Bomba de Diodos u Multiplicador de Tension u Cascada de Vill

Bomba de Diodos u Multiplicador de tension u cascada de Vill Hola a todos se que en mis posts anteriores he prometido una seguidilla de info de microcontroladores y demas pero no me dan los tiempos para realizar todos los experimentos ya que tengo que rendir finales y demas pero bueno ...

Villard Cascade(Bomba de Diodos) Este circuito , definido tambien como Clamper se utiliza para obtener mayores niveles de tension sacrificando corriente y estabilidad de lo que seria su salida u output . Para realizar lo antes mencionado el circuito deve de contar con una entrada de tension en alterna u c.c. pero en frecuencia u pulsos para poder obtener una alta tension en continua . Un Poco de Teoria = Un circuito multiplicador de voltaje es un arreglo de capacitores y diodos rectificadores que se utiliza con frecuencia para generar altos voltajes de Corriente Directa. Este tipo de circuito se utiliza el principio de la carga en paralelo de capacitores, a partir de la entrada de Corriente Alterna y añadiendo voltaje a través de ellos en serie se obtiene voltajes de CD más alto que el voltaje de la fuente. Circuitos individuales de multiplicadores de Voltaje (a menudo llamados etapas) se pueden conectar en serie para obtener aún más altos voltajes de salida.

Para saber que tension tendre a la salida de mi circuito devo multiplicar la salida del transformador multiplicado por la cantidad de etapas que le agregue al circuito . V0*N(etapas)=Vout

Un duplicador de tensión es un circuito electrónico que carga los condensadores de la tensión de entrada y permite alternar estos cargos de tal manera que, en el caso ideal, exactamente el doble de la tensión se produce en la salida como en su entrada. El más simple de estos circuitos son una forma de rectificador que tienen una tensión de CA como entrada y salida de un voltaje de CC duplicado. Los elementos de conmutación son simples diodos y que son accionados para cambiar el estado meramente por la tensión alterna de la entrada. Dobladores de voltaje de CC a CC no puede cambiar de esta manera y requieren un circuito de excitación para controlar la conmutación. Ellos también requieren con frecuencia un elemento de conmutación que

puede ser controlado directamente, tal como un transistor, en lugar de depender de la tensión a través del interruptor como en el caso sencillo de CA a CC. Dobladores de voltaje son una variedad de circuito multiplicador de voltaje. Muchos circuitos doblador de tensión pueden ser vistos como una sola etapa de un multiplicador de orden superior: en cascada etapas idénticas juntos logra una mayor multiplicación de tensión. Rectificadores duplicación de voltaje Circuito de Villard El circuito de Villard consiste simplemente en un condensador y un diodo. A pesar de que tiene la gran ventaja de la simplicidad, su producción tiene características muy pobres onda. Esencialmente, el circuito es un circuito de fijación de diodo. El condensador se carga en los ciclos negativos media a la tensión de pico de CA. La salida es la superposición de la forma de onda de CA de entrada y el de CC constante del condensador. El efecto del circuito es para cambiar el valor de CC de la forma de onda. Los picos negativos de la forma de onda de CA se “sujetan” a 0 V por el diodo, por lo tanto, los picos positivos de la forma de onda de salida son 2Vpk. El pico a pico de la ondulación es una enorme 2Vpk y no se puede alisar a menos que el circuito se desconecta de forma efectiva en una de las formas más sofisticadas. Este es el circuito utilizado para suministrar la alta tensión negativa para el magnetrón en un horno de microondas. Circuito Greinacher El doblador de tensión Greinacher es una mejora significativa sobre el circuito de Villard por un pequeño coste en componentes adicionales. La ondulación se reduce mucho, nominalmente cero bajo condiciones de carga de circuito abierto, pero cuando la corriente está siendo generada depende de la resistencia de la carga y el valor de los condensadores utilizados. El circuito funciona siguiendo una etapa de células Villard con lo que es, en esencia, un detector de pico o de la etapa detector de

