Un fijador (o circuito de fijación o pinza ) es un circuito electrónico que fija las excursiones de pico positivas o negativas de una señal a un voltaje definido añadiéndole un voltaje de CC positivo o negativo variable. [2] El fijador no restringe la excursión de pico a pico de la señal (recorte); mueve toda la señal hacia arriba o hacia abajo para colocar sus picos en el nivel de referencia.
Un diodo de sujeción (un tipo simple y común) consta de un diodo , que conduce la corriente eléctrica en una sola dirección y evita que la señal supere el valor de referencia; y un condensador , que proporciona una compensación de CC a partir de la carga almacenada. El condensador forma una constante de tiempo con una carga de resistencia , que determina el rango de frecuencias en las que el fijador será efectivo.
Un circuito de fijación unirá el extremo superior o inferior de una forma de onda a un nivel de voltaje de CC fijo. Estos circuitos también se conocen como restauradores de voltaje de CC. Los circuitos de fijación se pueden construir tanto con polaridades positivas como negativas. Cuando no tienen polarización, los circuitos de fijación fijarán el límite inferior de voltaje (o el límite superior, en el caso de los circuitos de fijación negativos) a 0 voltios. Estos circuitos fijan un pico de una forma de onda a un nivel de CC específico en comparación con una señal acoplada capacitivamente, que oscila alrededor de su nivel de CC promedio.
La red de sujeción es aquella que "sujeta" una señal a un nivel de CC diferente. La red debe tener un condensador, un diodo y, opcionalmente, un elemento resistivo y/o una carga, pero también puede emplear una fuente de CC independiente para introducir un cambio adicional. La magnitud de R y C debe elegirse de manera que la constante de tiempo RC sea lo suficientemente grande para garantizar que el voltaje a través del condensador no se descargue significativamente durante el intervalo en el que el diodo no conduce.
Los circuitos de pinza se clasifican según su funcionamiento: negativos o positivos, y polarizados o no polarizados. Un circuito de pinza positiva (pinza de pico negativo) genera una forma de onda puramente positiva a partir de una señal de entrada; compensa la señal de entrada de modo que toda la forma de onda sea mayor que 0 V. Una pinza negativa es lo opuesto a esto: esta pinza genera una forma de onda puramente negativa a partir de una señal de entrada. Un voltaje de polarización entre el diodo y tierra compensa el voltaje de salida en esa cantidad.
Por ejemplo, una señal de entrada con un valor pico de 5 V (V INpeak = 5 V) se aplica a una pinza positiva con una polarización de 3 V (V BIAS = 3 V), el voltaje de salida pico será:
(La excursión de pico a pico permanece en 10 V.)
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En el ciclo negativo de la señal de entrada de CA, el diodo está polarizado directamente y conduce, cargando el capacitor hasta el valor negativo máximo de V IN . Durante el ciclo positivo, el diodo está polarizado en sentido inverso y, por lo tanto, no conduce. Por lo tanto, el voltaje de salida es igual al voltaje almacenado en el capacitor más el voltaje de entrada, [3] por lo que V OUT = V IN + V INpeak . Esto también se denomina circuito Villard .
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Una pinza negativa no polarizada es lo opuesto a la pinza positiva equivalente. En el ciclo positivo de la señal de entrada de CA, el diodo está polarizado directamente y conduce, cargando el capacitor hasta el valor positivo máximo de V IN . Durante el ciclo negativo, el diodo está polarizado en sentido inverso y, por lo tanto, no conduce. Por lo tanto, el voltaje de salida es igual al voltaje almacenado en el capacitor más el voltaje de entrada nuevamente, por lo que V OUT = V IN − V INpeak .
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Una pinza de tensión con polarización positiva es idéntica a una pinza no polarizada equivalente, pero con la tensión de salida compensada por la cantidad de polarización V BIAS . Por lo tanto, V OUT = V IN + (V INpeak + V BIAS ).
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Una pinza de tensión polarizada negativamente es igualmente idéntica a una pinza no polarizada equivalente, pero con la tensión de salida desplazada en la dirección negativa por la cantidad de polarización V BIAS . Por lo tanto, V OUT = V IN − (V INpeak + V BIAS ).
