Duplicadores de Voltaje

 

Doblador de voltaje La red de la figura 1.78 es un doblador de voltaje de media onda. Durante el semiciclo de voltaje positivo a través del transformador, en el secundario el D 1 conduce (y el diodo D 2 está en corte), cargando el capacitor C1 hasta el voltaje rectificado pico (Vm). El diodo D1 está idealmente en co corto rto durant durante e este este semici semiciclo clo y el voltaj voltaje e de entrad entrada a carga carga al capac capacito itorr C1  hasta Vm  co con n la polaridad que se muestra en la figura 1.79a. Durante el semiciclo negativo del voltaje en el secundario, secund ario, el diodo diodo D1 se corta y el diodo D 2  conduce cargando el capacitor C2. Puesto que el diodo D2 actúa como un corto durante el semiciclo negativo (y el diodo D 1 está abierto), podemos sumar los voltajes alrededor del circuito exterior (véase la figura 1.79b): 1 + V  m = VC2 +  +V  VC  0 -VC 2 m + V  m = 0

VC2 = 2V m

  Figura 1.78 Doblador de voltaje de media onda.

  Figura 1.79 Operación de doblaje que muestra cada semiciclo de operación.

 

En el sigu siguie ient nte e semi semici cicl clo o posi positi tivo vo,, el diod diodo o D2  no es está tá cond conduc ucie iend ndo o y el capa capaci cito torr C2  se desc de scar arga gará rá a tr trav avés és de la carg carga. a. Si no hay hay carg carga a cone conect ctad ada a en el capa capaci cito torr C 2, ambo ambos s capacitores permanecen cargados: C1 a Vm y C2 a 2Vm. Si, como se esperaría, hubiese una carga conectada en la salida del doblador de voltaje, el voltaje en el capacitor C 2 se reduciría durante el semiciclo positivo (en la entrada) y el capacitor se recargaría hasta 2V m durante el semiciclo negativo. La forma de onda de salida en el capacitor C 2 es la correspondiente a una señal de media onda filtrada mediante un filtro con capacitor. El voltaje pico inverso en cada diodo es 2Vm.  Otro circuito circuito doblador doblador es el doblador doblador de onda completa completa de la figura 1.80. Durante el semiciclo semiciclo positivo del voltaje en el secundario del transformador (véase la figura 1.81) el diodo D 2 conduce cargando el capacitor C2 hasta el voltaje pico V2. El diodo D2 no conduce en ese momento.  

Fi Figu gura ra 1.80 1.80 Dobl Doblad ador or de volt voltaj aje e de onda onda completa.  

 

Fi Figu gura ra 1.81 1.81 Medi Medios os ci cicl clos os al alte terna rnado dos s de opera op eraci ción ón para para el dobl doblad ador or de volt voltaj aje e de onda completa.   Durante el semiciclo negativo (véase la figura 1.81) el diodo D 2 conduce cargando el capacitor C2 en tanto que el diodo D 2 no conduce. Si no se extrae corriente de carga del circuito, el voltaje en los capacitores C1  y C2  es 2Vm. Si se extrae corriente de carga del circuito, el voltaje en los capacitores C1  y C2  es el mismo que el que se presenta en un capacitor alimentado por un circuito rectificador de onda completa. Una diferencia consiste en que la capacitancia efectiva corresponde a la de C1 y C2 en serie, que es menor que la capacitancia de C 1 o C2 por separado. El valor más bajo del capacitor producirá una acción de filtrado más pobre que la del circuito filtro de un solo capacitor.   El voltaje pico inverso en cada diodo es 2Vm como ocurre en el circuito filtro con capacitor. En resumen, los circuitos dobladores de media onda o de onda completa proporcionan el doble del voltaje volt aje pico del secundario secundario del transformador, transformador, en tanto que no requieran requieran un transformad transformador or con derivación central y sólo 2V m del VPI nominal para los diodos.   Triplicador y cuadruplicador de voltaje La figura 1.82 muestra una extensión del doblador de voltaje de media onda, el cual desarrolla tres o cuatro veces el voltaje de entrada pico. Debe ser evidente a partir del patrón de la conexión del circuito cómo los diodos y capacitores adicionales pueden conectarse para que el voltaje de salida pueda ser también cinco, seis, siete, etc., veces el voltaje pico básico (Vm).  