envolvente. La célula detector de pico tiene el efecto de eliminar la mayor parte de la ondulación preservando al mismo tiempo la tensión de pico en la salida. Este circuito fue inventado por Heinrich Greinacher en 1913 para proporcionar el 200-300 V que necesitaba para su ionómetro recién inventado, de 110 V de CA suministrada por las centrales de Zurich el momento insuficiente. Más tarde se amplió esta idea en una cascada de multiplicadores. Esta cascada de células Greinacher a menudo erróneamente se refiere como una cascada de Villard. También se conoce como un multiplicador de Cockcroft-Walton después de la máquina de acelerador de partículas construido por John Cockcroft y Ernest Walton, quien redescubrió independientemente del circuito en 1932. El concepto en esta topología se puede extender a un circuito cuadruplicador de tensión mediante el uso de dos células Greinacher de polaridades opuestas expulsados de la misma fuente de CA. La salida se toma a través de las dos salidas individuales. Al igual que con un circuito de puente, es imposible para conectar a tierra de forma simultánea la entrada y la salida de este circuito. Circuito puente El circuito Delon utiliza una topología de puente para la duplicación de tensión. Esta forma de circuito era, al mismo tiempo, que comúnmente se encuentra en el tubo de rayos catódicos de televisión fija en la que se utiliza para proporcionar una eht la alimentación de tensión. Generación de tensiones superiores a 5 kV con un transformador tiene problemas de seguridad en cuanto a equipamiento doméstico y en cualquier caso no es rentable. Sin embargo, la televisión en blanco y negro conjuntos requiere una eht de 10 kV y color fija aún más. Dobladores de voltaje se usaron para ya sea el doble de la tensión en un EHT bobinado en la alimentación del transformador o se aplicaron a la forma de onda en las bobinas del tiempo de retorno de línea. El circuito consta de dos detectores de cresta de onda media, que

funcionan exactamente de la misma manera que la célula detector de pico en el circuito Greinacher. Cada una de las dos células detector de pico opera en medio-ciclos opuestos de la forma de onda entrante. Dado que sus salidas están en serie, la salida es el doble de la tensión de entrada pico. Circuitos de condensadores conmutados Es posible utilizar los circuitos simples diodo-condensador descritos arriba para el doble de la tensión de una fuente de CC precediendo el doblador de tensión con un circuito interruptor. En efecto, este convierte la CC a CA antes de la aplicación para el doblador de tensión. Circuitos más eficientes pueden ser construidos por la conducción de los dispositivos de conmutación de un reloj externo a fin de que ambas funciones, la de cortar y multiplicando, se logran simultáneamente. Tales circuitos son conocidos como circuitos de condensadores conmutados. Este enfoque es especialmente útil en aplicaciones con baterías de baja tensión, donde los circuitos integrados requieren un suministro de tensión mayor que la batería puede suministrar. Con frecuencia, una señal de reloj es fácilmente disponible a bordo se necesita el circuito integrado y poco o nada de circuitos adicionales para generarlo. Conceptual mente, quizás la configuración más simple condensador conmutado es la que se muestra esquemáticamente en la figura 5 – Aquí dos condensadores se cargan simultáneamente a la misma tensión en paralelo. La alimentación se desconecta y los condensadores se conectan en serie. La salida se toma desde el otro lado de los dos condensadores en serie que resulta en una salida doble de la tensión de alimentación. Hay muchos dispositivos de conmutación diferentes que podrían ser utilizados en dicho circuito, pero en los circuitos integrados se emplean frecuentemente dispositivos MOSFET. Otro concepto básico es la bomba de carga, una versión de la que se muestra esquemáticamente en la figura 6 – El condensador de la bomba de carga, CP, se carga primero a la tensión de entrada. Se cambia entonces a cargar el condensador de salida, CO, en serie con el voltaje

