de CC fijo. Estos circuitos también se conocen como restauradores de voltaje CC. Las abrazaderas se pueden construir en polaridades tanto positivas como negativas. Cuando no están sesgados, los circuitos de sujeción fijarán el límite inferior de voltaje (o límite superior, en el caso de abrazaderas negativas) a 0 voltios. Estos circuitos fijan un pico de una forma de onda a un nivel de CC específico en comparación con una señal acoplada capacitivamente, que oscila alrededor de su nivel de CC promedio.

La red de sujeción es aquella que "sujeta" una señal a un nivel de CC diferente. La red debe tener un capacitor, un diodo y un elemento resistivo, pero también puede emplear una fuente de cd independiente para introducir un cambio adicional. La magnitud de R y C debe elegirse de manera que la constante de tiempo RC sea lo suficientemente grande como para garantizar que el voltaje a través del capacitor no se descargue significativamente durante el intervalo en el que el diodo no es conductor.

Tipos

Los circuitos de pinza se clasifican según su funcionamiento; negativo o positivo, y sesgado o imparcial. Un circuito de pinza positiva (pinza de pico negativo) genera una forma de onda puramente positiva a partir de una señal de entrada; compensa la señal de entrada para que toda la forma de onda sea mayor que 0 V. Una pinza negativa es lo opuesto a esto: esta pinza emite una forma de onda puramente negativa de una señal de entrada. Un voltaje de polarización entre el diodo y tierra compensa el voltaje de salida en esa cantidad.

Por ejemplo, una señal de entrada de valor pico de 5 V (V INpeak = 5 V) se aplica a una pinza positiva con una polarización de 3 V (V BIAS = 3 V), el voltaje de salida pico será:

V OUTpeak = 2 × V INpeak + V BIAS
V SALIDA pico = 2 × 5 V + 3 V
V SALIDA pico = 13 V

Tenga en cuenta que la excursión de pico a pico permanece en 2   V

Positivo imparcial

Una abrazadera positiva sin sesgo.

En el ciclo negativo de la señal de entrada de CA, el diodo está polarizado hacia adelante y conduce, cargando el condensador al valor máximo negativo de V IN . Durante el ciclo positivo, el diodo tiene polarización inversa y, por lo tanto, no conduce. Por lo tanto, el voltaje de salida es igual al voltaje almacenado en el capacitor más el voltaje de entrada, por lo que V OUT = V IN + V INpeak . Esto también se llama circuito de Villard .

Negativo imparcial

Una abrazadera insesgada negativa

Una abrazadera insesgada negativa es lo opuesto a la abrazadera positiva equivalente. En el ciclo positivo de la señal de entrada de CA, el diodo está polarizado hacia adelante y conduce, cargando el capacitor al valor máximo positivo de V IN . Durante el ciclo negativo, el diodo tiene polarización inversa y, por lo tanto, no conduce. Por lo tanto, el voltaje de salida es igual al voltaje almacenado en el capacitor más el voltaje de entrada nuevamente, por lo que V OUT = V IN - V INpeak .

Positivo sesgado

Una abrazadera sesgada positiva

Una abrazadera de tensión polarizada positiva es idéntica a una abrazadera imparcial equivalente pero con la tensión de salida compensada por la cantidad de polarización V BIAS . Por lo tanto, V OUT = V IN + (V INpeak + V BIAS ).

Sesgo negativo

Una abrazadera sesgada negativa

Una abrazadera de tensión polarizada negativa es igualmente idéntica a una abrazadera imparcial equivalente pero con la tensión de salida compensada en la dirección negativa por la cantidad de polarización V BIAS . Por lo tanto, V OUT = V IN - (V INpeak + V BIAS ).

Circuito de amplificador operacional

Circuito de abrazadera de amplificador operacional de precisión

La figura muestra un circuito de abrazadera de amplificador operacional con un voltaje de sujeción de referencia distinto de cero. La ventaja aquí es que el nivel de sujeción se encuentra precisamente en la tensión de referencia. No es necesario tener en cuenta la caída de tensión directa del diodo (que es necesaria en los circuitos simples anteriores, ya que se suma a la tensión de referencia). El efecto de la caída de voltaje del diodo en la salida del circuito se dividirá por la ganancia del amplificador, lo que resultará en un error insignificante. El circuito también tiene una gran mejora en la linealidad en pequeñas señales de entrada en comparación con el circuito de diodo simple y no se ve afectado en gran medida por los cambios en la carga.

