Circuitos Limitadores 1/8
1. Introducción
Un circuito limitador (recortador) es aquel circuito que tiene la capacidad de limitar parte de una señal de c.a. sin distorsionar la parte restante de la señal.
El circuito limitador combina diodos con baterías o fuentes de c.c. para limitar una señal de c.a. de entrada en un valor diferente de cero.
Básicamente se tienen dos tipos de limitadores:
Limitador Simple Limitador Doble 2. Limitador Simple
Ul circuito básico que permite limitar a un nivel, una señal de c.a. de entrada se muestra en la figura 1.
Figura 1
El análisis de los circuitos rectificadores se hace para cada semiciclo de la señal de entrada Vi: Vi>0 y Vi<0. La referencia o punto de comparación de Vi correspondía a Vi=0, lo que permitía establecer los casos de análisis.
En los circuitos limitadores se toma en cuenta en valor de las baterías o VREF para fijar los casos de análisis. Así, para el limitador simple de la figura 1, el análisis se hará para:
Vi > VREF
Vi < VREF
Los esquemas de la figura 2 muestran el comportamiento del diodo en cada caso de estudio y la salida generada considerando el modelo ideal del diodo.
t Vim
-Vim R Vi
Vi Vo
D VREF
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Para Vi > VREF:
Para Vi < VREF:
Figura 2 La figura 2 indica que:
Vo = VREF para Vi > VREF
Vo = Vi para Vi < VREF
Las figuras 3 y 4 muestran la señal Vo(t) generada y la curva de transferencia Vo vs. Vi, respectivamente.
Figura 3
Vi R
Vo D
VREF
i D ON
R Vo
Vi
Vi >VREF D Vo =VREF
Vi >VREF i
VREF
Vi R
Vo D
VREF
i D OFF
R Vo
Vi
D
Vi <VREF i=0 Vo = Vi
Vi <VREF VREF
Vi Vo
t VREF
Vi > VREF
Vi < VREF
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Figura 4 3. Limitador Doble
La limitación doble puede lograrse con dos configuraciones circuitales básicas, como son:
Limitador Doble Paralelo Limitador Doble con Zener 3.1. Limitador Doble Paralelo
Este circuito emplea dos baterías o fuentes de c.c. para limitar o recortar la señal de entrada en dos niveles (superior e inferior). El esquema básico se muestra en la figura 5.
Figura 5
Los casos de análisis para este circuito son:
Vi < V1
V1 < Vi < V2
Vi > V2
Los esquemas de la figura 6 muestran el comportamiento de los diodos (considerados como ideales) y la salida generada en cada caso de análisis.
Vi > VREF
Vo
Vi VREF
VREF
Vi <VREF
Vi R
Vo D1
V1 V2
D2
t Vi
Vim V2
V1
-Vim
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Figura 6 La figura 6 indica que:
Vo = V1 para Vi < V1
Vo = Vi para V1 < Vi < V2
Vo = V2 para Vi > V2
Las figuras 7 y 8 muestran la señal Vo(t) generada y la curva de transferencia Vo vs. Vi, respectivamente. Se observa en ellas, el recorte de la señal de entrada en dos puntos (superior e inferior).
Figura 7
Vi R
Vo
D1
V1 V2
D2
Vi R
Vo
D1
V1 V2
D2
D1 OFF
D2 OFF V1 < Vi < V2 Vo = Vi
Vi R R
Vo
D1
V1
Vi Vo
V2
D2 D1
V1 V2
D2
D1 ON Vo = V1
Vi < V1 Vi < V1
D2 OFF
V1 < Vi < V2
Vi R
R Vo
Vo D1
V1
Vi
V2
D2 D1
V1 V2
D2
D1 OFF Vo = V2
Vi > V2 Vi > V2
D2 ON
Vo Vi
Vim
t V2
V1
Vi>V2
V1<Vi<V2
Vi<V1
-Vim
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Figura 8 3.2. Limitador Doble con Zener
Este circuito a diferencia del limitador doble paralelo no utiliza baterías para los voltajes de referencia que permitirán recortar la señal de entrada. Como límites se utiliza los voltajes de zener (Vz) que adquieren los zener como estado (modelo) cuando entran en la zona zener.