de entrada resultante en CO eventualmente se cobran al doble de la tensión de entrada. Pueden pasar varios ciclos antes de la bomba de carga logra cargar completamente CO, pero una vez alcanzado el estado de equilibrio sólo es necesario para la CP para bombear una pequeña cantidad de carga equivalente a la que se suministra a la carga de CO CO Si bien se desconecta bombear la carga que parcialmente los vertidos en la carga resultante de la ondulación de la tensión de salida. Esta ondulación es menor para las frecuencias de reloj más altas ya que el tiempo de descarga es más corta, y también es más fácil de filtrar. Alternativamente, los condensadores se pueden hacer más pequeña para una especificación dada ondulación. La frecuencia de reloj máxima práctica en circuitos integrados está típica mente en los cientos de kHz. Bomba de carga Dickson La bomba de carga Dickson, Dickson o multiplicador, consta de una cascada de diodo/condensador de células con la placa inferior de cada condensador impulsada por un tren de pulsos de reloj. El circuito es una modificación del multiplicador de Cockcroft-Walton, pero toma una entrada de CC con los trenes de reloj que proporciona la señal de conmutación en lugar de la entrada de un AC. El multiplicador Dickson requiere normalmente que las células alternas son expulsados de pulsos de reloj de fase opuesta. Sin embargo, ya que un duplicador de tensión, que se muestra en la figura 7, requiere sólo una etapa de multiplicación sólo se requiere una señal de reloj. El multiplicador de Dickson se emplea con frecuencia en los circuitos integrados en los que la tensión de alimentación es inferior a la requerida por los circuitos. Es ventajoso en la fabricación de circuitos integrados que todos los componentes de semiconductores son de básicamente el mismo tipo. MOSFETs son comúnmente el bloque de lógica estándar en muchos circuitos integrados. Por esta razón, los diodos son a menudo reemplazados por este tipo de transistor, pero conectados a funcionar como un diodo – una disposición denominada diodo MOSFET-cable. La figura 8 muestra un doblador de tensión Dickson utilizando diodo-cable

MOSFET de canal n de tipo de mejora. Hay muchas variaciones y mejoras a la bomba de carga básica Dickson. Muchos de ellos se refieren a la reducción del efecto de la tensión de drenaje-fuente del transistor. Esto puede ser muy significativa si la tensión de entrada es pequeño, tal como una batería de baja tensión. Con elementos de conmutación ideales la salida es un múltiplo entero de la entrada pero con una batería de una sola célula como la fuente de entrada y MOSFET conmuta la salida será mucho menor que este valor ya que gran parte de la tensión se cae a través de los transistores. Para un circuito con componentes discretos del diodo Schottky sería una mejor elección de los elementos de conmutación para su caída muy baja tensión en el estado de. Sin embargo, los diseñadores de circuitos integrados prefieren utilizar el MOSFET fácilmente disponible y compensar sus deficiencias con aumento de la complejidad del circuito. Como un ejemplo, una célula de la batería alcalina tiene una tensión nominal de 1,5 V. Un doblador de tensión utilizando elementos de conmutación ideales con cero caída de tensión de salida será el doble de esta, a saber, 3,0 V. Sin embargo, la caída de tensión de drenaje-fuente de un MOSFET diodo-cable cuando que se encuentra en el estado en debe ser al menos el voltaje de umbral de la puerta que podría ser típicamente 0,9 V. Esta tensión “doblador” sólo tendrá éxito en el aumento de la tensión de salida en alrededor de 0,6 V a 2,1 V. Si la caída de tensión en el transistor de rasado final También se toma en cuenta el circuito puede no ser capaz de aumentar la tensión en todo sin necesidad de utilizar múltiples etapas. Un típico diodo Schottky, por el contrario, podría tener una tensión en estado de 0.3 V. Un doblador de uso de este diodo Schottky dará lugar a una tensión de 2,7 V en la salida. Acoplamiento cruzado conmutación de condensadores Acoplamiento cruzado circuitos de capacidades conmutadas entrar en su cuenta para tensiones de entrada muy bajos. Los equipos inalámbricos impulsado batería puede requerir una batería de célula única de continuar para suministrar energía cuando se ha descargado a menos de

