Circuitos Recortadores (Clippers): Teoría, Simulación y Aplicaciones Prácticas

Un recortador es un circuito electrónico pasivo que limita la amplitud pico de una forma de onda. El siguiente análisis se centra en una configuración de recortador negativo, ilustrando cómo un solo diodo y resistencia restringen la señal por debajo de un umbral de voltaje establecido.

Análisis de Operación del Circuito Recortador

El esquema fue generado usando la herramienta de captura Xcircuit, y el netlist SPICE adjunto se exportó automáticamente. Ediciones menores se hicieron al netlist usando editor de texto para insertar el componente diodo.

*SPICE 03437.eps * A K ModelName D1 0 2 diode R1 2 1 1.0k V1 1 0 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran .05m 3m .end

Recortador: recorta pico negativo a –0,7 V.

Semiciclo Positivo

Cuando la onda senoidal de entrada sube a su pico positivo (5 V), el diodo está polarizado inversamente y permanece no conductor. La salida en el nodo 2 simplemente refleja la entrada durante este semiciclo, como muestra la simulación. Para claridad de visualización, el comando "plot v(1)+1" del simulador desplaza la forma de onda de entrada 1 V hacia arriba.

En el gráfico, V(1)+1 es realmente la onda senoidal de 10 V pico-a-pico, desplazada hacia arriba. La salida V(2) se recorta a –0,7 V por el diodo D1.

Semiciclo Negativo

Durante la porción negativa de la onda senoidal, el diodo se polariza directamente y conduce. La entrada se cortocircuita efectivamente a tierra, causando que la salida siga la entrada solo hasta alcanzar el umbral de caída directa del diodo. Para un diodo de silicio, el voltaje directo por defecto es 0,7 V a menos que el modelo se parametrice de otra forma. Diodos de germanio o Schottky recortarán a voltajes menores, verificable contra sus datasheets.

La simulación muestra que el recorte ocurre solo después que la entrada excede –0,7 V; el diodo no conduce durante todo el semiciclo negativo.

Circuito Recortador Simétrico

Añadir un diodo anti-paralelo a la configuración existente produce un recortador simétrico que limita tanto picos positivos como negativos. El siguiente netlist refleja este cambio:

*SPICE 03438.eps D1 0 2 diode D2 2 0 diode R1 2 1 1.0k V1 1 0 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran 0.05m 3m .end

Recortador simétrico: Diodos anti-paralelos recortan picos positivos y negativos, produciendo salida ±0,7 V.

El diodo D1 sujeta el semiciclo negativo a –0,7 V, mientras D2 conduce durante el semiciclo positivo una vez que la entrada supera +0,7 V. El voltaje restante cae a través de la resistencia en serie, asegurando que la salida nunca exceda ±0,7 V.

La simulación confirma el comportamiento de recorte esperado para ambos diodos.

Forma General del Recortador de Diodo

El diseño de recortador de diodo más versátil incorpora referencias de voltaje ajustables para establecer niveles de recorte precisos. Para un diodo de silicio real, la caída directa debe considerarse en los voltajes de referencia. En el ejemplo abajo, D1 comienza conduciendo a 1,3 V + 0,7 V = 2,0 V, y D2 a –2,3 V – 0,7 V = –3,0 V.

*SPICE 03439.eps V1 3 0 1.3 V2 4 0 -2.3 D1 2 3 diode D2 4 2 diode R1 2 1 1.0k V3 1 0 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran 0.05m 3m .end

D1 recorta la entrada a 2 V; D2 recorta a –3 V.

Para recortar solo un lado, simplemente elimine el diodo y fuente de voltaje correspondientes. La siguiente simulación demuestra un recortador que limita el semiciclo positivo a 2 V mientras permite el negativo pasar inalterado.

Recortador con Diodo Zener

Un diodo Zener puede reemplazar tanto al diodo de recorte como al voltaje de referencia DC, proveyendo un nivel de recorte auto-polarizado determinado por el voltaje de ruptura Zener. Esta configuración es especialmente útil en aplicaciones de alto voltaje donde se requiere recorte preciso.

Aplicación Práctica de Circuitos Recortadores

Los circuitos recortadores sirven como dispositivos de protección críticos en muchos sistemas electrónicos. Por ejemplo, al amplificar señales de voz antes de alimentarlas a un transmisor de radio, un recortador evita que la señal amplificada exceda el rango lineal del transmisor. Sobre-excitar el transmisor no solo distorsiona la salida sino que también genera emisiones espurias que pueden interferir con estaciones adyacentes.

El recortador en la figura protege el transmisor limitando excursiones de pico de voltaje causadas por habla fuerte.

Otras aplicaciones comunes incluyen:

• Convertir una onda senoidal en onda cuadrada deliberadamente sobre-excitando un recortador.
• Proteger etapas de entrada de circuitos integrados. En un IC CMOS, los diodos recortadores referencian los rieles 0 V y +5 V, limitando la entrada al rango seguro de operación del dispositivo.
• Usar un par resistencia-diodo con sesgo DC para recortar a un nivel de voltaje arbitrario, técnica empleada en cambio de nivel y acondicionamiento de señal.

Resumen

• Pares resistencia-diodo recortan la señal a un voltaje predeterminado.
• Diodos Si anti-paralelos proveen recorte simétrico a ±0,7 V.
• Terminales de diodo a tierra pueden reemplazarse con sesgo DC para establecer umbrales de recorte arbitrarios.
• Los circuitos recortadores actúan como elementos protectores, impidiendo que señales excedan límites especificados.

Hojas de Trabajo Relacionadas:

• Hoja de Trabajo: Circuitos Recortadores y Sujetadores