Se utiliza un circuito clipper para limitar hasta qué punto puede llegar el voltaje de señal. Solo elimina las partes de una forma de onda que superan un nivel establecido, dejando el resto sin cambios. Los circuitos clipper ayudan a controlar los niveles de señal, reducir picos de tensión y proteger los circuitos. Este artículo ofrece información sobre cómo funcionan los circuitos clipper, sus tipos, usos y limitaciones.
Resumen del circuito Clipper
Un circuito clipper es un circuito electrónico de acondicionamiento de señal que limita hasta qué punto puede llegar o hasta qué punto puede llegar un voltaje de señal. Cuando la señal de entrada alcanza un nivel establecido, el circuito impide que el voltaje aumente o disminuya más allá de ese punto. El resto de la señal permanece sin cambios, excepto la parte que cruza el límite, que se corta o "recorta".
La función principal de un circuito clipper es controlar los niveles de señal. Ayuda a mantener los voltajes dentro de rangos seguros o utilizables y reduce picos de voltaje no deseados que pueden afectar al funcionamiento del circuito. Un clipper solo funciona sobre formas de onda de señal y no suministra energía. Su función es diferente a la de los reguladores de voltaje, que controlan los niveles de potencia en lugar de las formas de la señal.
Principio de funcionamiento de un circuito clipper
• Cuando la señal de entrada se mantiene por debajo del nivel de saturación, el diodo permanece apagado y la señal pasa por el circuito con normalidad.
• Cuando el voltaje de entrada alcanza o supera el nivel de saturación, el diodo se enciende y comienza a conducir.
• El diodo conductor impide que el voltaje suba o baje más allá del límite establecido bloqueando o redirigiendo el exceso de voltaje.
• Por tanto, la forma de onda de salida se mantiene dentro de un rango de voltaje definido, recortando solo las partes que superan el límite.
Control de nivel de recorte en un circuito de clipper
En un circuito clipper, el límite de tensión no se establece exactamente en el valor de referencia o de polarización. El recorte comienza un poco antes o después de ese punto porque el diodo necesita un pequeño voltaje para encenderse.
Este voltaje depende de la caída directa del diodo, que cambia con la temperatura y la cantidad de corriente que fluye a través de él. A medida que aumenta la corriente, el nivel de recorte puede subir un poco más de lo esperado.
Debido a este comportamiento, el nivel real de recorte es siempre un valor aproximado en lugar de un punto perfectamente fijo. Este efecto es básico cuando el circuito funciona con bajas tensiones o necesita un control preciso de la señal.
Tipos de circuitos de clipper en serie y derivación
| Aspecto | Circuito Clipper de la Serie | Circuito de Shunt Clipper |
|---|---|---|
| Posición del diodo | Colocado en línea con la trayectoria de la señal | Conectados a través de la salida |
| Acción de recorte | Detiene parte de la señal cuando se alcanza el límite | Redirige el voltaje excedente lejos de la salida |
| Flujo de señal | Interrumpido temporalmente durante el recorte | Sigue fluyendo durante el recorte |
| Efecto sobre la carga | Mayor interacción con la carga | Menor interacción con la carga |
| Propósito general | Usado para bloquear partes no deseadas de una señal | Usado para limitar y proteger los niveles de señal |
Tipos de circuitos clipper
Funcionamiento del circuito de clipper positivo en circuitos de recorte
Un circuito clipper positivo es un tipo de circuito clipper que limita la parte positiva de una señal de entrada. Su propósito es evitar que el voltaje suba por encima de un nivel elegido mientras permite que el resto de la señal pase. Este control se consigue disponiendo un diodo en varias configuraciones dentro del circuito del clipper. Existen tres formas comunes de circuitos clipper positivos:
• Clipper positivo en serie - En este circuito clipper, el diodo y la resistencia se colocan en serie con el camino de la señal. Durante la mitad positiva de la señal de entrada, el diodo permanece polarizado inversamente, impidiendo el flujo de corriente. Como resultado, la parte positiva del voltaje se elimina de la salida.
• Clipper positivo paralelo - En esta disposición, el diodo se conecta en paralelo con la salida. Cuando la tensión de entrada se vuelve positiva y alcanza el nivel de saturación, el diodo conduce y redirige el voltaje excedente lejos de la salida, limitando el nivel positivo de señal.
• Clipper positivo polarizado - Este circuito clipper incluye una polarización de CC junto con el diodo. La polarización añadida desplaza el nivel de voltaje en el que comienza el cliping, permitiendo que la señal positiva se limite a un valor específico en lugar de directamente a cero voltios.
Funcionamiento del circuito de clipper negativo en circuitos de recorte
Un circuito clipper negativo es un tipo de circuito clipper que limita la parte negativa de una señal de entrada. Su función es evitar que el voltaje baje de un nivel seleccionado mientras permite que pase la parte restante de la señal. Esto se hace colocando un diodo en una dirección específica dentro del circuito clipper. Las formas comunes de circuitos clipper negativos incluyen:
• Clipper negativo en serie - En este circuito clipper, el diodo está conectado en serie con el camino de la señal pero orientado en sentido opuesto a un clipper positivo en serie. Durante la mitad negativa de la señal de entrada, el diodo bloquea el flujo de corriente, eliminando la tensión negativa de la salida.
