Detector de Pico

Dispositivos y Circuitos Electrónicos II 2013

UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL Facultad de ingeniería electrónica e informática

CURSO: DISPOSITIVO II TEMA: DETECTOR DE PICO

INTEGRANTES:     

GRACIANO PALOMINO JOHN FRANCESCO SALAZAR YSLA JOSEPH HARRY JORGE PAJUELO TAYPE HUAMAN HOVER CRUZ HILASACA DIEGO

CICLO: VIII

2013

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Dispositivos y Circuitos Electrónicos II 2013 DETECTOR DE PICO

CONCEPTO: Es lo mismo que un rectificador con un filtro de entrada con condensador. En teoría, el condensador se carga hasta el valor de pico de la tensión de entrada. Esta tensión de pico se emplea después para la tensión de salida del detector de pico, y por eso a este circuito se le llama detector de pico.

DEFINICION: Los circuitos retenedores y seguidores de picos son fundamentales en las técnicas de procesamiento digital de señales análogas, para las etapas de reconstrucción de la señal. Los retenedores de señal pueden ser complejos o simples según sea el número de condensadores que lo conforman, el tipo y polaridad de la respuesta entregada, y las entradas de control con que cuentan; el de este experimento es un retenedor de primer orden para señales positivas que usa un solo filtro o condensador como elemento pasivo para la retención de la señal. Otro de los usos típicos de los amplificadores operacionales con diodos y transistores es la detección de picos o máximos de tensión. Es decir, mantener el valor de la tensión más alta alcanzada por una señal variable en el tiempo. Así, Fig. 17 muestra un par de ejemplos de circuitos que retienen la tensión en el condensador de tal modo que, si el valor de VIN disminuye en Fig. 17a, o aumenta en Fig. 17b, el diodo entra en corte y la carga atrapada en el condensador mantiene la tensión máxima. El problema de esta estructura es

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Dispositivos y Circuitos Electrónicos II 2013 que, en realidad, no atrapa el valor de VIN. Debido a la tensión del codo del diodo, la tensión de salida es del orden de 0.7 V (V) menor en Fig. 17a, y mayor en Fig. 17b. Para evitar este problema, existen estructuras basadas en amplificadores operacionales que Resuelven este problema. En principio, las estructuras pueden estar basadas en diodos y transistores MOS.

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El detector de pico avanzado basado en diodo consiste, simplemente, en reemplazar los diodos de Fig. 17 por superdiodos. Así, se obtendrían las estructuras de Fig. 18. Por supuesto, también podría utilizarse cualquier rectificador de precisión de media onda, como el descrito en el apartado Cada estructura heredará las ventajas e inconvenientes de su sub circuito generador. Sin embargo, una solución alternativa consiste en emplear un transistor MOS como llave. Fijémonos en Fig. 19a. En caso de que VIN sufra un descenso tras alcanzar el máximo y dado que V está fijada por el condensador, se producirá un paso a saturación negativa que cierra el NMOS, dejando la salida a una tensión constante de manera definida. Solo cuando VIN vuelve a rebasar el valor almacenado, el amplificador puede volver a zona directa, haciendo que Vopamp=VIN +VTH, siendo Vopamp la tensión de salida del amplificador operacional. En caso de que se desee buscar un mínimo, se debe utilizar el circuito de Fig. 19b. Esta estructura tiene el inconveniente de que puede ser algo lenta debido al paso del amplificador a saturación. Sin embargo, tiene la ventaja de que puede construirse fácilmente en tecnología CMOS. Más aún, el amplificador operacional podría ser, simplemente, un par diferencial CMOS. ¿Podrían utilizarse transistores BJT en lugar de los MOS? La respuesta es sí aunque no tendría mucho sentido hacerlo. En el fondo, la unión BE de estos transistores estaría funcionando como un diodo con lo que toda la estructura sería equivalente a las de Fig. 18.

