Limitatore e moltiplicatore di tensione

Insieme ai circuiti di modellazione dell'onda come clipper e clamper, i diodi vengono utilizzati per costruire altri circuiti come limitatori e moltiplicatori di tensione, di cui parleremo in questo capitolo. I diodi hanno anche un'altra importante applicazione nota come raddrizzatori, che verrà discussa in seguito.

Limitatori

Un altro nome che spesso incontriamo mentre passiamo attraverso questi clipper e morsetti è il circuito del limitatore. UNlimiter circuito può essere inteso come quello che limita la tensione di uscita dal superare un valore predeterminato.

Questo è più o meno un circuito clipper che non consente il superamento del valore specificato del segnale. In realtà il clipping può essere definito come un limite estremo. Quindi la limitazione può essere intesa come un taglio regolare.

L'immagine seguente mostra alcuni esempi di circuiti limitatori:

Le prestazioni di un circuito limitatore possono essere comprese dalla sua curva caratteristica di trasferimento. Un esempio di tale curva è il seguente.

I limiti inferiore e superiore sono specificati nel grafico che indicano le caratteristiche del limitatore. La tensione di uscita per un tale grafico può essere intesa come

$$ V_ {0} = L _ {-}, KV_ {i}, L _ {+} $$

Dove

$$ L _ {-} = V_ {i} \ leq \ frac {L _ {-}} {k} $$

$$ KV_ {i} = \ frac {L _ {-}} {k} <V_ {i} <\ frac {L _ {+}} {k} $$

$$ L _ {+} = V_ {i} \ geq \ frac {L _ {+}} {K} $$

Tipi di limitatori

Esistono pochi tipi di limitatori come

• Unipolar Limiter - Questo circuito limita il segnale in un modo.

• Bipolar Limiter - Questo circuito limita il segnale in due modi.

• Soft Limiter - L'uscita può cambiare in questo circuito anche per un leggero cambiamento nell'ingresso.

• Hard Limiter - L'uscita non cambierà facilmente con il cambiamento del segnale di ingresso.

• Single Limiter - Questo circuito utilizza un diodo per la limitazione.

• Double Limiter - Questo circuito impiega due diodi per la limitazione.

Moltiplicatori di tensione

Ci sono applicazioni in cui la tensione deve essere moltiplicata in alcuni casi. Questo può essere fatto facilmente con l'aiuto di un semplice circuito che utilizza diodi e condensatori. La tensione se raddoppiata, un tale circuito è chiamato duplicatore di tensione. Questo può essere esteso per creare un triplicatore di tensione o un quadruplicatore di tensione o così via per ottenere tensioni CC elevate.

Per una migliore comprensione, consideriamo un circuito che moltiplica la tensione per un fattore 2. Questo circuito può essere chiamato Voltage Doubler. La figura seguente mostra il circuito di un duplicatore di tensione.

La tensione di ingresso applicata sarà un segnale CA che ha la forma di un'onda sinusoidale come mostrato nella figura seguente.

Lavorando

Il circuito moltiplicatore di tensione può essere compreso analizzando ogni semiciclo del segnale di ingresso. Ogni ciclo fa funzionare i diodi e i condensatori in modo diverso. Cerchiamo di capire questo.

During the first positive half cycle- Quando viene applicato il segnale di ingresso, il condensatore $ C_ {1} $ viene caricato e il diodo $ D_ {1} $ è polarizzato in avanti. Mentre il diodo $ D_ {2} $ è polarizzato inversamente e il condensatore $ C_ {2} $ non riceve alcuna carica. Questo fa sì che l'output $ V_ {0} $ sia $ V_ {m} $

Questo può essere compreso dalla figura seguente.

Quindi, da 0 a $ \ pi $, la tensione di uscita prodotta sarà $ V_ {max} $. Il condensatore $ C_ {1} $ viene caricato attraverso il diodo polarizzato in avanti $ D_ {1} $ per fornire l'uscita, mentre $ C_ {2} $ non si carica. Questa tensione appare all'uscita.

During the negative half cycle- Dopodiché, quando arriva il mezzo ciclo negativo, il diodo $ D_ {1} $ viene polarizzato inversamente e il diodo $ D_ {2} $ viene polarizzato in avanti. Il diodo $ D_ {2} $ riceve la carica attraverso il condensatore $ C_ {2} $ che viene caricato durante questo processo. La corrente scorre quindi attraverso il condensatore $ C_ {1} $ che si scarica. Lo si può capire dalla figura seguente.