• Clipper negativo paralelo - Aquí, el diodo se coloca en paralelo con la salida. Cuando la tensión de entrada se vuelve negativa y alcanza el nivel de saturación, el diodo conduce y desvía la tensión negativa lejos de la salida.
• Cortador negativo polarizado - Este circuito de corte incluye una polarización de corriente continua junto con el diodo. La polarización añadida desplaza el punto donde comienza el cliping, permitiendo limitar el voltaje negativo a un nivel inferior a cero voltios.
El circuito Clipper utiliza sistemas electrónicos
Protección de voltaje
Los circuitos clipper limitan niveles excesivos de voltaje, ayudando a prevenir daños en los componentes del circuito.
Condicionamiento de señal
Mantienen los niveles de señal dentro de un rango requerido, por lo que la salida sigue siendo adecuada para un procesamiento posterior.
Moldeado de Formas de Onda
Los circuitos clipper eliminan partes seleccionadas de una forma de onda para producir formas de señal más limpias y controladas.
Eliminación de ruido
Se reducen picos de voltaje no deseados y picos bruscos de señal, mejorando la calidad general de la señal.
Cortadoras de diodo Zener para limitación de tensión fija
Ventajas
• El nivel de clipping se establece mediante el voltaje de ruptura Zener
• Adecuado para límites de tensión más altos
• Permite un recorte equilibrado cuando los diodos Zener están conectados en direcciones opuestas
Limitaciones
• Necesita suficiente corriente para mantener un control adecuado de voltaje
• Produce más ruido eléctrico durante el funcionamiento
• Disipa más potencia que los circuitos clipper que usan diodos estándar
Circuitos de precisión para limitar señales con precisión
Los circuitos de corte de precisión son una forma de circuito clipper que utiliza un amplificador operacional con diodos para controlar el voltaje con mayor precisión. En esta configuración, el amplificador operacional compensa la caída normal de tensión del diodo, por lo que el circuito clipper puede limitar una señal a niveles de tensión muy bajos o exactos. Esto permite que el punto de recorte sea más estable y predecible, mejorando cómo el circuito del clipper controla la señal.
Selección de componentes en el diseño de circuitos clipper
| Componente | Qué considerar en un circuito clipper |
|---|---|
| Diodo | Voltaje directo, velocidad de conmutación y tiempo de recuperación |
| Diodo Zener | Voltaje de ruptura y potencia nominal |
| Resistencia | Controla y limita la corriente durante el recorte |
| Amplificador operacional | Ancho de banda y velocidad de desviación cuando se incluyen en el circuito clipper |
Efectos no ideales en circuitos prácticos de clipper
• Cambios de tensión directa por diodo con la temperatura
• Las corrientes de fuga inversas afectan a los puntos de alta impedancia en el circuito del clipper
• La capacitancia de unión reduce el rendimiento a frecuencias más altas
• El tiempo de recuperación inversa puede distorsionar la forma de onda recortada
Limitaciones de los circuitos clipper
Aunque los circuitos clipper son simples y efectivos, tienen limitaciones. El nivel de recorte está influenciado por las características del diodo, la temperatura y la corriente, lo que dificulta el control preciso en diseños básicos. A altas frecuencias, la capacitancia del diodo y el tiempo de recuperación pueden distorsionar las señales. Los circuitos clipper modifican la forma de la forma de onda, lo que puede no ser adecuado para aplicaciones que requieren integridad de señal.
Conclusión
Los circuitos clipper son efectivos para controlar el voltaje de señal y dar forma a las formas de onda. Diferentes tipos, como los cortadores positivos, negativos, Zener y de precisión, ofrecen distintos niveles de control y precisión. Factores reales como el comportamiento de los diodos, la temperatura y los límites de frecuencia afectan al rendimiento. Estos puntos ayudan a garantizar que los circuitos clipper se apliquen correctamente cuando se requieren límites de señal.
Preguntas frecuentes
¿Un circuito de clipper usa energía?
Sí. Un circuito clipper consume energía cuando el diodo conduce durante el clipping, principalmente en el diodo y la resistencia.
¿La impedancia de entrada afecta a la precisión del clipping?
Sí. Una alta impedancia de entrada puede reducir la corriente del diodo y hacer que el clipping sea menos brusco o retardado.
¿Los circuitos clipper recortan automáticamente ambas mitades de señal?
No. El recorte simétrico requiere un diseño específico de circuitos, como diodos emparejados o espalda con espalda.
¿Importa la estabilidad del voltaje de polarización en las máquinas de cortamaes?
Sí. Los cambios en el voltaje de polarización desplazan el nivel de saturación y alteran la forma de onda de salida.
13,5 ¿Es un circuito clipper lo mismo que un circuito clamper?
No. Un clipper elimina partes de una forma de onda, mientras que un clamper desplaza todo el nivel de la forma de onda.
¿Cómo se verifica el comportamiento de clipping?
Aplicando una señal de prueba y observando la forma de onda de salida en un osciloscopio.