Compensación de la caída de tensión directa de un rectificador de señal de diodo

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Estoy leyendo Arts of Electronics y muestran este circuito:

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Dice que D 1 compensa la caída hacia adelante de D 2 al proporcionar 0.6V de sesgo. No entiendo este circuito en absoluto. ¿El + 5V es una fuente externa de 5v? ¿Cómo se compensa?

Douglas Edward
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Respuestas:

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El , y básicamente crea una polarización de 0.6V en el otro lado del capacitor, de modo que una oscilación positiva en la señal no tiene que superar un obstáculo de 0.6V. y forman un regulador de voltaje en derivación. Como resultado, el voltaje de 0.6V se transmite a que está a punto de conducir. Por lo tanto, solo se requiere un pequeño aumento positivo de la entrada para llevarlo a la conducción. Debido a que la entrada está acoplada capacitivamente, es CA pura. Sus oscilaciones se superponen aditivamente en la parte superior del voltaje de polarización que existe en el otro lado del condensador. La fuente de 5V proviene de algún lugar del resto del circuito. No tiene nada de especial.R1R3re1re1R3re2

Quizás pueda obtener una perspectiva diferente al volver a dibujar el circuito para que el voltaje caiga de arriba a abajo. En esta vista, destacamos cómo la entrada está sesgada a 0.6V, pero la salida es 0.6V por debajo de eso, a través de la caída de voltaje de D1. Entonces, por ejemplo, suponga que la entrada crea una oscilación positiva de 0.1V. Esto se convierte en 0.7V en la parte superior de D2 (el punto completo del sesgo). En la parte inferior de D2, ese giro es de 0.1V nuevamente. D2 deja pasar suficiente corriente para que R2 tenga 0.1V a través de ella.

Una oscilación negativa de 0.1V se convierte en 0.5V. Pero esto no puede crear una salida de -0.1V en la parte inferior de D2; eso no tiene sentido porque está fuera de nuestro rango de suministro. 0.5V no es suficiente para polarizar hacia adelante D2, por lo que la salida está a 0V, arrastrada a tierra por R2, que casi no tiene corriente que fluya a través de ella para crear ningún voltaje.

El propósito de R1 es actuar como un enlace flexible para separar el voltaje de referencia 0.6, que es bastante rígido, desde el punto donde se inyecta la señal, que por el contrario debe ser libre de oscilar alrededor de 0.6V. R1 también protege el diodo de las oscilaciones de corriente de entrada. Si reemplazamos R1 por un cable, no funcionará porque la señal intentará mover el voltaje en la parte superior de D1, cuyo cátodo está sujeto a tierra. Las oscilaciones positivas de la entrada volcarán la corriente a través de D1, abusándola. Eso crea una baja impedancia de entrada, lo que resulta en una incapacidad para generar el voltaje correcto en o debajo de D2.

Por otro lado, si R1 se hace grande, la compensación disminuye, porque el voltaje de referencia puede ejercer menos control sobre el sesgo.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Para hacerlo más agradable para la simulación, hagamos que el capacitor sea mucho más grande: 10 uF. Entonces podemos usar una buena frecuencia baja, como 1000 Hz, que no pasará muy bien a través de un condensador de 100 pF en una impedancia de menos de 1K. Además, conectemos una fuente de señal con una amplitud de 3V. Si ejecuta la simulación del dominio del tiempo, verá que la forma de onda de salida se corta por la mitad con bastante precisión.

Kaz
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Muchas gracias por esta respuesta completa. Todavía no puedo votar porque no tengo suficiente reputación.
Douglas Edward
@DouglasEdward No necesita votarlo, presione el botón "aceptar respuesta" para mostrar que utilizó la información que le dio.
Kit Scuzz
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Este es el circuito más complicado en The Art of Electronics hasta el punto, debo decir. Redibujar este circuito en forma presentada ayuda MUCHO, pero todavía no puedo entender la resistencia R1. ¿Por qué no hay caída de voltaje en R1 y el voltaje de polarización se transmite a la entrada de D2? La única explicación que se me ocurre es que no fluye corriente a través de R1. ¿Está bien?
Helbreder
"Tirado a tierra por R2, que casi no tiene corriente que lo atraviese para crear voltaje". Nunca pensé en las resistencias como dispositivos de "toma de voltaje" dependiendo de la cantidad de corriente que fluye. Leer El arte de la electrónica es una epifanía tras otra. Gracias @Kaz.
Jaime Gallego
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@VanGo sin R3, colocamos el suministro de 5V en el diodo D1.
Kaz
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Me he quedado atrapado en el mismo circuito y descubrió un montón de cosas que no entendía en detalle. Así que intentaré ir a un nivel muy bajo en mi explicación. Si nota algo incorrecto, dígamelo y lo corregiré. Lea también las otras respuestas, ya que proporcionan información muy valiosa de alto nivel.