La figura muestra un circuito de sujeción basado en un amplificador operacional con un voltaje de sujeción de referencia distinto de cero. La ventaja aquí es que el nivel de sujeción se encuentra exactamente en el voltaje de referencia. No hay necesidad de tener en cuenta la caída de voltaje directo del diodo (que es necesaria en los circuitos simples anteriores, ya que esto se suma al voltaje de referencia). El efecto de la caída de voltaje del diodo en la salida del circuito se dividirá por la ganancia del amplificador, lo que dará como resultado un error insignificante. El circuito también tiene una gran mejora en la linealidad con señales de entrada pequeñas en comparación con el circuito de diodo simple y en gran medida no se ve afectado por los cambios en la carga.
La sujeción se puede utilizar para adaptar una señal de entrada a un dispositivo que no puede utilizar el rango de señal de la entrada original o que puede resultar dañado por éste.
Durante la primera fase negativa del voltaje de entrada de CA, el capacitor en un circuito de sujeción positivo se carga rápidamente. A medida que V in se vuelve positivo, el capacitor actúa como un duplicador de voltaje; dado que ha almacenado el equivalente de V in durante el ciclo negativo, proporciona casi ese voltaje durante el ciclo positivo. Esto esencialmente duplica el voltaje visto por la carga. A medida que V in se vuelve negativo, el capacitor actúa como una batería del mismo voltaje de V in . La fuente de voltaje y el capacitor se contrarrestan entre sí, lo que da como resultado un voltaje neto de cero visto por la carga.
En el caso de los condensadores pasivos con un condensador seguido de un diodo en paralelo con la carga, la carga puede afectar significativamente el rendimiento. La magnitud de R y C se elige de modo que la constante de tiempo, , sea lo suficientemente grande como para garantizar que el voltaje a través del condensador no se descargue significativamente durante el intervalo no conductor del diodo. Una resistencia de carga demasiado baja (carga pesada) descargará parcialmente el condensador y hará que los picos de la forma de onda se desvíen del voltaje de fijación deseado. Este efecto es mayor a bajas frecuencias. A una frecuencia más alta, hay menos tiempo entre ciclos para que el condensador se descargue.
El condensador no puede hacerse arbitrariamente grande para superar la descarga de carga. Durante el intervalo de conducción, el condensador debe recargarse. El tiempo que lleva hacer esto está determinado por una constante de tiempo diferente, esta vez determinada por la capacitancia y la impedancia interna del circuito de excitación. Dado que el voltaje pico se alcanza en un cuarto de ciclo y luego comienza a caer nuevamente, el condensador debe recargarse en un cuarto de ciclo. Este requisito requiere un valor bajo de capacitancia.
Los dos requisitos contrapuestos para el valor de la capacitancia pueden ser irreconciliables en aplicaciones con una alta impedancia de excitación y una baja impedancia de carga. En tales casos, se debe utilizar un circuito activo, como el circuito del amplificador operacional descrito anteriormente.
Al utilizar una fuente de tensión y una resistencia, el regulador puede polarizarse para vincular la tensión de salida a un valor diferente. La tensión suministrada al potenciómetro será igual a la desviación desde cero (suponiendo que se trata de un diodo ideal) en el caso de un regulador positivo o negativo (el tipo de regulador determinará la dirección de la desviación). Si se suministra una tensión negativa a un positivo o negativo, la forma de onda cruzará el eje x y se vinculará a un valor de esta magnitud en el lado opuesto. Los diodos Zener también se pueden utilizar en lugar de una fuente de tensión y un potenciómetro, estableciendo así la desviación en la tensión Zener.
Los circuitos de bloqueo eran comunes en los receptores de televisión analógica . Estos aparatos tienen un circuito restaurador de CC, que devuelve el voltaje de la señal de video durante el "porche trasero" del período de supresión de línea (retroceso) a 0 V. La interferencia de baja frecuencia, especialmente el zumbido de la línea eléctrica, inducida en la señal estropea la reproducción de la imagen y, en casos extremos, hace que el aparato pierda la sincronización . Esta interferencia se puede eliminar de manera efectiva mediante este método.
