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Experimento 4: Circuitos Recortadores y Sujetadores con Diodos I

Objetivo G Ge eneral

 Al finalizar este experimento experimento y su análisis el estudiante estudiante estará en capacidad capacidad de explicar el funcionamiento de los circuitos recortadores y sujetadores de tensión con diodos y podrá diseñar circuitos que provean algún comportamiento deseado.

II

Ob Objjeti etivo vos sE Esp spec ecíf ífic ico os 1. Comprender Comprender el funcionamiento funcionamiento de diferentes diferentes configuracion configuraciones es de circuitos circuitos recortadores. recortadores. 2. Configurar Configurar un circuito circuito recortador recortador para proveer proveer un funcionamiento funcionamiento especifica especificado. do. 3. Comprender Comprender el funcionamiento funcionamiento de diferentes diferentes configuracion configuraciones es de circuitos circuitos sujetadores. sujetadores. 4. Conf Config igur urar ar un circ circui uito to suje sujeta tado dorr para para prov provee eerr un comp compor orta tami mien ento to prev previa iame ment nte e especificado

III III Cu Cues esti tion onar ario io Pr Prev evio io  1. Investigue qué es un circuito recortador (clipping circuit) y sus posibles configuraciones  2. Analice los circuitos recortadores de la sección IV: Circuitos recortadores   y deduzca la fo form rma a de la se seña ñall de tens tensió ión n en todo todos s sus sus co comp mpon onen ente tes, s, tant tanto o diod diodos os como como resistencias. sección ión IV: IV: Cir Circui cuitos tos  3. Simul Simule, e, utiliz utilizand ando o LTSpi TSpice, ce, los circu circuito itos s recor recortad tadore ores s de la secc recortadores  y utilice los resultados obtenidos para verificar su análisis en el punto anterior.

 4. Utiliza Utilizando ndo la informac información ión de los puntos puntos anterio anteriores, res, proceda proceda a diseñar diseñar un circuito circuito recortador recortad or que produzca la señal de salida mostrada en la figura 1, para una señal de entrada senoidal de 100 Hz y 10 VP. Simu Simule le su circ circui uito to para para veri verifi fica carr el comporta comp ortamien miento to desead deseado. o. Dimensi Dimensione one la resiste resistencia ncia de tal modo que la potenci potencia a instantánea entregada por el generador de funciones nunca supere los 50 mW.  5. Investigue qué es un circuito sujetador o circuito cambiador de nivel (clamping circuit) y sus posibles configuraciones  6. Analice los circuitos sujetadores presentados en la sección IV: Circuitos sujetadores . Deduzca la forma de la señal de tensión en todos sus componentes, tanto diodos como resistencias.  7. Simule, Simule, utiliza utilizando ndo LTSpice, TSpice, los circuito circuitos s sujetad sujetadores ores presenta presentados dos en la sección IV: Circuitos Circui tos sujetadores sujetadores  y utilice sus resultados para verificar su análisis en el punto anterior.

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Figura 1: Forma de onda deseada para el circuito recortador. La señal de entrada tiene forma senoidal, 20 V  pp y una frecuencia f = 100 Hz. La línea delgada denota la señal de entrada.

 8. Utiliza Utilizando ndo la informac información ión de los puntos puntos anterio anteriores, res, proceda proceda a diseñar diseñar un circuito circuito sujetador que produzca la señal de salida mostrada en la figura 2, para una señal de entrada cuadrada de 1 kHz y amplitud 5 V P. Sim Simule ule su circu circuito ito para para verif verific icar ar el comportamiento deseado.

