¿Cómo convertir un pulso de onda cuadrada de 0 a 5V en un pulso cuadrado de -500mV a +500mV usando sólo componentes pasivos?

Question

Permítanme comenzar diciendo que no estoy tratando de construir nada específico o útil aquí, sólo tratando de aprender el comportamiento de los circuitos.

¿Es posible convertir un pulso de onda cuadrada de 0 a 5V en un pulso de -500mV a +500mV usando sólo componentes pasivos y donde la única fuente de voltaje disponible es de 5V?

Lo que pretendo es utilizar algunas resistencias y condensadores (e inductores, si es necesario) en los que haya una red de condensadores divisores en la que la mitad de la onda cuadrada termine bajo el potencial de la tierra (presumiblemente debido a uno o dos condensadores de descarga).

Es bastante fácil para mí usar dos condensadores para crear una red divisora para obtener una onda cuadrada de 0 a 500mv o de 0 a 1V, pero en lo que he fallado es en ser capaz de llevar la onda cuadrada por debajo del potencial de la tierra en el LTSpice.

Sé que es posible cambiar simplemente los parámetros de la fuente de voltaje en el LTSpice a pulso de -500mV a +500mV. Eso NO es lo que estoy buscando. Quiero saber cómo hacerlo añadiendo componentes a una fuente de voltaje pulsante de 0V a 5V.

Answer 1

Puedes utilizar un divisor resistivo 5:1 seguido de un condensador de bloqueo de CC. Vas a tener que utilizar un condensador lo suficientemente grande como para obtener la constante de tiempo RC muy por debajo de la frecuencia fundamental de la onda cuadrada.

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Se puede simular para ver las distintas formas de onda y experimentar con los valores y las frecuencias.

Answer 2

Simplemente no es posible (pero con una pequeña excepción, descrita más adelante).

La razón es el tipo de señal que se quiere transformar. Una onda cuadrada consta de bordes muy afilados que hacen que el espectro se extienda a infinitas frecuencias.

Las redes pasivas publicadas por @Dean Franks y @bla añaden un comportamiento de paso bajo. Esto es inevitable debido a las dependencias de los condensadores e inductores.

Para ser menos teórico: Para tener un pulso cuadrado (casi) perfecto con bordes (casi) perfectos necesitas cargar los condensadores o inductores con corrientes muy altas o voltajes altos, que de hecho están limitados en tu red pasiva.

Si sus requisitos no le obligan a tener un pulso cuadrado (casi) perfecto en su salida, las soluciones proporcionadas están bastante bien.

Para volver a la excepción: Puedes deshacerte de tus almacenamientos (condensadores e inductores) si tu aplicación te permite tener diferentes definiciones de voltaje y potenciales eléctricos. En ese caso, su tierra de salida (0V) no debe ser la misma que la tierra de entrada y puede utilizar un simple divisor de tensión. (Tomando el esquema de @Dean Franks y quitando C1)

PS: Esa ha sido mi primera respuesta en el intercambio de pilas. Espero darle a usted y a todos los lectores una respuesta completa a la pregunta del operador y estoy feliz de ser parte de esta gran comunidad de conocimiento.

Answer 3

El primario se conecta entre su señal y 2,5V, viendo una señal de +/-2,5V. A través de la transformación al secundario, esta señal se divide por 5, resultando en una señal de +/-500mV.

¿Cómo se obtienen los 2,5V DC? Si tienes 5V DC disponibles, puedes utilizar un divisor resistivo y amortiguarlo con un condensador (circuito superior). Alternativamente, si tu señal de entrada es exactamente del 50% del ciclo de trabajo, puedes simplemente promediarla (con un divisor resistivo y un condensador de suavización).

Hay dos limitaciones: 1: ambos circuitos requieren un tiempo de estabilización dictado por R y C 2: el transformador tiene que ser adecuado para la frecuencia de los impulsos.