Figura 1.82 Triplicador y cuadruplicador de voltaje.   En la operación el capacitor C 1 se carga a través del diodo D1 hasta un voltaje pico, Vm durante el semiciclo positivo del voltaje del secundario del transformador. El capacitor C2 se carga al doble del voltaje pico 2V2 desarrollado por medio de la suma de los voltajes en el capacitor C 1  y el transformador, durante el semiciclo negativo del voltaje del secundario del transformador.   Durant Dur ante e el semici semiciclo clo positivo positivo,, el di diodo odo D3  cond conduc uce e y el volt voltaj aje e en el capa capaci cito torr C2  carga al capacitor capa citor C3  hasta el mismo voltaje 2Vm  pico. En el semiciclo negativo, los diodos D 2  y D4 conducen con el capacitor C3, cargando C4 hasta 2Vm.   El voltaje en el capacitor C 2  es 2Vm  en C1  y C3  es 3Vm y en C2  y C4 corresponden a 4Vm. Si se emplean secciones adicionales de diodo y capacitor, cada capacitor se cargará hasta 2V m. Las mediciones desde la parte superior del devanado del transformador (figura 1.82) producirán múltiplos impares de Vm  en la salida, en tanto que las mediciones desde la parte inferior del transformador del voltaje de salida producirán múltiplos pares del voltaje pico, V m.

 

El valo valorr nomi nomina nall del del tr tran ansf sfor orma mado dorr es sólo sólo Vm  máxi máximo mo,, y cada cada diod diodo o en el circ circuit uito o debe debe especificarse a 2Vm < VPI. Si la carga carga es pequeña y los capacitores tienen fugas fugas pequeñas, este tipo de circuito puede producir voltajes cd extremadamente altos, utilizando muchas secciones para elevar el voltaje de cd.

 

CIRCUITOS CIRC UITOS MULTIPLI MULTI PLICADOR CADORES ES DE VOLTAJE

Muchas Muc has veces veces tenemo tenemos s en nuestra nuestras s manos manos un transfo transforma rmador dor de buena buena calida calidad d y que puede suministr sumini strar ar una ca canti ntidad dad de corrie corriente nte sufici suficient ente e para para ali alimen mentar tar un circui circuito to especí específic fico o que estamos diseñando, pero nos encontramos con la limitante que la tensión de suministro está por debajo de lo que requiere en una cantidad par o impar. Con los circuitos que trataré de explicarles aquí, podrán obtener voltajes aumentados en una proporción de 2, 3, 4, 5, ….n veces, pudiendo llegar a generar altos niveles de voltaje DC. Esto quiere decir por ejemplo, que si poseen un transformador de 12 V AC en el secundario, podrán generar tensiones de 24, 36, 48, … Volt DC. A estos circuitos básicos se le denominan Multiplicadores de Tensión y tienen un sinnúmero de aplicaciones sin la necesidad de utilizar transformadores con devanados centrales. Se basa basan n en la modi modifi fica caci ción ón de los los ci circ rcui uito tos s de fi filt ltro ros s con con cond condens ensad ador or que que casi casi to todo dos s conocemos, y que se utilizan en las fuentes de poder. DOBLADOR DE MEDIA ONDA En la siguiente figura, vemos un Doblador de media onda:

Cuando el circuito es alimentado por el semiciclo positivo de la tensión AC del secundario del transformador, D1 está en conducción y D2 está en corte o “abierto”, por lo que cargará el condensador C1 hasta Vs. La polaridad de la tensión de carga de C1 se muestra en el siguiente circuito equivalente:

Cuando le toca el turno al ciclo negativo de la onda de tensión AC, los diodos cambian su condición en forma opuesta es decir, D1 entra en corte o en no conducción y D2 pasa a modo de cond conduc ucci ción ón.. En esta esta fa fase se,, empi empiez eza a la carg carga a de C2 hast hasta a 2Vs. 2Vs. Veám Veámos oslo lo en un circ circui uito to equivalente:

