Aplicación de enclavadores con diodos y capacitores

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Circuitos enclavadores

Como sabemos, los enclavadores están compuestos por un diodo, un resistor y un capacitor que desplaza una forma de onda a un nivel de cd diferente sin cambiar la apariencia de la señal aplicada.

El diodo también está en paralelo con la señal de salida, pero puede o no tener una fuente DC en serie como un elemento agregado.

Caso 1:

Ciclo positivo:

Donde el voltaje del diodo es :

Ciclo negativo:

Donde:
Vp: Voltaje pico del generador de onda alterna.
VC: Voltaje del capacitor.

Caso 2:

Ciclo positivo:

Donde:
Vp: Voltaje pico del generador de onda alterna.
VC: Voltaje del capacitor.

Ciclo negativo:

Donde el voltaje del diodo es :

Caso 3:

Ciclo positivo:

Donde:
Vp: Voltaje pico del generador de onda alterna.
VC: Voltaje del capacitor.

Ciclo negativo:

Donde el voltaje del diodo es :

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Qué es un circuito enclavador

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Enclavador

También llamados fijadores, son similares a los limitadores. Consta de una red compuesta por un diodo, un resistor, un capacitor y una fuente de tensión continua. La función de estos es desplazar la señal de entrada a un nivel diferente sin cambiar la apariencia de la señal

Es una operación de desplazamiento, pero la cantidad de éste depende de la forma de onda real, la cantidad desplazamiento es la cantidad exacta necesaria para cambiar el máximo original.

Tienen un capacitor conectado directamente desde la entrada hasta la salida con un elemento resistivo en paralelo con la señal de la salida. El diodo también está en paralelo con la señal de salida pero puede o no tener una fuente de cd en serie como un elemento agregado.

El circuito de fijación proporciona un componente DC necesario para lograr el nivel de fijación deseado. Es deseable que el capacitor se cargue a un valor constante y permanezca en ese valor durante el periodo de la onda de entrada.

Funcionamiento

La resistencia en directo del diodo es cero, la salida igual a la entrada (con el máximo original Vm) solo con desplazamiento adecuado (con el nuevo máximo VB). Cuando la salida trata de exceder VB, el capacitor se carga. Su objetivo es desplazar una onda alterna en un nivel positivo o negativo de tensión continua.

Funcionamiento del circuito enclavador.

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Más aplicaciones de limitadores con diodos

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Circuitos limitadores en serie (continuación)

Mediante un limitador podemos conseguir que a un determinado circuito le lleguen únicamente tensiones positivas o solamente negativas, de forma que nos vamos a centrar en un tipo de limitador que no permite que a un circuito lleguen tensiones que podrían ser perjudiciales para el mismo.

Si has entrado de frente aquí, te invitamos a leer la primera parte de este tema (ver primera parte).

Caso 3:

Del gráfico:

Cuando Vi ≥ 0:

Al ser la tensión positiva, el sentido de la corriente fluye de izquierda a derecha, por lo que el diodo se polariza inversamente (está abierto) y es como si no estuviera.

Cuando Vi = 2 V: El Vo = 2 + 1 = 3 V.
Cuando Vi = 1 V: El Vo = 1 + 1 = 2 V.
Cuando Vi = 0 V: El Vo = 0 + 1 = 1 V.

Cuando -1 ≤ Vi < 0:

Debido a que VB > Vi, la tensión sigue siendo positiva, por lo que la corriente fluye de izquierda a derecha y el diodo sigue polarizado directamente.

Cuando Vi = -0.5 V: El Vo = -0.5 + 1 = 0.5 V.
Cuando Vi = -1 V: El Vo = -1 + 1 = 0 V.

Cuando Vi < -1:

En ese caso, debido a Vi es negativo, el sentido de la corriente cambia de sentido. La corriente fluye de derecha a izquierda, por lo que el diodo se polariza directamente (está cerrado) se comporta como un cortocircuito.

Por lo tanto, no importa el valor que tome Vi, Vo = 0 V.

Caso 4:

Del gráfico:

Cuando Vi ≥ 0:

Al ser la tensión positiva, el sentido de la corriente fluye de izquierda a derecha, por lo que el diodo se polariza inversamente (está abierto), entonces Vo es un terminal abierto.