un voltio. Cuando el reloj es baja transistor Q2 está apagado. Al mismo reloj es alta desvío a transistor Q1 que resulta en el condensador C1 se cargará a Vin. Cuando pasa a nivel alto la placa superior de C1 es empujado hasta el doble de Vin. Al mismo tiempo, el interruptor S1 se cierra por lo que este voltaje aparece en la salida. Al mismo tiempo Q2 se activa permitiendo C2 se cargue. En el siguiente medio ciclo se invertirán los papeles: será baja, será alto, S1 y S2 se abren se cierran. Por lo tanto, la salida se suministra con 2Vin alternativamente de cada lado del circuito. La pérdida es baja en este circuito, porque no hay diodo MOSFETcableadas y sus problemas de tensión de umbral asociados. El circuito también tiene la ventaja de que la frecuencia de rizado se duplica debido a que hay efectivamente dos dobladores de voltaje que suministran tanto la salida de fase de los relojes. La desventaja principal de este circuito es que las capacidades parásitas son mucho más significativo que con el multiplicador de Dickson y cuenta para la mayor parte de las pérdidas en este circuito. Desarrollo de la practica

Al medir el voltaje de la señal del canal 1 (amarillo) tenemos que: Delta = 33v

Ahora medimos la señal del canal 2(azul): Delta= 33v

Ahora veremos el semiciclo positivo, en el semiciclo positivo las ondas de entrada, se polariza directo en el diodo 1 cargando el capacitor 1 a Vmax. Así nos queda el circuito:

con el osciloscopio nos da la señal de la siguiente manera:

En el semiciclo negativo tenemos el siguiente circuito, que consta de que se polariza en directo el diodo 2 cargando el capacitor 2 a una vmax(tension pico a pico de la onda de entrada). Al quedar los dos capacitores en serie, las tensiones almacenadas se suman, lograndose asi el duplicador de tension. Este doblador de tension se puede utilizar como fuente bipolar(positiva o negativa) si se conecta tierra o el comun en la union entre ambos capacitores.

En la gráfica las señales observamos:

2da Parte. Realizar mismo circuito sin el inductor. Primeramente procedimos a quitar el inductor quedando el circuito de la siguiente manera:

Le conectamos el osciloscopio con 3 canales, identificándolos como canal 1 color amarillo, canal 2 color azul y canal 3 color rosa.

Procedemos a medir delta en el canal 1 (color amarillo) con los cursores

Ahora hacemos lo propio para canal 2(color azul):

A continuación para el canal 3(color rosa):

Ahora vamos a ver el semiciclo positivo sin el inductor:

Observemos la gráfica que aparece:

Ahora veamos el semiciclo negativo:

Veamos el comportamiento de las señales:

Conclusiones Gracias o por medio de un doblador de tension podemos conseguir pequeñas tensiones en las entradas de los circuitos a pesar de tener el doble de tension en su salida. se utilizan en circuitos donde necesitamos tener una tension elevada, pero que los componentes con los que armamos el circuito no lo soportarian. Al aumentar el numero de capacitores la tension de la salida aumentara ya que por cada capacitor que se sume la tension se multiplicara. Duplicador / doblador de voltaje de media onda

Duplicadores de voltaje Los duplicadores de voltaje producen el doble detensión en DC (corriente directa) de la que podría producir un rectificador común. Se pueden implementar de dos diferentes maneras: duplicadores de media onda y duplicadores de onda completa y en ambos casos lafrecuencia de la tensión de rizado es la misma que la de la tensión de entrada.

En el caso de la rectificación de onda completa en los rectificadores tradicionales, la frecuencia de la tensión de rizado es el doble de la frecuencia de la tensión de entrada. En el circuito doblador de tensión, la tensión que se aplica sobre los diodos, es el doble, por lo que estos deberán soportar el doble de tensión. La característica de tensión de los capacitores dependerán del circuito en particular. La ventaja del duplicador de voltaje de media onda es que tiene una línea, que es común a la entrada y salida (ver el diagrama). Esta línea se puede tomar como común o tierra y se puede conectar al chasis o base metálica del equipo que se desea alimentar. El terminal de tierra o común debe estar bien identificado para no hacer una conexión invertida que puede tener consecuencias desagradables. Si se hiciera así, el chasis o base metálica del equipo estaría conectado al “”.