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El circuito esta basado en un seguidor de voltaje modificado de tal forma que el diodo “Dp” esta ubicado dentro del lazo de realimentación. La salida dispone de un capacitor de elevada capacidad que será el encargado de “almacenar” la máxima tensión de de entrada. Para el semiciclo positivo de Vi, la modificación del lazo de realimentación es necesaria para que el AO con su elevada ganancia Av (el AO esta prácticamente a lazo abierto hasta que supere el voltaje umbral del diodo) permita reducir la tensión umbral y el diodo conduzca; como su resistencia interna es baja el condensador se cargara inmediatamente hasta el valor pico del voltaje de entrada. Si dicho voltaje aumenta, el diodo seguirá polarizado en directo, permitiendo con ello que la carga almacenada por el condensador aumente en consecuencia. Una vez cargado C con un valor determinado de voltaje, si el voltaje de Vi disminuye, el diodo se polariza en inverso, pasando a ser prácticamente un circuito abierto, con lo que la carga almacenada por C no encuentra camino de descarga, representando, por tanto el máximo valor de voltaje que ha alcanzado la señal de entrada Vi. Para el semiciclo negativo de Vi, por ser un seguidor de voltaje, el diodo Dp se encontrara polarizado en inverso, por lo que no tendremos voltaje de salida (Vo = 0). En esta circunstancia, si no existiese R2, el AO quedaría en lazo abierto, pudiendo ocasionar que en su salida (Voa) apareciese un voltaje elevado que podría ser perjudicial.

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Dispositivos y Circuitos Electrónicos II 2013 Por otra parte el resistor R2 debe ser elevado, para que la constante de tiempo de descarga del condensador C a través del resistor y la salida del AO sea elevada, consiguiendo que la carga perdida por el condensador, para voltajes negativos de Vi, sea despreciable. Para finalizar el análisis de este circuito, el resistor R1 es necesario, para evitar que el AO tenga derivas de cc. Como inconveniente, este resistor produce una disminución de la resistencia de entrada, razón por la cual dicha resistencia debe ser de un valor elevado. Si invertimos la conexión del diodo, ahora el capacitor se cargara en forma opuesta, es decir se cargara con los valores picos del voltaje negativo de entrada. Para este caso, debemos invertir la conexión del condensador si es del tipo polarizado, como los condensadores electrolíticos; caso contrario se producirá un cortocircuito en el condensador perjudicando al AO.

RETENEDOR Y SEGUIDOR DE PICOS POSITIVOS En la figura 10 se muestra el circuito de un seguidor y retenedor de pico. Consta de dos amplificadores operacionales, dos diodos, una resistencia, un capacitor de retención y un interruptor de reinicio. El amplificador operacional A es un rectificador de media onda de precisión, que carga a C sólo cuando el voltaje de entrada, Ei, excede al voltaje del capacitor, Vc. La alta impedancia de entrada del seguidor no permite que el capacitor se descargue de manera apreciable. Para analizar el funcionamiento del circuito empezaremos con la figura 10(a). Cuando Ei, excede a Vc, se polariza directamente el diodo Dp para cargar al capacitor de retención C. Mientras Ei sea mayor que Vc, el valor de la carga de C se aproxima a Ei. Por lo tanto, Vc sigue a Ei, en tanto Ei sea mayor que Vc. Cuando Ei desciende por debajo de Vc, el diodo DN se comporta como se muestra en la figura 10(b).

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Dispositivos y Circuitos Electrónicos II 2013 Figura 10. Circuito seguidor de picos positivos y retenedores o detector de pico. Los amplificadores operacionales utilizados son del tipo BiFET (también se puede utilizar el OP-77 para la mayoría de las aplicaciones.

Se desactiva el diodo Dp y desconecta a C de la salida del amplificador operacional A. El diodo Dp debe ser del tipo de fuga baja, pues de lo contrario el voltaje del capacitor se descargará (caída). Para reducir al mínimo la caída, es necesario que el amplificador operacional B requiera corrientes de polarización pequeñas. Por ello, es necesario que el amplificador operacional B sea del tipo Metal-óxido-Semiconductor de óxido metálico (MOS) o un amplificador operacional del tipo de efecto de campo bipolar (BiFET). En la figura 11 se muestra un ejemplo de las formas de onda de voltaje de un seguidor y retenedor de pico positivo. Para reiniciar el voltaje del capacitor de retención a cero hay que conectar una trayectoria de descarga con una resistencia de 2 kΩ.

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Formas de las ondas correspondientes al detector positivo de la figura 10(a).

SEGUIDOR Y RETENEDOR DE PICO NEGATIVO Cuando se desea retener el voltaje más bajo o más negativo de una señal, se invierten los dos diodos de la figura 10. En el caso de señales de entrada bipolar o negativa, Vo almacenará el voltaje que tenga el valor más negativo. Si se desea monitorear un voltaje positivo y captar cualquier transitorio negativo de corta duración, basta con conectar Vc al voltaje positivo que se va a monitorear; de esta manera se carga C con un voltaje positivo igual. Por otra parte, cuando el voltaje monitoreado desciende y se recupera, Vc imitará la caída y guardará el valor más bajo.

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