Problema 65-5    Funte:  Problema elaborado por el autor del sitio.

Sea el circuito que se muestra en la Figura 65-05.1, asume que V_i = 15 sen 1000 t y V_D = 0,7 volts en conducción. Calcule la voltaje V_o y dibuje un gráfico con la característica de transferencia de circuito.

Solución del Problema 65-5   

Para el semiciclo positivo, este circuito responderá de tres maneras diferentes dependiendo del voltaje de entrada. Así que veamos cada situación por separado.

Cuando el voltaje de entrada, V_i, comienza a crecer su valor en el semiciclo positivo, tenga en cuenta que mientras V_i ≤ +2,7,no fluirá corriente a través de los dos circuitos que contienen los diodos D₁ y D₂. Entonces, el voltaje de salida es exactamente el mismo que el voltaje de entrada, es decir:

Cuando el voltaje de entrada varía entre +2,7 < V_i ≤ +4,7, el circuito que contiene el diodo D₁ comenzará a conducir, pero el circuito que contiene D₂ continuará cortado y podemos ignorarlo. Entonces podemos usar una técnica de resolución de circuitos reemplazando el voltaje de conducción del diodo con un voltaje de batería de 0,7V . Entonces representando el diodo D₁ Como fuente de voltaje constante de 0,7V , podemos agregar su valor a la batería de 2 voltios, resultando en una sola fuente de voltaje 2,7 voltios . Por lo tanto, obtenemos el circuito equivalente que se muestra en la Figura 65-05.2. Realizando una transformación de fuentes en el circuito, al final obtenemos el circuito representado en la Figura 65-05.3.

Para llegar al circuito final (derecha) agregamos las dos fuentes de corriente y calculamos el paralelo de las dos resistencias de 100 Ω cada una. Encontramos una fuente de valor (V_i + 2,7) / 100 y una resistencia equivalente de 50 Ω . Multiplicando el valor de la fuente de corriente por la resistencia equivalente, encontramos el valor de la fuente de voltaje. Y agregamos la resistencia equivalente con la de 100 Ω y obtenemos 150 Ω. Este circuito es exactamente el equivalente de Thévenin del circuito que se muestra en la Figura 65-05.1. Como el circuito no tiene una carga conectada a la salida, el voltaje calculado aparece completamente en la salida. Así:

Cuando el voltaje de entrada es mayor que 4,7 voltios, el circuito que contiene el diodo D₂ comienza a funcionar porque el diodo entra en conducción. Luego, usando la misma técnica de solución de circuito que antes, podemos calcular el circuito equivalente de todo el circuito que aparece en la Figura 65-05.1, se muestra en la Figura 65-05.4. Resolviendo este circuito, encontramos el circuito final representado en la Figura 65-05.5.

Para llegar al circuito final realizamos los mismos pasos que arriba. Como el circuito no tiene una carga conectada a la salida, el voltaje calculado aparece completamente en la salida. Así:

Ahora, analizando la situación cuando el voltaje de entrada está en el semiciclo negativo , puede ver claramente en la Figura 65-05.1 que ambos diodos estarán en la zona de corte. Por lo tanto, concluimos que los dos circuitos que contienen los diodos no estarán operativos. Por lo tanto, podemos ignorarlos y el voltaje de salida sigue exactamente el voltaje de entrada. Entonces podemos escribir eso:

En la Figura 65-05.6 mostramos la característica de transferencia del circuito. Observe cómo hay "compresión" en la salida en relación con la señal de entrada. En el gráfico, para un diodo real, el cambio de pendiente de las líneas debe suavizarse. Como estamos utilizando el modelo de un diodo ideal, vale la representación anterior. Tenga en cuenta que al cambiar el valor de voltaje de las baterías, puede controlar cuánta compresión queremos y en qué puntos. También es posible aumentar el número de circuitos y lograr tasas de compresión muy altas. Tenga en cuenta que este circuito solo produce esta compresión para el semiciclo positivo. Por supuesto, podemos lograr el semiciclo negativo simplemente invirtiendo los circuitos que contienen los diodos. Ver el siguiente problema.

Adendo Prático   

Tal vez se pregunte dónde usar un circuito con estas características. Existen numerosas aplicaciones prácticas. Pero citemos una aplicación donde, por supuesto, todos han "escuchado" , lo que significa que se usa ampliamente en circuitos distorsionadores para la guitarra eléctrica en la industria de la música. Numerosas bandas de música usan esta función, como Van Hallen, Santana, Dire Straits, etc. En algunos tipos de equipos que usan este circuito, es posible variar la tasa de compresión, produciendo dispositivos electrónicos conocidos en el medio musical como pedal fuzz, pedal overdrive, etc... Por supuesto, este circuito es un modelo simplificado. En la práctica, agregamos amplificadores operacionales para hacer que el circuito sea más eficiente.