(diodo fijador). Diodo usado para fijar el voltaje en un cierto punto de un circuito.

Una forma de onda de tensión puede desplazarse añadiendo en serie con ella una fuente de tensión independiente, ya sea constante o dependiente del tiempo. La fijación (clamping) es una operación de desplazamiento, pero la cantidad de este desplazamiento depende de la forma de onda real aplicada a la entrada.

En la figura 1 se muestra un ejemplo de un circuito fijador (clamper circuit). La forma de onda de entrada se desplaza una cantidad suficiente para llevar el valor pico de la señal al valor de referencia $V_B$.

Por lo tanto, la cantidad de desplazamiento es exactamente la necesaria para cambiar el valor máximo original $V_m$ al nuevo valor de fijación $V_B$. De esta manera, la forma de onda queda “fijada” al nivel deseado.

Si la señal de entrada cambia de amplitud, el circuito modifica automáticamente la cantidad de desplazamiento para mantener la salida fijada al nivel de referencia. Así, el circuito fijador proporciona una componente de corriente continua (direct current, dc) que permite establecer el nivel deseado.

FIGURA 1: Circuito fijador básico.

Un circuito fijador está formado por:

• Una batería o fuente de corriente continua (dc voltage source).
• Un diodo (diode).
• Un capacitor (capacitor).
• Una resistencia (resistor).

Los valores del resistor y del capacitor se seleccionan de forma tal que la constante de tiempo (time constant) sea suficientemente grande:

$$ \tau = RC $$

Esto permite que el capacitor se cargue a un valor casi constante y mantenga dicha carga durante gran parte del período de la señal.

Proceso de carga del capacitor

Cuando la tensión de salida intenta superar el nivel $V_B$, el diodo se polariza en directa y comienza a conducir. Durante este intervalo, el capacitor se carga.

En régimen estacionario, la tensión almacenada en el capacitor será:

$$ V_C = V_m - V_B $$

donde:

• $V_C$ = tensión del capacitor
• $V_m$ = valor pico de la señal de entrada
• $V_B$ = tensión de referencia

En la figura 2 se presenta un ejemplo de fijación en cero (zero clamping). En este caso no se utiliza batería externa, por lo que:

$$ V_B = 0 $$

Debido a que el diodo está invertido respecto al circuito anterior, en este caso se fija el valor mínimo de la señal en lugar del máximo.

FIGURA 2: Circuito de fijación en cero.

Para que el circuito funcione correctamente, la tensión del capacitor debe permanecer aproximadamente constante durante cada semiperíodo. Una regla práctica consiste en seleccionar la constante de tiempo RC de manera que sea al menos cinco veces la duración del semiperíodo:

$$ RC \geq 5T/2 $$

o, expresado en forma práctica:

$$ RC \geq 5(t_1-t_0) $$

Con esta condición, el capacitor dispone de menos del 20% del tiempo necesario para cargarse o descargarse durante un semiperíodo, reduciendo considerablemente la distorsión de la señal.

Matemáticamente:

$$ e^{-0.2}\approx0.82 $$

Esto significa que el capacitor mantiene aproximadamente el 82% de su carga durante ese intervalo.

Si la constante de tiempo es demasiado pequeña, la señal de salida comienza a presentar distorsión (distortion), como se observa en la figura 2(c).

Conceptos principales

• La fijación (clamping) desplaza una forma de onda sin alterar significativamente su forma.
• El circuito utiliza un diodo, un capacitor, una resistencia y, en algunos casos, una batería.
• La tensión del capacitor en régimen estacionario es: $$V_C=V_m-V_B$$
• La constante de tiempo debe ser grande para minimizar la distorsión.
• Los fijadores permiten establecer niveles de referencia en circuitos de procesamiento de señales.