Por lo tanto, no importa el valor que tome Vi, Vo = 0 V.

Cuando -1 ≤ Vi < 0:

Debido a que VB > Vi, la tensión sigue siendo positiva, por lo que la corriente fluye de izquierda a derecha y el diodo sigue polarizado inversamente.

Por lo tanto, no importa el valor que tome Vi, Vo = 0 V.

Cuando Vi < -1:

En ese caso, debido a Vi es negativo, el sentido de la corriente cambia de sentido. La corriente fluye de derecha a izquierda, por lo que el diodo se polariza directamente (está cerrado) se comporta como un cortocircuito.

Cuando Vi = -1 V: El Vo = -1 + 1 = 0 V.
Cuando Vi = -1.5 V: El Vo = -1.5 + 1 = -0.5 V.
Cuando Vi = -2 V: El Vo = -2 + 1 = -1 V.

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RECTIFICADORES DE ONDA CON DIODOS

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Circuitos limitadores en serie

Como sabemos, un limitador o recortador es un circuito que permite, mediante el uso de resistencias y diodos, eliminar tensiones que no nos interesa que lleguen a un determinado punto de un circuito. Se utilizan para eliminar parte de una forma de onda que se encuentre por encima o por debajo de algún nivel de referencia.

Empleamos diodos para recortar una parte de una señal de entrada sin distorsionar la parte restante de la forma de onda aplicada. El rectificador de media onda es un ejemplo de la forma más sencilla de un recortador de diodo: un resistor y un diodo. Dependiendo de la orientación del diodo, se recorta la región positiva o negativa de la señal aplicada.

Caso 1:

Del gráfico:

Cuando Vi ≥ 1:

Al ser la tensión positiva, el sentido de la corriente fluye de izquierda a derecha, por lo que el diodo se polariza inversamente (está abierto) y es como si no estuviera.

Cuando Vi = 2 V: El Vo = 2 – 1 = 1 V.
Cuando Vi = 1 V: El Vo = 1 – 1 = 0 V.

Cuando Vi < 1:

En ese caso, Vi > VB, por lo que el sentido de la corriente cambia al de mayor voltaje, es decir, en el sentido en que esta VB (recuerda que Vi y VB están en sentidos opuestos).

El sentido de la corriente fluye de derecha a izquierda, por lo que el diodo se polariza directamente (está cerrado) se comporta como un cortocircuito.

Por lo tanto, no importa el valor que tome Vi, Vo = 0 V.

Caso 2:

Del gráfico:

Cuando Vi ≥ 1:

Al ser la tensión positiva, el sentido de la corriente fluye de izquierda a derecha, por lo que el diodo se polariza directamente (está cerrado) se comporta como un cortocircuito.

Cuando Vi = 2 V: El Vo = 2 – 1 = 1 V.
Cuando Vi = 1 V: El Vo = 1 – 1 = 0 V.

Cuando Vi < 1:

En ese caso, Vi > VB, por lo que el sentido de la corriente cambia al de mayor voltaje, es decir, en el sentido en que esta VB (recuerda que Vi y VB están en sentidos opuestos).

El sentido de la corriente fluye de derecha a izquierda, por lo que el diodo se polariza inversamente (está abierto), entonces Vo es un terminal abierto.

Por lo tanto, no importa el valor que tome Vi, Vo = 0 V.

Si quieres saber de más casos, haz clic en la segunda parte (ver segunda parte)

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QUÉ SON LOS LIMITADORES Y CÓMO APLICARLOS

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Limitadores o recortador

Es un circuito que permite, mediante el uso de resistencias y diodos, eliminar tensiones que no nos interesa que lleguen a un determinado punto de un circuito, aquello permite que un circuito llegue tensiones que podrían ser perjudiciales para el mismo.

Recortador sin polarizar

Por ejemplo, si tenemos un circuito que no queremos que le lleguen tensiones superiores a 0.7 V, tanto positivos como negativos. Para ello colocamos dos diodos y la resistencia limitadora para conseguir que cualquier tensión que exceda de 0.7 V o disminuya de -0.7 V, se vea recortada por los diodos.