Sujeción para protección de entrada

La sujeción se puede utilizar para adaptar una señal de entrada a un dispositivo que no puede utilizar o puede resultar dañado por el rango de señal de la entrada original.

Principios de Operación

Durante la primera fase negativa del voltaje de entrada de CA, el condensador en un circuito de sujeción positivo se carga rápidamente. Cuando V in se vuelve positivo, el capacitor sirve como duplicador de voltaje; ya que se ha almacenado el equivalente de V en durante el ciclo negativo, se proporciona casi el que la tensión durante el ciclo positivo. Esto básicamente duplica el voltaje visto por la carga. Cuando V in se vuelve negativo, el capacitor actúa como una batería del mismo voltaje que V in . La fuente de voltaje y el capacitor se contrarrestan, lo que resulta en un voltaje neto de cero como lo ve la carga.

Cargando

Para abrazaderas de tipo pasivo con un condensador, seguido de un diodo en paralelo con la carga, la carga puede afectar significativamente el rendimiento. La magnitud de R y C se eligen de modo que la constante de tiempo,, sea ​​lo suficientemente grande como para garantizar que el voltaje a través del capacitor no se descargue significativamente durante el intervalo no conductor del diodo. Una resistencia de carga demasiado baja (carga pesada) descargará parcialmente el condensador y provocará que los picos de la forma de onda se desvíen del voltaje de sujeción previsto. Este efecto es mayor a bajas frecuencias. A una frecuencia más alta, hay menos tiempo entre ciclos para que se descargue el condensador.

El condensador no se puede hacer arbitrariamente grande para superar la descarga de carga. Durante el intervalo de conducción, el condensador debe recargarse. El tiempo necesario para hacer esto está gobernado por una constante de tiempo diferente, esta vez establecida por la capacitancia y la impedancia interna del circuito de excitación. Dado que el voltaje máximo se alcanza en un cuarto de ciclo y luego comienza a caer nuevamente, el capacitor debe recargarse en un cuarto de ciclo. Este requisito requiere un valor bajo de capacitancia.

Los dos requisitos en conflicto para el valor de capacitancia pueden ser irreconciliables en aplicaciones con una alta impedancia de excitación y baja impedancia de carga. En tales casos, se debe usar un circuito activo como el circuito de amplificador operacional descrito anteriormente.

Sesgado versus no sesgado

Mediante el uso de una fuente de voltaje y una resistencia, el sujetador puede polarizarse para vincular el voltaje de salida a un valor diferente. El voltaje suministrado al potenciómetro será igual a la compensación desde cero (asumiendo un diodo ideal) en el caso de una abrazadera positiva o negativa (el tipo de abrazadera determinará la dirección de la compensación). Si se suministra un voltaje negativo a positivo o negativo, la forma de onda cruzará el eje x y estará vinculada a un valor de esta magnitud en el lado opuesto. Los diodos Zener también se pueden usar en lugar de una fuente de voltaje y un potenciómetro, por lo que se establece la compensación en el voltaje Zener.

Ejemplos

Los circuitos de sujeción eran comunes en los receptores de televisión analógicos . Estos equipos tienen un circuito restaurador de CC, que devuelve el voltaje de la señal de video durante el 'porche trasero' del período de supresión de línea (retroceso) a 0 V. La interferencia de baja frecuencia, especialmente el zumbido de la línea eléctrica, inducida en la señal estropea la representación de la imagen y, en casos extremos, hace que el televisor pierda sincronización . Esta interferencia se puede eliminar eficazmente mediante este método.

Ver también

Referencias

Otras lecturas

  • RM Marston (1991). Manual de circuitos de diodos, transistores y fetos . Novedad. págs. 13-17. ISBN   978-1-4831-3540-3 .
  • Manual de aplicaciones de rectificadores HB214 / D Rev.2 . ON Semiconductor . Noviembre de 2001. págs. 160-161.
  • JA Coekin (1975). Técnicas de pulso de alta velocidad . Pergamon. págs. 60–64. ISBN   978-1-4831-0548-2 .