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3.4: Almejas

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    Una abrazadera es un circuito que agrega un desplazamiento de CC a una señal de CA de tal manera que el voltaje resultante es unipolar. Un clamper positivo agrega un desplazamiento positivo tal que el primer pico negativo ahora se asienta a cero voltios. De igual manera, un clamper negativo se suma en un desplazamiento negativo de tal manera que el primer pico positivo ahora se asienta en cero voltios. Los clampers también se conocen como restauradores de CC. Los clampers también se pueden polarizar para que el nuevo punto pico sea algo que no sea cero voltios.

    El concepto de una abrazadera es bastante simple; solo agregamos un voltaje de CC a la señal de CA existente. El truco está en conseguir que el circuito determine automáticamente cuál debe ser el cambio de CC. De esta manera, si cambia la amplitud de la señal de entrada, el desplazamiento puede rastrear con ella.

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    Figura\(\PageIndex{1}\): Prototipo de circuito offset de CC.

    Primero, consideremos el circuito prototipo en la Figura\(\PageIndex{1}\). Este es un circuito fijo de desplazamiento de CC. La fuente de CC\(E\) agrega un desplazamiento positivo a la señal de entrada. Si el desplazamiento es igual al valor pico de la entrada, el pico negativo subirá hasta cero voltios y el diodo nunca se encenderá (lo que significa que no cargará la entrada y cambiará la forma de onda).

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    Figura\(\PageIndex{2}\): Pinza positiva.

    En\(\PageIndex{2}\) la Figura la fuente fija de CC ha sido reemplazada por un condensador. Este condensador se utiliza para crear el desplazamiento de CC. A diferencia de la fuente fija, el voltaje del condensador variará con el valor pico de la entrada y, por lo tanto, compensará con precisión para producir una señal de salida idealmente sujeta. Siempre que la constante de tiempo para este condensador y la resistencia circundante sea mucho más larga que el período de la forma de onda de entrada, logrará una acción de sujeción adecuada.

    Así es como opera el circuito. Para el ciclo positivo inicial, el condensador está descargado y el diodo es polarizado inverso. Como la constante de\(RC\) tiempo es mucho más larga que el período de entrada, el voltaje de salida simplemente sigue al voltaje de entrada. Una vez que la señal de entrada se balancea negativa, el diodo se enciende. Esto evita la resistencia paralela y reduce drásticamente la constante de tiempo de carga. Esto significa que el voltaje del condensador comenzará a rastrear la porción negativa de la señal de entrada mientras que la salida permanece cerca de cero voltios. Tenga en cuenta que el voltaje del condensador tendrá una polaridad de menos a más de izquierda a derecha, de acuerdo con la ley de voltaje de Kirchhoff. El voltaje del condensador rastreará el voltaje de entrada negativo hasta el pico negativo. Una vez que la entrada comienza a invertir la pendiente y subir hacia cero, el diodo se apagará debido al potencial que ahora se mantiene en el condensador. En este punto, el condensador tiene un voltaje a través del mismo que es equivalente al valor de pico negativo de la señal de entrada y se comportará igual que la fuente de voltaje de CC fija en el prototipo. La entrada acaba de comenzar a rastrear en la dirección positiva desde su pico negativo mientras que el condensador mantiene esta misma magnitud de voltaje. El resultado es que la salida está a cero voltios y a medida que la entrada continúa oscilando positiva, la salida la rastreará, produciendo así el desplazamiento de nivel deseado.

    Por supuesto, los circuitos nunca son perfectos. Primero, la caída de voltaje directo del diodo dará como resultado un pico negativo que no es precisamente a cero voltios sino que es de aproximadamente −0.7 voltios. Segundo, puede tomar más de un ciclo de la entrada para “agarrar” el valor pico, todo dependiendo del período y las constantes precisas de tiempo de carga y descarga. Como puedes adivinar, voltear la polaridad del diodo dará como resultado una abrazadera negativa en lugar de una pinza positiva. Además, si agregamos una fuente de CC en serie con el diodo, como hicimos con el clipper polarizado, podemos crear una abrazadera sesgada. Esto se muestra en la Figura\(\PageIndex{3}\).

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    Figura\(\PageIndex{3}\): Pinza positiva sesgada.

    Ejemplo\(\PageIndex{1}\)

    Determine la señal de salida para el circuito de la Figura\(\PageIndex{3}\). El voltaje de entrada es una onda sinusoidal de pico de 10 voltios a 1 kHz. \(C = 10\)\(\mu\)F,\(R = 10\) k\(\Omega\),\(V_{clamp} = 5.7\) voltios y\(D\) es un diodo de conmutación de silicio.

    La configuración es una abrazadera de polarización positiva. Primero, debemos asegurarnos de que la constante de tiempo de descarga sea mucho más larga que el periodo. El periodo es\(1/f\), o 1 milisegundo. La constante de tiempo de descarga es

    \[\tau =RC \nonumber \]

    \[\tau =10 k \Omega \times 10 \mu F \nonumber \]

    \[\tau =100 \text{ milliseconds} \nonumber \]

    La fuente de sujeción de CC producirá un desplazamiento positivo de 5 voltios (5.7 voltios menos la caída de diodo directo de 0.7 voltios). Esto significa que deberíamos ver una onda sinusoidal de pico a pico de 20 voltios que oscila entre +5 voltios y +25 voltios.

    Simulación por Computadora

    Para verificar el análisis de Ejemplo\(\PageIndex{1}\), se captura el circuito como se muestra en la Figura\(\PageIndex{4}\). Se utiliza un diodo de conmutación 1N914 común.

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    Figura\(\PageIndex{4}\): Esquema de simulación para abrazadera sesgada del Ejemplo\(\PageIndex{1}\).

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    Figura\(\PageIndex{5}\): Análisis transitorio para pinza sesgada del Ejemplo\(\PageIndex{1}\).

    El análisis transitorio se muestra en la Figura\(\PageIndex{5}\) y es precisamente como se predijo. La forma de onda de entrada es azul y la salida sujeta se muestra en rojo. El análisis se retrasó diez milisegundos para pasar la fase de carga inicial y observar el funcionamiento en estado estacionario.


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