Circuito de un recortador sin polarizar.
Cortesía: Wikipedia.org

Si la tensión de entrada supera los 0.7 V, el diodo D1 quedará polarizado directamente y recortará el exceso de tensión. De igual forma, si la tensión de entrada disminuya de -0.7 V, el diodo D2 quedará polarizado directamente y recortará el exceso de tensión que podría dañar nuestra carga.

Hay que tener en cuenta que la resistencia limitadora (Rlim) es mucho menor que la resistencia de carga (RL), de este modo la tensión que cae en la resistencia limitadora es prácticamente nula y podemos despreciarla.

Recortador polarizado

Por ejemplo, estamos buscando que a la entrada no le lleguen tensiones superiores a los 10 V o inferiores a los -10 V, en ese caso necesitamos un limitador polarizado. La única diferencia respecto al limitador no polarizado es que en este caso vamos a polarizar los diodos con baterías, a fin de que sea necesaria una tensión de entrada mayor que 0.7 V para que los diodos se polaricen directamente.

Circuito de un recortador polarizado.
Cortesía: Wikipedia.org

• Cuando la tensión de entrada se mantiene dentro de sus límites normales (entre 10 V y -10 V), los diodos no hacen nada.
• Cuando la tensión es superior a los 10.7 V (10 V de la batería más los 0.7 V del potencial del diodo), el diodo D1 queda polarizado directamente y empieza a conducir, de esta forma no permite que la tensión en la carga aumente.
• Si la tensión de entrada disminuye de los -10.7 V, en este caso es el diodo D2 el que se polariza directamente y comienza a conducir, no permitiendo que la tensión en la carga disminuya hasta niveles peligrosos.

Forma de la onda recortada con el limitador.
Cortesía: Wikipedia.org

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Álgebra booleana

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Álgebra booleana (teoremas)

Antes de leer este artículo, te invitamos a entrar al artículo sobre los fundamentos del Álgebra de Boole (ver artículo).

Teoremas fundamentales

Partiendo de los cinco axiomas anteriores, se pueden deducir y demostrar los siguientes teoremas fundamentales:

Principio de dualidad

El concepto de dualidad permite formalizar este hecho: a toda relación o ley lógica le corresponderá su dual, formada mediante el intercambio de los operadores suma con los de producto, y de los U con los Ø.

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Factores en un choque eléctrico

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Factores en un choque eléctrico (continuación)

Los efectos del paso de la corriente eléctrica por el cuerpo humano vendrán determinados por los siguientes factores:

Voltaje o tensión:

La resistencia del cuerpo humano varía según la tensión aplicada y según se encuentre en un local seco o mojado. Así el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión fija unos valores de tensión de seguridad (tanto para corriente alterna como para continua) de 24 V para locales mojados y de 50 V para locales secos a la frecuencia de 50 Hz.

Tabla de la resistencia del ser humano

Tipo de corriente (alterna o continua):

La corriente continua actúa por calentamiento, aunque puede ocasionar un efecto electrolítico en el organismo que puede generar riesgo de embolia o muerte por electrólisis de la sangre; en cuanto a la corriente alterna, la superposición de la frecuencia al ritmo nervioso y circulatorio produce una alteración que se traduce en espasmos, sacudidas y ritmo desordenado del corazón (fibrilación ventricular).

Efectos en el cuerpo humano con corriente DC y AC.

Frecuencia:

Las altas frecuencias son menos peligrosas que las bajas, llegando a ser prácticamente inofensivas para valores superiores a 100000 Hz (produciendo sólo efectos de calentamiento sin ninguna influencia nerviosa), mientras que para 10000 Hz la peligrosidad es similar a la corriente continua.

Recorrido de la corriente a través del cuerpo:

Los efectos de la electricidad son menos graves cuando la corriente no pasa a través de los centros nerviosos y órganos vitales ni cerca de ellos (bulbo, cerebelo, caja torácica y corazón).

En la mayoría de los accidentes eléctricos la corriente circula desde las manos a los pies. Debido a que en este camino se encuentran los pulmones y el corazón, los resultados de dichos accidentes son normalmente graves.

Los dobles contactos mano derecha- pie izquierdo (o inversamente), mano – mano, mano – cabeza son particularmente peligrosos. Si el trayecto de la corriente se sitúa entre dos puntos de un mismo miembro, las consecuencias del accidente eléctrico serán menores.

Recorrido de la corriente a través del cuerpo.