Quindi da $ \ pi $ a $ 2 \ pi $, la tensione ai capi del condensatore $ C_ {2} $ sarà $ V_ {max} $. Mentre il condensatore $ C_ {1} $ che è completamente carico, tende a scaricarsi. Ora le tensioni di entrambi i condensatori insieme appaiono all'uscita, che è $ 2V_ {max} $. Quindi, la tensione di uscita $ V_ {0} $ durante questo ciclo è $ 2V_ {max} $

During the next positive half cycle- Il condensatore $ C_ {1} $ viene caricato dall'alimentazione e il diodo $ D_ {1} $ viene polarizzato in avanti. Il condensatore $ C_ {2} $ mantiene la carica poiché non troverà un modo per scaricarsi e il diodo $ D_ {2} $ viene polarizzato inversamente. Ora, la tensione di uscita $ V_ {0} $ di questo ciclo riceve le tensioni da entrambi i condensatori che insieme appaiono all'uscita, che è $ 2V_ {max} $.

During the next negative half cycle- Il successivo mezzo ciclo negativo fa sì che il condensatore $ C_ {1} $ si scarichi di nuovo dalla sua piena carica e il diodo $ D_ {1} $ per invertire la polarizzazione mentre $ D_ {2} $ avanti e il condensatore $ C_ {2} $ caricare ulteriormente per mantenere la sua tensione. Ora, la tensione di uscita $ V_ {0} $ di questo ciclo riceve le tensioni da entrambi i condensatori che insieme appaiono all'uscita, che è $ 2V_ {max} $.

Quindi, la tensione di uscita $ V_ {0} $ viene mantenuta a $ 2V_ {max} $ durante il suo funzionamento, il che rende il circuito un duplicatore di tensione.

I moltiplicatori di tensione vengono utilizzati principalmente dove sono richieste tensioni CC elevate. Ad esempio, tubi a raggi catodici e display del computer.

Divisore di tensione

Mentre i diodi vengono utilizzati per moltiplicare la tensione, una serie di resistori in serie può essere trasformata in una piccola rete per dividere la tensione. Tali reti sono chiamate comeVoltage Divider reti.

Il divisore di tensione è un circuito che trasforma una tensione maggiore in una più piccola. Questo viene fatto utilizzando resistori collegati in serie. L'output sarà una frazione dell'input. La tensione di uscita dipende dalla resistenza del carico che guida.

Cerchiamo di sapere come funziona un circuito partitore di tensione. La figura seguente è un esempio di una semplice rete di partitori di tensione.

Se proviamo a disegnare un'espressione per la tensione di uscita,

$$ V_ {i} = i \ sinistra (R_ {1} + R_ {2} \ destra) $$

$$ i = \ frac {V- {i}} {\ left (R_ {1} + R_ {2} \ right)} $$

$$ V_ {0} = i \: R_ {2} \ rightarrow \: i \: = \ frac {V_ {0}} {R_ {2}} $$

Confrontando entrambi,

$$ \ frac {V_ {0}} {R_ {2}} = \ frac {V_ {i}} {\ left (R_1 + R_ {2} \ right)} $$

$$ V_ {0} = \ frac {V_ {i}} {\ left (R_1 + R_ {2} \ right)} R_ {2} $$

Questa è l'espressione per ottenere il valore della tensione di uscita. Quindi la tensione di uscita viene divisa in base ai valori di resistenza dei resistori nella rete. Vengono aggiunti più resistori per avere diverse frazioni di diverse tensioni di uscita.

Facciamo un problema di esempio per capire di più sui divisori di tensione.

Esempio

Calcola la tensione di uscita di una rete con una tensione di ingresso di 10 V con due resistori in serie 2kΩ e 5kΩ.

La tensione di uscita $ V_ {0} $ è data da

$$ V_ {0} = \ frac {V_ {i}} {\ left (R_1 + R_ {2} \ right)} R_ {2} $$

$$ = \ frac {10} {\ left (2 + 5 \ right) k \ Omega} 5k \ Omega $$

$$ = \ frac {10} {7} \ times 5 = \ frac {50} {7} $$

$$ = 7.142v $$

La tensione di uscita $ V_0 $ per il problema di cui sopra è 7.14v