Primer semiciclo

Segundo semiciclo
MULTIPLICADORES DE VOLTAJE

 

DESCRIPCION:

El circuito multiplicador de voltaje es un circuito que permite tener un nivel de continua igual a un factor entero del valor pico de una señal de entrada. El principio de operación de estos circuitos es la carga sucesiva de condensadores debido a la habilitación en cascada de diodos.

Este tipo de circuitos se utilizan para mantener el voltaje pico de un transformador relativamente bajo, ya que elevan el voltaje de salida de pico a dos, tres, cuatro o más veces el voltaje pico rectificado.

En este curso se van a tratar los "Multiplicador de tensión de ½ onda" o "Cuadriplicador" y "Multiplicador de tensión de onda completa" o "Duplicador".

 


MULTIPLICADOR DE TENSIÓN DE ½ ONDA


Este método hace uso de los diodos y del efecto capacitivo en este caso para cuadriplicar una tensión dada, pero con el inconveniente de no poder manejar una intensidad elevada, es decir, se eleva la tensión pero solo se puede utilizar estas para consumos pequeños.


Si explicamos el diagrama de un cuadriplicador, su funcionamiento sería el siguiente:

 

D I A G R A M A


 


EXPLICACION:

Como vemos este circuito también hace uso de la propiedad de almacenamiento de energía de los condensadores así como del efecto de circulación en un solo sentido del que gozan los diodos.

Su funcionamiento comienza con la carga de C1 a la tensión Vab cuando D1 se polariza directamente (quedando en cortocircuito), tal y como se muestra en la siguiente figura, debido al semiciclo negativo de entrada, quedando los otros diodos polarizados inversamente (en circuito abierto), quedando de la siguiente forma:

 

D1 polarizado en directo

D2 , D3 y D4 quedan en inverso (circuito abierto)

0 < ?t < p Vab > 0

C1 = Vab = Vmax a través de D1

Vc1 = Vab y Vc2 = Vc3 = Vc4 = 0 V


En el ciclo siguiente D1 se polariza inversamente (circuito abierto), para la conducción del C2 encontramos que D2 se polariza de forma directa (cortocircuito) y así se obtiene la carga de C2, pero esta vez la carga se hace a una tensión que es la suma de la almacenada en C1 y la proporcionada por Vab, es decir, C2 se carga a una tensión 2Vmax ó, lo que es igual, C2 obtiene una tensión doble a la de entrada del circuito. Mientras que D3 y D4 quedan como circuito abierto igual que D1, representado en el siguiente diagrama:

 


D2 polarizado en directo

D1 , D3 y D4 quedan en circuito abierto (inverso)

p < ?t < 2p Vab < 0

Vc1 = Vmax Vc2 = 2Vmax y Vc3 = Vc4 = 0 V


En el ciclo que conduce C3, los diodos D1 y D2 se polarizan inversamente (en circuito abierto), mientras D3 lo hace de forma directa (en cortocircuito) y así se obtiene la carga de C3, pero la carga se obtiene es una tensión igual a la de C2 y a su vez es la proporcionada por Vmax, es decir, C3 se carga a una tensión 2 Vmax.

D3 polarizado en directo

D1, D2, D3 y D4 quedan en inverso (circuito abierto)

2p < ?t < 3p Vab > 0

Vc1 = Vmax Vc2 = 2Vmax Vc3 = 2Vmax Vc4 = 0 V


En el último ciclo D1 , D2 y D3 se polarizan inversamente (quedando en circuito abierto), por lo que D4 lo hace de forma directa (cortocircuito) y obteniéndose así la carga para C4 , quedando del mismo valor que C2 y C3 siendo ésta la proporcionada por Vmas, es decir, C4 se obtiene una tensión doble a la de entrada del circuito.

 

D4 polarizado en directo

D1, D2 y D3 quedan en inverso (circuito abierto)

3p < ?t < 4p Vab > 0

Vc1 = Vmax Vc2 = 2Vmax Vc3 = 2Vmax Vc4 = 2Vmax


Si la carga de entrada es pequeña y los capacitores tienen poca fuga, pueden desarrollarse de dc voltajes muy altos mediante este tipo de circuito, utilizando muchas secciones para aumentar el voltaje de dc.