Funcionamiento del doblador de voltaje de mediaonda

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En el primer semiciclo negativo de la onda de entrada , el diodo D1 conduce permitiendo el paso de la corriente por el capacitor C1, cargándose a una tensión igual al máximo valor de tensión de la tensión de entrada. Si la tensión de entrada , el valor pico de esta entrada es Vmax., entonces este capacitor se carga a esta tensión. En este ciclo el diodo no conduce.

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En el siguiente semiciclo de la tensión de entrada (semiciclo positivo), el diodo D1 está polarizado en inverso y no conduce. El diodo D2 está polarizado en directo y la corriente fluye pasando por el capacitor C1, el diodo D2 y el capacitor C2.

En el inicio del semiciclo negativo, el capatidor C2 está descargado, pero C1 está cargado a Vmax (valor pico de la tensión de entrada). El capacitor C2 se cargará entonces al doble de la tensión pico de la entrada, pues se suman ésta (la tensión pico de entrada y la tensión acumulada que está en el capacitor C1. Importante: En el diagrama se ha supuesto que la tensión de entrada es de 120 voltios en CA (corriente alterna). Para undiseño con alimentación de 220 / 240 voltios hay cambiar los capacitores por otros con características de tensión mayores. También se muestran valores de capacitores y diodos. Tomar en cuenta las notas adicionales en la segunda parte de este tutorial.

Duplicador / Doblador de voltaje de onda completa Diagrama de un duplicador de tensión de onda completa:

El circuito funciona de la siguiente manera: 

En el semiciclo positivo de las onda de entrada, se polariza en directo el diodo D1 cargado el capacitor C1 a una tensión a Vmax. (tensión de pico de la onda de entrada) y la polaridad de la carga queda indicada con la polaridad que se ve en capacitor C1. En este semiciclo está polarizado en inverso y no conduce.

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En el semiciclo negativo, se polariza en directo el diodo 2 cargando el capacitor C2 a una tensión a Vmax (tensión de pico de la onda de entrada) y la polaridad de la carga queda indicada con la polaridad que se ve en capacitor C2.

Al quedar los dos capacitores en serie, las tensiones almacenadas suman, lográndose el duplicador de tensión. Este doblador de tensión se puede utilizar como fuente bipolar (tiene tensión positiva y tensión negativa), si se conecta tierra o el común en la unión entre los dos capacitores. Notas adicionales El rizado: Para poder reducir el rizado de estas fuentes se puede incluir en su salida un filtro RC (ver eldiagrama). La tensión de rizado dependerá de la carga que se tenga.

Si se demanda poca corriente (poca carga) el rizado es pequeño, si se aumenta la carga, el rizado aumenta. Encaso de que se tenga una carga grande se pueden incluir capacitores de mayor valor. Resistor limitador de corriente: En el momento en que estas fuentes son encendidas (ON), la demanda de corriente es muy grande, por lo que se conecta en serie con la entrada del circuito una resistencia de potencia (3W) de 10 ohmios (ver primer y segundo diagramas). Esta demanda de corriente se debe a que cuando el circuito se enciende los capacitores están descargados y se comportan inicialmente como un corto circuito. La resistencia asegura que la máxima corriente, en el encendido, no sea mayor a 17 amperios. I = Vmax / 10 = 169.2 V / 10 = 16.92 Amperios, donde: Vmax = Vpico = 120 x 1.41 = 169.2 voltios y R = 10 ohmios

El principio de un doblador de tensión se puede aplicar para un número cualquiera de multiplicaciones de tensión y permite obtener fuentes de alta tensión de poco amperaje sin dificultad. Importante: En el diagrama se ha supuesto que la tensión de entrada es de 120 voltios en CA (corriente alterna). También se muestran valores de capacitores y diodos. Para un diseño con alimentación de 220 / 240 voltios hay cambiar los capacitores por otros con características de tensión mayores.