Limitador y multiplicador de voltaje
Junto con los circuitos de conformación de ondas, como los clippers y clampers, los diodos se utilizan para construir otros circuitos, como limitadores y multiplicadores de voltaje, que analizaremos en este capítulo. Los diodos también tienen otra aplicación importante conocida como rectificadores, que se discutirá más adelante.
Limitadores
Otro nombre con el que nos encontramos a menudo al pasar por estos cortapelos y abrazaderas es el circuito limitador. UNlimiter El circuito puede entenderse como aquel que limita la tensión de salida para que no supere un valor predeterminado.
Este es más o menos un circuito recortador que no permite exceder el valor especificado de la señal. En realidad, el recorte se puede denominar como un grado extremo de limitación. Por tanto, la limitación puede entenderse como un recorte suave.
La siguiente imagen muestra algunos ejemplos de circuitos limitadores:
El rendimiento de un circuito limitador se puede entender a partir de su curva característica de transferencia. Un ejemplo de tal curva es el siguiente.
Los límites inferior y superior se especifican en el gráfico que indica las características del limitador. El voltaje de salida para tal gráfico puede entenderse como
$$ V_ {0} = L _ {-}, KV_ {i}, L _ {+} $$
Dónde
$$ L _ {-} = V_ {i} \ leq \ frac {L _ {-}} {k} $$
$$ KV_ {i} = \ frac {L _ {-}} {k} <V_ {i} <\ frac {L _ {+}} {k} $$
$$ L _ {+} = V_ {i} \ geq \ frac {L _ {+}} {K} $$
Tipos de limitadores
Hay pocos tipos de limitadores como
Unipolar Limiter - Este circuito limita la señal de una forma.
Bipolar Limiter - Este circuito limita la señal de dos formas.
Soft Limiter - La salida puede cambiar en este circuito incluso por un ligero cambio en la entrada.
Hard Limiter - La salida no cambiará fácilmente con el cambio en la señal de entrada.
Single Limiter - Este circuito emplea un diodo para limitar.
Double Limiter - Este circuito emplea dos diodos para limitar.
Multiplicadores de voltaje
Hay aplicaciones en las que es necesario multiplicar el voltaje en algunos casos. Esto se puede hacer fácilmente con la ayuda de un circuito simple que utiliza diodos y condensadores. Si el voltaje se duplica, dicho circuito se denomina Duplicador de voltaje. Esto se puede ampliar para hacer un triplicador de voltaje o un cuadruplicador de voltaje o así sucesivamente para obtener voltajes de CC altos.
Para obtener una mejor comprensión, consideremos un circuito que multiplica el voltaje por un factor de 2. Este circuito se puede llamar como Voltage Doubler. La siguiente figura muestra el circuito de un duplicador de voltaje.
El voltaje de entrada aplicado será una señal de CA que tiene la forma de una onda sinusoidal como se muestra en la figura siguiente.
Trabajando
El circuito multiplicador de voltaje se puede entender analizando cada medio ciclo de la señal de entrada. Cada ciclo hace que los diodos y los condensadores funcionen de forma diferente. Tratemos de entender esto.
During the first positive half cycle- Cuando se aplica la señal de entrada, el condensador $ C_ {1} $ se carga y el diodo $ D_ {1} $ está polarizado hacia adelante. Mientras que el diodo $ D_ {2} $ tiene polarización inversa y el condensador $ C_ {2} $ no recibe ninguna carga. Esto hace que la salida $ V_ {0} $ sea $ V_ {m} $
Esto se puede entender en la siguiente figura.
Por lo tanto, durante 0 a $ \ pi $, el voltaje de salida producido será $ V_ {max} $. El condensador $ C_ {1} $ se carga a través del diodo polarizado hacia adelante $ D_ {1} $ para dar la salida, mientras que $ C_ {2} $ no se carga. Este voltaje aparece en la salida.
During the negative half cycle- Después de eso, cuando llega el semiciclo negativo, el diodo $ D_ {1} $ se polariza hacia atrás y el diodo $ D_ {2} $ se polariza hacia adelante. El diodo $ D_ {2} $ recibe la carga a través del condensador $ C_ {2} $ que se carga durante este proceso. Luego, la corriente fluye a través del condensador $ C_ {1} $ que se descarga. Se puede entender a partir de la siguiente figura.