DIAGRAMA DE LA RECTA DE RESPUESTA

 


MULTIPLICADOR DE TENSIÓN DE ONDA COMPLETA


El funcionamiento del "duplicador" funciona de manera similar al "cuadriplicador", con una pequeña diferencia, la cual es que solo se cuenta con dos semiciclos, su diagrama es el que se muestra a continuación.

En el primer semiciclo el diodo D1 es polarizado directamente, es decir que el diodo está conduciendo, cuando "a" sea positivo (+) respecto a "b" (-). Cargando al capacitor C1 con un voltaje máximo de entrada (Vmax), después de que el primer diodo conduce se pone en corto circuito.

En el segundo semiciclo, el diodo D1 queda polarizado inversamente, debido a que "a" es negativo (-) con respecto a "b" siendo este positivo (+), cargando a C2 con el voltaje máximo (Vmax), con esto cerrando el circuito en D2.

Su funcionamiento para el primer semiciclo es la siguiente: D1 se polariza directamente quedando como cortocircuito, por tal motivo el diodo conduce, esto es cuando "a" es positivo (+) con respecto de "b" (-), cargando a C1 con un voltaje igual al voltaje aplicado (Vmax), después de eso el diodo D1 se queda como circuito abierto.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RECORTADORES DE VOLTAJE

 

RECORTADORES EN PARALELO


Los circuitos recortadores se utilizan para eliminar parte de una forma de onda que se encuentre por encima o por debajo de algún nivel de referencia. También se conocen como limitadores, selectores de amplitud o rebanadores.

En este análisis se encontrarán cuatro tipos de recortadores en paralelo, en los dos primeros solo cambia la polaridad del diodo y, la fuente de dc queda con la misma polaridad; en los dos recortadores siguientes el diodo conserva la misma polaridad, mientras que la fuente de dc invierte su polaridad para cada recortador restante.

Cada circuito recortador se encuentra en función de la batería (fuente de dc), los recortadores positivo y negativo se pueden realizar simultáneamente. El resultado es un recortador polarizado en paralelo, que se diseña utilizando dos diodos y dos fuentes de tensión. Pero en este análisis solo se van a utilizar una fuente de tensión de dc y un solo diodo para cada onda de salida (positiva y negativa).

Son circuitos que colocan a la salida una señal con una porción eliminada frente a la señal de entrada. Se clasifican en simples y polarizados, caracterizándose cada uno de ellos por la ausencia o presencia de una batería en su composición. La presencia de baterías en el interior de un circuito recortador permite tener niveles de recorte de la señal de entrada diferentes de cero o de 0.7 V.

La forma más general de analizar circuitos recortadores consiste en utilizar la función de transferencia de voltaje, de la salida a la entrada. Este método permite que cualquier forma de señal en el tiempo que se aplique al circuito recortador, su salida es fácilmente determinada utilizando la característica de transferencia.

 

 

 

 

En los diagramas anteriores se muestra (primer figura) la señal de entrada sin pasar por el diodo recortador, y por otro lado (segunda figura) se muestran las señales una (en verde) es la señal de entrada tal cual es, y la otra señal (en azul) se muestra cómo queda la señal recortada.


RECORTADOR 1


Semiciclo positivo de la tensión de entrada:

Cuando la tensión de entrada es menor que la tensión de la batería, el diodo queda polarizado inversamente (circuito abierto), con lo cuál la tensión de salida es igual a la tensión de entrada (V salida = V entrada).

Cuando la tensión de entrada es mayor que la tensión de la batería, el diodo queda polarizado directamente (cortocircuito), siendo ahora la tensión de salida igual a la de la batería.


Semiciclo negativo de la tensión de entrada:

Tanto si la tensión de entrada es mayor o menor que la tensión de la batería, el diodo se encontrará polarizado inversamente (circuito abierto) y la tensión en la salida será igual a la de la entrada (V salida = V entrada).


