Multiplicadors de tensió

Els multiplicadors de tensió són els circuits en què obtenim una tensió de CC molt alta a partir de l’alimentació de baixa tensió de CA; un circuit multiplicador de tensió genera voltatge en múltiples de la tensió d’entrada de pic de CA, com si la tensió de pic de la tensió de CA sigui de 5 volt, obtindrem 15 Volt CC a la sortida, en cas de circuit de voltatge triplador. El multímetre només llegeix el valor RMS (voltatge mitjà d’arrel) del voltatge de CA. Hem de multiplicar el valor RMS per 1,414 (arrel 2) per obtenir el valor màxim.

Generalment, hi ha transformadors per augmentar la tensió, però de vegades els transformadors no són factibles per la seva mida i cost. Els circuits multiplicadors de tensió es poden construir utilitzant pocs díodes i condensadors, per tant són de baix cost i molt eficaços en comparació amb els transformadors. Els circuits multiplicadors de tensió són força similars als circuits rectificadors que s’utilitzen per convertir CA a CC, però els circuits multiplicadors de tensió no només converteixen CA a CC, sinó que també poden generar una tensió CC molt alta.

Aquests circuits són molt útils quan cal generar alta tensió de corrent continu amb baixa tensió de corrent altern i es requereix baix corrent, com en forns de microones, monitors CRT (tubs de raigs catòdics) a TV i ordinadors. El monitor CRT requereix una alta tensió de CC amb poc corrent.

Doblador de tensió d’ona completa

Com el seu nom indica, el voltatge d'entrada es duplica a través d'aquest circuit. El funcionament és el duplicador de tensió d’ona completa és molt senzill:

Durant el mig cicle positiu de l'ona sinusoïdal de CA, el díode D1 es polaritza cap endavant i el D2 es polaritza cap a la inversa, de manera que el condensador C1 es carrega a través del D1 fins al valor màxim de l'ona sinusoïdal (Vpeak). I durant el mig cicle negatiu de l'ona sinusoïdal, D2 és esbiaixat cap endavant i D1 venerat esbiaixat, de manera que el condensador C2 es carrega a través del D2 fins a Vpeak.

Ara els dos condensadors es carreguen a Vpeak, de manera que obtenim el 2 Vpeak (Vpeak + Vpeak), a través del C1 i el C2, sense càrrega connectada. Ha rebut el nom del rectificador d’ona completa.

Circuit de duplicador de tensió de mitja ona

Anteriorment, també hem creat un circuit de duplicador de tensió, amb temporitzador 555 en mode Astable i una font de corrent continu. Aquesta vegada, utilitzem el transformador de 220v CA i el transformador 9-0-9 per reduir la tensió de 220v CA, de manera que puguem demostrar el multiplicador de tensió a la taula de treball.

Durant el primer semicicle positiu d'ona sinusoïdal (CA), el díode D1 es polaritza cap endavant i el condensador C1 es carrega a través del D1. El condensador C1 es carrega fins a la tensió màxima de CA, és a dir, Vpeak.

Durant el mig cicle negatiu de l'ona sinusoïdal, el díode D2 condueix i el polaritzat invers D1. D1 bloqueja la descàrrega del condensador C1. Ara, el condensador C2 es carrega amb la tensió combinada del condensador C1 (Vpeak) i el pic negatiu de la tensió de corrent altern que també és Vpeak. Així doncs, el condensador C2 es carrega fins a 2 V de pic de volt. Per tant, el voltatge a través del condensador C2 és dues vegades el pic V de CA.

Al següent cicle positiu, el condensador C2 es descarrega a la càrrega, si la càrrega està connectada, i es recarrega al cicle següent. Així doncs, podem veure que es carrega en un cicle i es descarrega en el cicle següent, de manera que la freqüència d’ondulació és igual a la freqüència del senyal d’entrada, és a dir, 50 Hz (corrent altern).

Circuit tripler de tensió

Per construir el circuit Tripler de tensió, només necessitem afegir un díode i un condensador més al circuit de duplicació de tensió de mitja ona anterior segons el diagrama del circuit següent.

Com hem vist al circuit de duplicador de tensió que, en el primer semicicle positiu, el condensador C1 es carrega a Vpeak i el condensador C2 es carrega a 2Vpeak al semicicle negatiu.

Ara, durant el segon semicicle positiu, el díode D1 i D3 condueix i D2 es polaritza inversament. D'aquesta manera, el condensador C2 carrega el condensador C3 fins a la mateixa tensió que ell mateix, que és de 2 Vpics.

Ara el condensador C1 i C3 estan en sèrie i el voltatge a C1 és Vpeak i el voltatge a C3 és 2 Vpeak, de manera que el voltatge a la connexió en sèrie de C1 i C3 és Vpeak + 2Vpeak = 3 Vpeak, i obtenim el triple de la tensió d’entrada Vpeak volt.

Circuit quàdruple de tensió

Com hem construït el circuit Tripler de tensió afegint un díode i un condensador al circuit de duplicador de tensió de mitja ona, de nou només hem d’afegir un díode i un condensador més al circuit Tripler de tensió, per construir el circuit Quàdruple de tensió (4 vegades el voltatge d’entrada).

Hem vist al circuit Tripler de tensió, que el condensador C1 es va carregar a Vpeak en el primer semicicle positiu, C2 es va carregar a 2Vpeak en mig cicle negatiu i C3 també es va carregar a 2Vpeak en el segon semicicle positiu.

Ara, durant el segon semicicle negatiu, es duu a terme el díode D2 i D4, i el condensador C4 es carrega al 2Vpeak, mitjançant el condensador C3, que també està a 2Vpeak. I obtenim quatre vegades Vpeak (4Vpeak), a través del condensador C2 i C4, ja que tots dos condensadors estan a 2 Vpeak.

Als circuits de multiplicador de tensió, pràcticament el voltatge no és exactament el múltiple de la tensió màxima, la tensió resultant és inferior als múltiples a causa d’alguna caiguda de tensió a través dels díodes, de manera que la tensió resultant seria:

Vout = Multiplicador * Vpeak: les tensions cauen entre els díodes

L’inconvenient d’aquest tipus de circuits multiplicadors és la freqüència d’alta ondulació i és molt difícil suavitzar la sortida, tot i que l’ús del gran valor dels condensadors pot ajudar a reduir l’ondulació. I l’avantatge del circuit és que podem generar molt alt voltatge a partir d’una font d’energia de baixa tensió.

Podem generar una tensió molt més alta i podem obtenir 5 vegades, 6 vegades, 7 vegades i més, la tensió de la tensió màxima de CA, afegint més díodes i condensadors. També podem generar un voltatge negatiu alt només invertint la polaritat de díodes i condensadors d’aquest circuit. Teòricament podem multiplicar la tensió infinitament, però pràcticament no és possible a causa de la capacitat dels condensadors, el baix corrent, l'alta ondulació i molts altres factors.

Vídeo:

Notes:

La tensió no es multiplica instantàniament, però augmentarà lentament i, al cap d’un temps, es posarà al triple del voltatge d’entrada.
La tensió nominal dels condensadors ha de ser com a mínim el doble de la tensió d’entrada.
El voltatge de sortida no és exactament el múltiple de la tensió d’entrada màxima, serà inferior al voltatge d’entrada.