IV Simu Simula laci cion ones es pr prev evia ias s Circuitos recortadores

 1. Simule Simule el circuito circuito de la figura 3a. Obteng Obtenga a las curvas curvas de tensión de entrada entrada ue(t)  y t). salida us(t) del circuito, así como la tensión en la resistencia uR ((t)  2. Simule el circuito de la figura 3b. Obtenga las tensiones de entrada ue(t) y salida us(t) del circuito y la tensión en el diodo uD(t).  3. Agregue al circuito de la figura 3a una fuente CD con una tensión de 5 V, tal y como lo muestra la figura 4 y utilice el simulador para observar su comportamiento. Anote la forma de la señal de tensión en D1, R , y las señales de entrada ue(t) y us(t).  4. Ahora simule el circuito de la figura 5, y obtenga las tensiones en los componentes D1, D2, Z1 y las tensiones de entrada ue(t) y salida us(t). Utilice un diodo Zener de 3 V.

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Figura 2: Forma de onda deseada para el circuito sujetador. La La señal de entrada tiene forman cuadrada, 10 V PPP   y una frecuencia f = 1 kHz. La línea línea P  y delgada denota la señal de entrada.

Figura 3: Circuitos de Medición Recortadores Simples Circuitos sujetadores t) y  1. Simule el circuito sujetador de la figura 6. Obtenga la tensión en el condensador uC ((t) las tensiones de entrada ue(t) y salida us(t).

 2. Introduzca ahora una fuente de poder en serie con el diodo D1 tal y como lo indica la figura 7. Simule y obtenga los valores de tensión en la salida us(t), en el diodo uD1(t) y la entrada ue(t).

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 3. Cambie la polaridad al diodo tal y como se indica en la figura 8. Simule y obtenga las curvas de tensión en la salida us(t), en el diodo uD1(t) y la entrada ue(t).

Figura 4: Circuito recortador con ajuste de nivel de corte.

Figura 5: Circuito recortador con dos niveles de corte.

Figura 6: Circuito sujetador simple.

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Figura 7: Circuito sujetador.

 

Figura 8: Circuito sujetador.

V

Materi ria ales y E Eq quipo •

1 generador de funciones

•

1 osciloscopio de rayos catódicos (ORC, analógico)

•

1 aislador de tierras (tapón aislador)

•

1 multímetro digital

•

1 regleta de cables

•

1 placa para prototipos (debe traer los circuitos montados y alambrados)

•

1 resistencia (dimensionada por usted)

•

2 diodos de silicio (1N4001,ECG116)

•

1 condensador de 1 µF

•

1 diodo Zener (dimensionado por usted)

VI Pr Pro oce ced dim imie ien nto Precaución:  No olvide aislar las tierras del osciloscopio y el generador para realizar las siguientes mediciones.

 1. Mida el valor real de las resistencias utilizadas en sus diseños y compruebe el estado de los diodos empleando un multímetro digital.  2. Monte el circuito diseñado y simulado en el punto 4 del cuestionario previo y verifique su funcionamiento. 5

 

 3. Monte el circuito diseñado y simulado en el punto 8 del cuestionario previo y verifique su funcionamiento.

VII VII Ev Eval alua uaci ción ón sección ión IV: IV: Cir Circuit cuitos os  1. Compa omparre los los dato datos s obte obteni nido dos s en los los punt puntos os 1 y 2 del del la secc recortadores   en las simulaciones previas. Ponga especial atención en los efectos producidos por la caída de tensión en el diodo, cuando este está polarizado en forma

directa.  2. ¿Qué efecto tiene el colocar una fuente de tensión continua en serie con el diodo en el circuito de la figura 4? ¿Qué ocurre si se invierte la polaridad de la fuente de tensión o si se invierte el diodo D1 ? Comente los cuatro posibles casos.  3. Analice el circuito de la figura 5. ¿Qué función desempeña el diodo Zener? ¿Podría reemplazarse por otro elemento?  4. Explique Explique el funcionamiento funcionamiento del circuito sujetador simple mostrad mostrado o en la figura 6. ¿Qué función desempeña el condensador? ¿Como influye el valor de la resistencia R en la forma de la señal de salida?  5. Explique el efecto que tiene la fuente de tensión CD en el circuito sujetador de la figura 7.  6. ¿Qué ocurre si se cambia la polaridad de la fuente de tensión CD en los circuitos de las figura 7 y 8?

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