 

Nota: la señal en color verde es la señal sin recortar, y la de color azul es la señal ya recortada

 

 

RECORTADOR 2


Semiciclo positivo de la señal de entrada:

Cuando el voltaje de entrada aplicado al circuito es mayor que el voltaje de la batería el diodo está polarizado en inverso (en circuito abierto) tenemos que el voltaje de salida es igual al voltaje de entrada.

ViN > VB D en inverso, por tanto: Vout = ViN


Semiciclo negativo de la señal de entrada:

En este caso encontramos que el voltaje de entrada es menor que el voltaje de la batería quedando en cortocircuito el diodo polarizándose en directo, quedando en el voltaje de salida el voltaje de la batería

ViN < VB D en directo, por tanto: Vout = VB

 

Nota: La señal en color verde es la señal sin recortar, y la de color azul es la señal ya recortada.

 

RECORTADOR 3


Semiciclo positivo de la señal de entrada:

En este semiciclo encontramos que el diodo de se encuentra polarizado en directo (en cortocircuito):

ViN > - VB D en directo, por tanto: Vout = - VB


Semiciclo negativo de la señal de entrada:

Cuando la tensión de entrada es menor al valor negativo de la batería el diodo se encuentra polarizado en inverso(circuito abierto), portal motivo el voltaje de la salida es igual al voltaje de la fuente de entrada:

ViN < - VB D en inverso, por tanto: Vsalida = ViN

 

RECORTADOR 4

Semiciclo positivo de la señal de entrada:

Cuando la tensión de entrada es mayor que la tensión de menos la batería el diodo esta polarizado en inverso (en circuito abierto).

ViN > - VB D en inverso, por tanto: Vout = ViN


Semiciclo negativo de la señal de entrada:

Cuando la tensión de entrada es menor al valor negativo de la batería el diodo se encuentra polarizado en directo (cortocircuito), portal motivo el voltaje de la salida es igual menos el voltaje de la batería.

Vin < - VB D en directo, por tanto: Vout = - VB

 

ANALISIS REAL DE COMPORTAMIENTO DE UN RECORTADOR EN PARALELO

 

Para un análisis real, el diodo es sustituido por una fuente de tensión llamada VT y por una resistencia interna llamada Rf. Donde el voltaje de entrada es menor a la suma del voltaje de la batería y del diodo, es decir:

VB + VT > ViN

Donde el voltaje de salida es igual a la suma de los voltajes que pasan por el equivalente al diodo mas el voltaje de la batería:

 

RECORTADORES EN SERIE

Los recortadores en serie a diferencia de los recortadores en paralelo es como su nombre lo dice el diodo en serie, vamos analizar los cuatro tipos de recortadores e serie.


RECORTADOR 1


La señal de color azul es la señal normal, y la de color rojo es la señal recortada.


Semiciclo positivo de la señal de entrada:

Para que el diodo conduzca, es decir, que este polarizado en directo el voltaje de entrada debe de ser menor al voltaje de la batería, para que su voltaje de salida sea igual a la diferencia del voltaje de entrada menos al de la batería:

ViN < VB D en directo, por tanto: Vout = ViN - VB


Semiciclo negativo de la señal de entrada:

Para que el diodo sea polarizado en inverso, a diferencia del semiciclo anterior el voltaje de entrada debe de ser mayor al voltaje de la batería, y por tanto el voltaje de salida será igual a cero:

ViN > VB D en inverso, por tanto: Vout = 0 V

 

RECORTADOR 2


Semiciclo positivo de la señal de entrada:

Para que el diodo conduzca, es decir, que este polarizado en directo el voltaje de entrada debe de ser menor a menos el voltaje de la batería, para que su voltaje de salida sea igual a la suma del voltaje de entrada mas al de la batería:

ViN < - VB D en directo, por tanto: Vout = ViN + VB


Semiciclo negativo de la señal de entrada:

Para que el diodo sea polarizado en inverso, a diferencia del semiciclo anterior el voltaje de entrada debe de ser mayor a menos el voltaje de la batería, y por tanto el voltaje de salida será igual a cero:

ViN > - VB D en inverso, por tanto: Vout = 0 V

RECORTADOR 3


Nota: La señal de rojo es la señal recortada, y la señal de color azul es la señal son recortar.


