Multiplicadores de voltaje

Los multiplicadores de voltaje son los circuitos en los que obtenemos un voltaje de CC muy alto del suministro de voltaje de CA bajo, un circuito multiplicador de voltaje genera voltaje en múltiplos del voltaje de entrada máximo de CA, como si el voltaje máximo de voltaje de CA es de 5 voltios, obtendremos 15 voltios CC en la salida, en caso de circuito Triplicador de voltaje. El multímetro solo lee el valor RMS (voltaje medio de la raíz) del voltaje de CA, necesitamos multiplicar el valor RMS a 1.414 (raíz 2) para obtener el valor pico.

Generalmente, los transformadores están ahí para aumentar el voltaje, pero a veces los transformadores no son factibles debido a su tamaño y costo. Los circuitos multiplicadores de voltaje se pueden construir usando pocos diodos y condensadores, por lo que son de bajo costo y muy efectivos en comparación con los transformadores. Los circuitos multiplicadores de voltaje son bastante similares a los circuitos rectificadores que se utilizan para convertir CA en CC, pero los circuitos multiplicadores de voltaje no solo convierten CA en CC, sino que también pueden generar un voltaje CC muy ALTO.

Estos circuitos son muy útiles donde se necesita generar alto voltaje de CC con bajo voltaje de CA y se requiere baja corriente, como en hornos microondas, monitores CRT (tubos de rayos catódicos) en TV y computadoras. El monitor CRT requiere un alto voltaje de CC con baja corriente.

Duplicador de voltaje de onda completa

Como su nombre lo indica, el voltaje de entrada se duplica a través de este circuito. La operación es duplicador de voltaje de onda completa es muy simple:

Durante el semiciclo positivo de la onda sinusoidal de CA, el diodo D1 se polariza hacia adelante y el D2 se polariza hacia atrás, por lo que el condensador C1 se carga a través del D1, al valor máximo de la onda sinusoidal (Vpico). Y durante el semiciclo negativo de la onda sinusoidal, D2 está polarizado hacia adelante y D1 reverenciado polarizado, por lo que el condensador C2 se carga a través del D2, a Vpeak.

Ahora ambos condensadores están cargados a Vpeak, por lo que obtenemos 2 Vpeak (Vpeak + Vpeak), a través de C1 y C2, sin carga conectada. Lleva el nombre del rectificador de onda completa.

Circuito duplicador de voltaje de media onda

Anteriormente también hemos creado el circuito Voltage Doubler, con temporizador 555 en modo Astable y una fuente de CC. Esta vez estamos usando 220v AC y un transformador 9-0-9 para reducir 220v AC, de modo que podamos demostrar el multiplicador de voltaje en la placa de pruebas.

Durante el primer semiciclo positivo de la onda sinusoidal (CA), el diodo D1 se polariza hacia adelante y el condensador C1 se carga a través del D1. El condensador C1 se carga hasta el voltaje máximo de CA, es decir, Vpeak.

Durante el semiciclo negativo de la onda sinusoidal, el diodo D2 conduce y el D1 tiene polarización inversa. D1 bloquea la descarga del condensador C1. Ahora, el condensador C2 se carga con el voltaje combinado del condensador C1 (Vpeak) y el pico negativo del voltaje de CA que también es Vpeak. Entonces, el condensador C2 carga hasta 2Vpeak volt. Por lo tanto, el voltaje a través del capacitor C2 es dos veces el pico V de CA.

En el siguiente ciclo positivo, el condensador C2 se descarga en la carga, si la carga está conectada, y se recarga en el siguiente ciclo. Entonces podemos ver que se carga en un ciclo y se descarga en el siguiente ciclo, por lo que la frecuencia de ondulación es igual a la frecuencia de la señal de entrada, es decir, 50 Hz (red de CA).

Circuito triplicador de voltaje

Para construir el circuito Tripler de voltaje, solo necesitamos agregar 1 diodo y capacitor más al circuito Duplicador de voltaje de media onda anterior de acuerdo con el diagrama de circuito a continuación.

Como hemos visto en el circuito duplicador de voltaje, en el primer semiciclo positivo, el capacitor C1 se carga a Vpeak y el capacitor C2 se carga a 2Vpeak en el semiciclo negativo.

Ahora, durante el segundo semiciclo positivo, los diodos D1 y D3 conducen y D2 se polariza inversamente. De esta manera, el condensador C2 carga el condensador C3 hasta el mismo voltaje que él mismo, que es 2 Vpico.

Ahora el condensador C1 y C3 están en serie y el voltaje en C1 es Vpeak y el voltaje en C3 es 2 Vpeak, por lo que el voltaje en la conexión en serie de C1 y C3 es Vpeak + 2Vpeak = 3 Vpeak, y obtenemos el triple del voltaje de entrada Vpeak volt.

Circuito cuádruple de voltaje

Como hemos construido un circuito Triplicador de voltaje agregando un diodo y capacitor en el circuito duplicador de voltaje de media onda, nuevamente solo necesitamos agregar un diodo y capacitor más al circuito Triplicador de voltaje, para construir el circuito cuádruple de voltaje (4 veces el voltaje de entrada).

Hemos visto en el circuito Tripler de voltaje, que el capacitor C1 cargado a Vpeak en el primer semiciclo positivo, C2 cargado a 2Vpeak en el semiciclo negativo y C3 también cargado a 2Vpeak en el segundo semiciclo positivo.

Ahora, durante el segundo semiciclo negativo, los diodos D2 y D4 conducen, y el condensador C4 se carga al pico de 2 V mediante el condensador C3, que también está en pico de 2 V. Y obtenemos cuatro veces Vpeak (4Vpeak), a través del capacitor C2 y C4, ya que ambos capacitores están a 2 Vpeak.

En los circuitos multiplicadores de voltaje, prácticamente el voltaje no es exactamente el múltiplo del voltaje pico, el voltaje resultante es menor que los múltiplos debido a una caída de voltaje en los diodos, por lo que el voltaje resultante sería:

Vout = Multiplicador * Vpeak - los voltajes caen a través de los diodos

La desventaja de este tipo de circuitos multiplicadores es la alta frecuencia de ondulación y es muy difícil suavizar la salida, aunque el uso de condensadores de gran valor puede ayudar a reducir la ondulación. Y la ventaja del circuito es que podemos generar un voltaje muy alto a partir de una fuente de alimentación de bajo voltaje.

Podemos generar un voltaje mucho más alto y obtener 5 veces, 6 veces, 7 veces y más, el voltaje del voltaje de CA pico, agregando más diodos y capacitores. También podemos generar el voltaje negativo alto simplemente invirtiendo la polaridad de los diodos y condensadores en este circuito. Teóricamente podemos multiplicar el voltaje infinitamente, pero prácticamente no es posible debido a la capacitancia de los capacitores, baja corriente, alta ondulación y muchos otros factores.

Vídeo:

Notas:

• El voltaje no se multiplicará instantáneamente, pero aumentará lentamente y, después de un tiempo, se establecerá en tres veces el voltaje de entrada.
• La clasificación de voltaje de los capacitores debe ser al menos el doble del voltaje de entrada.
• El voltaje de salida no es exactamente el Múltiplo del voltaje de entrada pico, será menor que el voltaje de entrada.