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Álgebra booleana

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Álgebra booleana

Es una estructura algebraica para las operaciones lógicas Y, O, NO y SI (AND, OR, NOT, IF), así como el conjunto de operaciones unión, intersección y complemento.

Esquema de operaciones lógicas: SERIE.
Cortesía: Wikipedia.org
Esquema de operaciones lógicas: PARALELO.
Cortesía: Wikipedia.org

Son un álgebra de Boole, si cumple los siguientes axiomas:

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LO QUE TIENES QUE SABER EN UNA DESCARGA ELÉCTRICA

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Factores en un choque eléctrico

Los efectos del paso de la corriente eléctrica por el cuerpo humano vendrán determinados por los siguientes factores:

Valor de la intensidad que circula por el circuito de defecto:

Los valores de intensidad no son constantes puesto que dependen de cada persona y del tipo de corriente, por ello se definen como valores estadísticos de forma que sean válidos para un determinado porcentaje de la población normal.

Resistencia de contacto, resistencia propia del ser humano y resistencia de salida.

Resistencia eléctrica del cuerpo humano:

Además de la resistencia de contacto de la piel (entre 100 y 500 W), debemos tener en cuenta la resistencia que presentan los tejidos al paso de la corriente eléctrica, con lo que el valor medio de referencia está alrededor de los 1000 W; pero no hay que olvidar que la resistencia del cuerpo depende en gran medida del grado de humedad de la piel.

Resistencia en distintas partes del ser humano.

Resistencia del circuito de defecto:

Es variable, dependiendo de las circunstancias de cada uno de los casos de defecto, pudiendo llegar a ser nula en caso de contacto directo.

Tiempo de contacto:

Este factor condiciona la gravedad de las consecuencias del paso de corriente eléctrica a través del cuerpo humano junto con el valor de la intensidad y el recorrido de la misma a través del individuo. Es tal la importancia del tiempo de contacto que no se puede hablar del factor intensidad sin referenciar el tiempo de contacto.

Tabla
Tiempo de corte (seg.) con la intensidad de contacto (mA).

Curvas de seguridad:

Zona 1: zona de seguridad. Independiente del tiempo de contacto.
Zona 2: habitualmente no se detecta ningún efecto fisiopatológico en esta zona.
Zonas 3 y 4: en ellas existe riesgo para el individuo, por tanto, no son zonas de seguridad. Pueden darse efectos fisiopatológicos con mayor o menor probabilidad en función de las variables intensidad y tiempo.

Contacto indirecto.

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CÓMO FUNCIONAN LOS DIODOS

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Diodo semiconductor (características)

Antes de ello, no te olvides de pasar por nuestro artículo sobre el diodo semiconductor (ver artículo).

El diodo conduce con una caída de tensión de 0,6 a 0,7 V. El valor de la resistencia interna sería muy bajo. Se comporta como un interruptor cerrado.

El diodo no conduce y toda la tensión de la pila cae sobre él. Puede existir una corriente de fuga del orden de uA. El valor de la resistencia interna sería muy alto Se comporta como un interruptor abierto.

Diodo 1N4004
(ver Datasheet).

Los diodos poseen propiedades que les diferencia de los demás semiconductores. Poseen una tensión umbral de 0,3 V (diodo de germanio) o 0,7 V (diodo de silicio). Cuando está polarizado en directa, el diodo se comporta como un interruptor cerrado; sin embargo, cuando está polarizada en inversa, el diodo se comporta como un interruptor abierto. En dicho estado, existe una mínima corriente de fuga.

Curva característica del diodo

Dicha curva representa el comportamiento en el flujo de corriente cuando el diodo es sometido a una tensión que lo polarice en directa o inversa.

Curva característica del diodo semiconductor.

Cuando el diodo está polarizado en directa, si la tensión es menor a la tensión de umbral (Vk), no hay una corriente significativa en IF, pero cuando la tensión es superior a la tensión de umbral (Vk), la corriente IF comienza a incrementarse rápidamente, lo que nos indica que el diodo conduce.

Cuando el diodo está polarizado en inversa, la corriente es despreciable solo existe una corriente mínima de fuga en uA; sin embargo, cuando la tensión del diodo alcanza la tensión de ruptura, sucede el efecto avalancha (avalancha de electrones en inversa) que destruye al diodo.

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