Semiciclo positivo de la señal de entrada:

Para que el diodo se polarice en directo y conduzca, el voltaje de entrada debe de ser menor al voltaje de la batería, para que su voltaje de salida sea igual a cero:

ViN < VB D en directo, por tanto: Vout = 0 V


Semiciclo negativo de la señal de entrada:

Para que el diodo se polarice en inverso, el voltaje de entrada debe de ser mayor al voltaje de la batería, y por tanto el voltaje de salida será igual a la diferencia del voltaje de la entrada menos al voltaje de la batería:

ViN > VB D en inverso, por tanto: Vout = ViN - VB

 

RECORTADOR 4


Nota: La señal de rojo es la señal recortada, y la señal de color azul es la señal son recortar.


Semiciclo positivo de la señal de entrada:

Para que el diodo se polarice en directo y conduzca, el voltaje de entrada debe de ser menor al voltaje de la batería, para que su voltaje de salida sea igual a cero:

ViN < VB D en directo, por tanto: Vout = 0 V


Semiciclo negativo de la señal de entrada:

Para que el diodo se polarice en inverso, el voltaje de entrada debe de ser mayor al voltaje de la batería, y por tanto el voltaje de salida será igual a la diferencia del voltaje de la entrada menos al voltaje de la batería:

ViN > VB D en inverso, por tanto: Vout = ViN - VB


SUJETADORES DE VOLTAJE O CAMBIADORES DE NIVEL

Si el condensador se encuentra descargado, al aplicar tensión, el se comportará como un corto (oponiéndose al cambio de voltaje). Para que exista conducción, se requiere que la señal inicie su recorrido con un voltaje negativo, esto hará que el condensador se cargue a un voltaje Vmax.

Una red cambiadora de nivel es la que cambia una señal a un nivel de DC diferente. La red debe de tener un capacitor, un diodo y un elemento resistivo, pero también puede usar una fuente de Dc independiente para introducir un cambio de nivel de DC adicional. La longitud de R y de C debe elegirse de tal forma que la constante de tiempo T = RC es lo suficientemente grande para asegurar que el voltaje a través del capacitor no se descarga de manera significativa, durante el intervalo en que el diodo no está conduciendo.


PRIMERA ETAPA

En esta primera etapa el capacitor se carga con el voltaje de la fuente a través del diodo que al estar polarizado en directo es sustituido por un cortocircuito (mostrado el la figura (c). Esta etapa se encuentra en un rango de 0 < t < T/2 con un voltaje de entrada igual al voltaje de la batería ViN = V


En la figura (a) se muestra una onda cuadrada de entrada. En la figura (b) se ilustra un circuito sujetador (de fijación) donde la salida se fija a cero, es decir, no existe batería, por lo que VB = 0. Si el diodo se encontrara en dirección opuesta al del circuito previo, se fijaría el mínimo en lugar del máximo de salida, en este caso se esta fijando el máximo de salida.

Es importante que la tensión a través del capacitor permanezca aproximadamene constante durante el semiperiodo de la onda de entrada.

 

SEGUNDA ETAPA

En la segunda etapa el capacitor es cargado con el doble del voltaje de la fuente ya que el diodo se polariza inversamente siendo este sustituido por un circuito abierto, mostrado en la figura (b). Esta etapa se encuentra entre un rango T/2 < t < T con un voltaje de entrada igual a menos dos veces el voltaje de la fuente de acuerdo a la ley de voltaje de Kirchhoft: -V - V - ViN = 0 quedando ViN = - 2V

Una regla práctica de diseño es hacer que la constante de tiempo RC tenga al menos cinco veces la duración del semiperiodo, es decir, t1 - t0 o t2 - t1


Si la constante de tiempo es muy pequeña, la onda se distorsiona, para reducir ese error se puede incrementar la constante de tiempo, por ejemplo, 10 veces la duración del semiperiodo.

Ejemplo de un cambiador de nivel "Clipper's"