La figura 9 muestra el esquema circuital básico:
Figura 9
Una primera revisión al circuito sugiere el análisis del mismo para cada semiciclo de la señal de entrada Vi. (Vi>0 y Vi<0). Al no observarse las referencias claramente Vi=0 es un buen punto de partida.
Se tomará el modelo ideal del diodo zener para hacer el análisis.
Vi > V2
Vo
Vi V2
V1
V1 V2
Vi <V1
V1<Vi<V2
R
Vi
Vo Z1
Z2
VZ1=VZ2=VZ
Vim > VZ t
Vi Vim
A Z K
+ -
+ -Z K
Polarización Directa A VAK> Vγ
- +
A Z K
-Vz <VAK<Vγ
- +
A Z K
- +
A Z K
-
A + K Vz
VAK< -Vz Polarización Inversa
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La figura 10 ilustra el análisis realizado para los semiciclos positivos de Vi.
R
Vo
Figura 10
Para Vi > 0 el zener 1 (Z1) se polariza directamente, su modelo ideal es un corto. El zener 2 (Z2) está polarizado inversamente. Un zener con polarización inversa tiene dos modelos dependiendo de la magnitud de la señal aplicada con respecto a su valor Vz.
Si la tensión aplicada al diodo (VAK), en este caso Vi, supera a Vz el diodo se modela con una fuente de valor Vz, en caso contrario se modela con un circuito abierto.
Todo esto indica que el caso de análisis para Vi > 0 se divide en otros dos:
0 < Vi < VZ2
Vi > VZ2
En ambos casos observe que Vi > 0, por tanto la condición Z1 → ON (corto) se mantiene.
La figura 11 resume los dos nuevos casos:
Para 0 < Vi < VZ2 . Para Vi > VZ2.
Figura 11
Ahora para Vi < 0, el análisis es similar, observe la figura 12. La condición de polarización de los zener se invierte.
Vi > 0
Z1
Z1 ON
i
Z2 Z2 OFF
R
0 < Vi < VZ2
Vo Z1
Z2
R
Vo
i = 0
Z1
VZ2
i Vi > VZ2
Vo = VZ2
Vo = Vi
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Figura 12
Para Vi < 0 el zener 2 (Z2) se polariza directamente y modelando este zener idealmente, sería un corto.
El zener 1 (Z1) está polarizado inversamente. Su modelo depende de la tensión aplicada con respecto a Vz.
Por tanto, al igual que para Vi>0, el caso de análisis Vi<0 se divide en dos:
-VZ1 < Vi < 0 Vi < -VZ1
En ambos casos Vi < 0, y Z2 mantiene su condición de corto circuito.
La polaridad adquirida por Z1 (figura 12) indica que este zener proporciona el voltaje de referencia VZ1 negativo.
La figura 13 muestra las salidas Vo generadas en cada caso de análisis con Vi<0.
Para –VZ1 < Vi < 0 . Para Vi < -VZ1.
Figura 13 Las figuras 11 y 13 indican que:
Vo = VZ2 para Vi > VZ2
Vo = Vi para 0 < Vi < VZ2
Vo = Vi para -VZ1 < Vi < 0 Vo = -VZ1 para Vi < -VZ1
R
Vo
Vi < 0 Z1
Z1 OFF
i
Z2 Z2 ON
R
-VZ1 < Vi < 0
Vo Z1
Z2
R
Vo
i = 0
VZ1
Vi < -VZ1
Z2
i
Vo = -VZ1
Vo = Vi
-VZ1< Vi < VZ2
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Simplificando:
Vo = VZ2 para Vi > VZ2
Vo = Vi para -VZ1 < Vi < VZ2
Vo = -VZ1 para Vi < -VZ1
Los valores de referencia para el recorte de la señal Vi están dados por los mismos zener y son: VZ2 y -VZ1.
La figura 14, (Vo(t)), muestra la señal Vi(t) recortada en estos valores.
Vo
Figura 14 La curva de transferencia es mostrada en la figura 15.
Figura 15
Una limitación de este tipo se puede obtener igualmente con algunas modificaciones en el circuito limitador doble paralelo.
Vi Vo
-VZ1 VZ2
-VZ1
VZ2
Vi
t Vim
VZ2
-VZ1
Vi > VZ2
-Vim
-VZ1 < Vi < VZ2
Vi < -VZ1