 

Fíjense que Vs es la tensión rectificada de laKircchoff AC del secundario del transformador. Si hacemos la ecuación de tensiones según tenemos que: Vs+VC1-VC2=0 (VC1 y VC2 son las caídas de tensión en los condensadores) Sustituyendo Vc1 tenemos que: Vs + Vs – VC2=0 con lo que obtenemos que VC2 = 2Vs Cuando conectamos la carga en los terminales, C2 se descargará en el semiciclo positivo de la tensión AC y se recargará a 2Vs en el negativo, suministrando esa tensión a la carga. Las condiciones de diseño serán: Una tensión inversa pico igual a 2Vs para los diodos y una tensión de alimentación de 2Vs al menos para los condensadores. Como Com o señal señal de salida salida obtendre obtendremos mos algo simila similarr a un rectif rectifica icador dor de media media onda onda con fi filtr ltro o condensador. DOBLADOR DE ONDA COMPLETA

Este circuito nos ofrece una salida rectificada de onda completa con filtro condensador.

Aquí también entran en juego las conmutaciones entre corte y conducción de los dos diodos. En el semiciclo positivo de la onda de tensión, el circuito se puede rrepresentar epresentar como el siguiente:

Vemos que C1 se cargará con la polaridad mostrada a Vs. En el ciclo negativo, el circuito será así:

 

cargando C2 a Vs. Vemos que la tensión suministrada a la carga es 2Vs. Al igual que en el doblador de media onda, aquí se requiere que la tensión inversa pico de los diodo sea 2Vs para que no se dañen y los condensadores deberán soportar al menos Vs. Una cosa importante y distintivo en este circuito es que el condensador equivalente que sirve de filtro es igual a la asociación en serie de C1 y C2. La capacitancia equivalente es por consiguiente menor a la del doblador de media onda (si consideramos los valores de C iguales en ambos casos), por lo que el filtrado en Onda Completa será de inferior calidad. Esto será un factor a considerar cuando lo diseñemos. MULTIPLICADOR DE VOLTAJE Ahora vamos a tomar el doblador de media onda y vamos a h hacer acer un multiplicador de voltaje. Veremos que con este simple circuito podremos obtener múltiplos pares e impares de la tensión rectificada del secundario, del condensador C1.

Podemos hacer un análisis del circuito y veremos vere mos que el comportamiento se puede resumir como sigue: 1) Durante el semiciclo positivo de la AC, C1 se carga a Vs a través de D1. 2) Durante el semiciclo negativo de la AC, C2 se carga a 2Vs a través de D2. 3) Durante el semiciclo positivo de la AC, C3 se carga a 2Vs a través de D3 y C2. 4) Durante el semiciclo negativo de la AC, C4 se carga a 2Vs a través de D2, D3 y C3.5) Y así sucesivamente. Vemos que la parte superior del circuito nos proporciona voltajes múltiplos impares y el inferior, voltajes múltiplo pares. Aquí igua Aquí igualm lmen ente te,, los los di diod odos os deber eberán án sopo soport rtar ar una una te tens nsió ión n in inve vers rsa a pico ico de 2Vs. 2Vs. Si lo los s co conde ndensa nsador dores es poseen poseen pocas pocas fugas fugas y son de buena buena calid calidad, ad, podemo podemos s obtener obtener tensio tensiones nes verdaderamente “peligrosas” con este simple dispositivo. Obviamente, la corriente de suministro dependerá del transformador, resistencia interna de los diodos y condensadores, por lo que deberemos aplicar nuestras formulaciones de circuitos para

 

calc calcula ularr la pote potenc ncia ia máxi máxima ma de sumi suminis nistr tro o a la carg carga a al igua iguall que que la corr corrie ient nte e de carg carga. a. Igualmente Igual mente podría necesitarse necesitarse un filtrado filtrado adicional adicional de rizado rizado para filtrar filtrar aun más la tensión tensión de salida. Recuerden que la salida es similar a la obtenida con rectificadores de media onda y onda completa con un filtro condensador.