Por lo tanto, durante $ \ pi $ a $ 2 \ pi $, el voltaje a través del capacitor $ C_ {2} $ será $ V_ {max} $. Mientras que el condensador $ C_ {1} $ que está completamente cargado, tiende a descargarse. Ahora los voltajes de ambos condensadores juntos aparecen en la salida, que es $ 2V_ {max} $. Entonces, el voltaje de salida $ V_ {0} $ durante este ciclo es $ 2V_ {max} $
During the next positive half cycle- El condensador $ C_ {1} $ se carga con el suministro y el diodo $ D_ {1} $ se polariza hacia adelante. El condensador $ C_ {2} $ retiene la carga ya que no encontrará una manera de descargar y el diodo $ D_ {2} $ se polariza en reversa. Ahora, el voltaje de salida $ V_ {0} $ de este ciclo obtiene los voltajes de ambos capacitores que juntos aparecen en la salida, que es $ 2V_ {max} $.
During the next negative half cycle- El siguiente medio ciclo negativo hace que el capacitor $ C_ {1} $ se descargue nuevamente de su carga completa y el diodo $ D_ {1} $ para invertir la polarización mientras que $ D_ {2} $ adelante y el capacitor $ C_ {2} $ cargar más para mantener su voltaje. Ahora, el voltaje de salida $ V_ {0} $ de este ciclo obtiene los voltajes de ambos capacitores que juntos aparecen en la salida, que es $ 2V_ {max} $.
Por lo tanto, el voltaje de salida $ V_ {0} $ se mantiene en $ 2V_ {max} $ durante su operación, lo que hace que el circuito duplique el voltaje.
Los multiplicadores de voltaje se utilizan principalmente cuando se requieren altos voltajes de CC. Por ejemplo, tubos de rayos catódicos y pantallas de computadora.
Divisor de voltaje
Mientras que los diodos se utilizan para multiplicar el voltaje, un conjunto de resistencias en serie se puede convertir en una pequeña red para dividir el voltaje. Estas redes se denominanVoltage Divider redes.
El divisor de voltaje es un circuito que convierte un voltaje mayor en uno menor. Esto se hace usando resistencias conectadas en serie. La salida será una fracción de la entrada. El voltaje de salida depende de la resistencia de la carga que impulsa.
Intentemos saber cómo funciona un circuito divisor de voltaje. La siguiente figura es un ejemplo de una red de divisores de voltaje simple.
Si intentamos dibujar una expresión para el voltaje de salida,
$$ V_ {i} = i \ left (R_ {1} + R_ {2} \ right) $$
$$ i = \ frac {V- {i}} {\ left (R_ {1} + R_ {2} \ right)} $$
$$ V_ {0} = i \: R_ {2} \ rightarrow \: i \: = \ frac {V_ {0}} {R_ {2}} $$
Comparando ambos,
$$ \ frac {V_ {0}} {R_ {2}} = \ frac {V_ {i}} {\ left (R_1 + R_ {2} \ right)} $$
$$ V_ {0} = \ frac {V_ {i}} {\ left (R_1 + R_ {2} \ right)} R_ {2} $$
Ésta es la expresión para obtener el valor del voltaje de salida. Por lo tanto, la tensión de salida se divide según los valores de resistencia de las resistencias en la red. Se agregan más resistencias para tener diferentes fracciones de diferentes voltajes de salida.
Tengamos un problema de ejemplo para comprender más sobre los divisores de voltaje.
Ejemplo
Calcule el voltaje de salida de una red que tenga un voltaje de entrada de 10v con dos resistencias en serie de 2kΩ y 5kΩ.
El voltaje de salida $ V_ {0} $ viene dado por
$$ V_ {0} = \ frac {V_ {i}} {\ left (R_1 + R_ {2} \ right)} R_ {2} $$
$$ = \ frac {10} {\ left (2 + 5 \ right) k \ Omega} 5k \ Omega $$
$$ = \ frac {10} {7} \ times 5 = \ frac {50} {7} $$
$$ = 7.142v $$
El voltaje de salida $ V_0 $ para el problema anterior es 7.14v