Limitador

Diverses formes d'ones.

Un limitador o retallador és un circuit que, mitjançant l'ús de resistències i díodes, permet eliminar tensions que no ens interessin perquè no arribin a un determinat punt d'un circuit. Mitjançant un limitador es oot aconseguir que, a un determinat circuit, arribin únicament tensions positives o solament negatives, no obstant això això també es pot fer amb un sol díode formant un rectificador de mitja ona, de manera que aquesta article es limitarà a un tipus de limitador que no permet que arribin tensions a un circuit, les quals que podrien ser perjudicials per a aquest.

Retallador sense polarització

En un cas com en el de la figura, no interessa que arribin al circuit que protegim tensions superiors a 0.7 V, tant positiives com negatives (en aquest cas l'element que protegim és la resistència de càrrega RL). Muntant els dos díodes i la resistència limitadora com es veu en la figura, s'aconsegueix que qualsevol tensió que excedeixi de 0.7 V o disminueixi de -0.7 V, es vegi retallada pels díodes. Aquests 0.7 V són la barrera de potencial del díode. Cal tenir en compte que la resistència limitadora (Rlim) és molt de menor que la resistència de càrrega (RL), d'aquesta manera la tensió que cau en la resistència limitadora és pràcticament nul·la i sense importància.

Encara que la resistència limitadora pugui semblar innecessària, és important d'entendre que en realitat és part imprescindible del limitador, puix que si no hi fos connectada, en polaritzar-se un dels díodes directament (els dos díodes no poden ser polaritzats directament al mateix temps), aquest començaria a conduir el corrent elèctric sense control i es destruiria. Com el seu propi nom indica, la resistència limitadora té com a funció limitar el corrent que travessa els díodes.

D'aquesta manera, si la tensió d'entrada supera per qualsevol motiu els 0.7 V el díode D1 restarà polaritzat directament i retallarà l'excés de tensió. D'igual manera, quan la tensió d'entrada disminueixi de -0.7 V, el díode D2 restarà polaritzat directament i retallarà l'excés de tensió que podria danyar la càrrega.

Retallador polaritzat

Moltes vegades no ens interessa que els díodes limitin les tensions d'entrada als 0.7 V o als -0.7 V. Per exemple, pot ser que el que se cerca és que en l'entrada no arribin tensions superiors als 10 V o inferiors als -10 V (aquestes tensions són aleatòries, nosaltres triem les que més ens interessin), en aquest cas no podem usar el circuit abans esmentat, ara hi ha menester d'un limitador polaritzat. L'única diferència respecte a l'anterior limitador és que en aquest cas polaritzarem els díodes amb bateries, a fi que sigui necessària una tensió d'entrada superior a 0.7 V perquè els díodes es polaritzin directament.

Si el que se cerca és que la tensió en la càrrega no sigui superior a 10 V ni inferior a -10 V, muntarem el següent circuit.

Com funciona el circuit:

• Quan la tensió d'entrada es manté dins dels seus límits normals, això és, entre 10 V i -10 V, cap dels díodes no fa res.
• En el moment en què la tensió és superior als 10.7 V (els 10 V de la bateria més els 0.7 V de la barrera de potencial del díode), el díode D1 resta polaritzat directament i comença a conduir, d'aquesta forma no permet que la tensió en la càrrega augmenti.
• Si la tensió d'entrada disminueix dels -10.7 V, en aquest cas és el díode D2 el que es polaritza directament i comença a conduir, la qual cosa no permet que la tensió en la càrrega disminueixi fins a nivells perillosos.

Cal destacar que en lloc de bateries, també es podrien connectar díodes zener polaritzades inversament la tensió Zener dels quals fos igual a la de les bateries que s'hagin de col·locar. A més les dues bateries o díodes zener no tenen per què tenir el mateix potencial, tot depèn de quins nivells de tensió vulguem protegir el circuit. És molt important tenir en compte que, en aquest últim cas, en el qual volem retallar de manera diferent el semicicle positiu i el negatiu, s'ha de tenir la precaució que la segona font sigui méx gran que la primera. La primera no pot ser més gran que la segona, doncs, posat el cas en el qual tots dos díodes es tanquin, cosa que pot passar si (Vaig veure-I.Rlim)>E1 (i per tant si E1>E2, (Vaig veure-I.Rlim)>E2), amb el que tots dos díodes estan en polarització directa, o curtcircuitats, i l'E1 provarà de portar a E2 al potencial que aquesta posseeix, amb la qual cosa es destruirà la bateria.

Formes d'ona

Ara estudiarem més a fons què és el que fa el limitador estudiant les diferents formes d'ona de la tensió en l'entrada i en la càrrega, en el cas concret en el qual la nostra càrrega no suporta tensions majors de 10 V o menors de -10 V.

Imaginem que alimentem el circuit amb una tensió d'entrada Vaig veure senoidal de 30 V eficaços, en el dibuix és la línia sinusoidal de color verd. Aquesta tensió d'entrada té pics el valor dels quals aconsegueix els 42 i -42 V respectivament. El cas és que si aquests valors de tensió arribessin a la càrrega aquesta seria danyada o es destruiria.

Per a evitar que això ocorri, connectem la resistència limitadora, els díodes i les bateries o díodes zener, com hem vist abans.

• Estudiem quan comença a conduir el díode D1:

La bateria que va connectada al díode D1 polaritza el seu càtode a 10 V, considerant el díode ideal, començarà a conduir quan la tensió en el seu ànode sigui major que en el seu càtode, això passa tan sols quan la tensió d'entrada és superior a 10 V.

Quan Vi veure supera els 10 V, es converteix en una tensió perillosa per a la càrrega RL, no obstant això en aquest mateix moment la tensió en l'ànode del díode D1 comença a ser superior que la tensió en el seu càtode, amb el que el díode D1 resta polaritzat directament i comença a conduir el corrent elèctric, a partir d'aquest moment la tensió sobrant de la tensió d'entrada Vi veure es veu retallada i no pot arribar a la càrrega tal com es veu en la figura de la dreta.

• Estudiem quan comença a conduir el díode D2:

Aquest cas és igual a l'anterior. La bateria polaritza l'ànode de D2 a -10 V. Quan la tensió d'entrada Vaig veure és més baixa del que la càrrega pot suportar (en el nostre cas menor que -10 V), el càtode del díode D2 queda a un potencial menor que -10 V, amb el que el díode es polaritza directament i retalla en aquest cas, les tensions negatives d'entrada que podrien resultar perjudicials per a la càrrega, tal com es pot veure en el gràfic.