Primero, asegúrese de comprender la caída de voltaje del diodo (si no es google). Los diodos "consumen" ~ 0.6-0.7V de su entrada, en otras palabras, el voltaje a través del diodo es ~ 0.6V. Dado que el voltaje en serie se suma, esto significa que R3 ve ~ 4.3V (5V de la fuente de corriente menos 0.6V del diodo).

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

1110.6V10110.6V

esquemático

simular este circuito

Para hacer las cosas más complicadas, hay otro diodo entre R1 y R2. Se podría argumentar que habrá otra caída de 0.6V a través de D2, lo que significa que a través de R1 y R2 habrá 0V cada uno, es decir, no fluirá corriente en absoluto. En la práctica, los diodos dejarán pasar algo de corriente incluso antes de alcanzar el umbral de 0.6V. Si simula el circuito, calculará la caída de solo 0.4V con una corriente de 20μA. Por lo tanto, habrá una corriente muy muy pequeña que pasará por el lado D2, mientras que la mayor parte de la corriente (4300 μA o 99.5%) pasa por D1. Pero como puede ver, el punto donde SIG ingresa al circuito en ambos casos todavía estaría a ~ 0.6V de potencial.

esquemático

simular este circuito

Ahora la parte final del rompecabezas es cómo se suman la señal y 0.6V. En otras palabras, cómo se superponen estos dos voltajes. Sugiero leer sobre cómo funciona esto, si esto no está claro, el siguiente breve ejemplo ilustra el concepto: puede considerar el condensador como una fuente de voltaje y calcular los voltajes para cada fuente por separado y sumarlos más tarde.

esquemático

simular este circuito

Entonces, si se descargan 0.1V durante el borde de señal ascendente, el potencial de voltaje será 0.6V + 0.1V, el diodo elimina 0.6V de estos, por lo que la salida solo ve 0.1V nuevamente (menos voltajes menores despreciables por las inexactitudes).

rumpel
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2

La fuente externa de 5V a través de R3 produce aproximadamente 0.6V en el ánodo de D1. Ignora la señal de entrada por ahora. El nivel de 0.6V en D1 se transfiere, a través de R1, al ánodo de D2.

Debido a que el cátodo de D2 está conectado a 0V a través de la resistencia de 10k, D2 está a punto de conducir, aquí es donde lo necesita para una rectificación de media onda de precisión semidecente.

La señal llega al ánodo de D2 y todos los valores positivos mejorarán aún más la polarización directa de D2, por lo tanto, el medio ciclo positivo de la señal se transfiere a la salida a través de R2.

Debido a que D2 está en la cúspide de polarización directa, cualquier parte negativa de la señal reducirá la polarización directa de D2 y apagará el dispositivo, por lo que los semiciclos negativos no pasan a través de D2.

Un análisis adecuado mostraría una distorsión (en la forma de onda de salida) alrededor del punto medio de la señal, pero como primera aproximación tendrá un parecido razonable con un rectificador de media onda de precisión.

Andy alias
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¿podría explicar por qué usaron R1? ¿No hay caída de voltaje en R1 cuando el voltaje de polarización pasa?
dirac16
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Realmente no entiendo por qué la polarización de + 0.6V debería moverse al ánodo de D2 sin ninguna caída. ¿Qué está pasando realmente allí?
dirac16
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Va al ánodo de D2 porque no hay nada que lo detenga. D2 no lo detendrá hasta que alcance aproximadamente 0,6 voltios y C no pueda detenerlo porque bloquea la CC. El punto es que la forma de onda de CA se eleva en aproximadamente 0.6 voltios para poner a D2 al borde de la conducción exactamente en el punto de referencia de la forma de onda de CA original. Tal vez descargue LTSpice (gratis) y simúlelo.
Andy, también conocido como
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OK Andy Creo que el punto + 0.6V se elige como un punto de referencia para el ánodo del D2, por lo que cualquier señal que provenga del condensador deberá superponerse sobre el punto de referencia + 0.6V, por lo tanto 0.6 + Vin se sienta en el ánodo. Estoy en lo cierto?
dirac16
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Por lo tanto, fue una especie de "polarización" en la que generalmente establecemos un voltaje predeterminado (o corriente) en un punto específico del circuito como resultado de proporcionar condiciones de funcionamiento adecuadas en los componentes electrónicos, aquí el diodo D2. ¿Es la mejor explicación para eso?
dirac16