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 C 1 hasta el voltaje rectificado pico (V m). El diodo D 1 está idealmente en corto corto durant durante e este este semici semiciclo clo y el voltaj voltaje e de entrad entrada a carga carga al capac capacito itorr C 1 hasta Vm con la polaridad que se muestra en la figura 1.79a. Durante el semiciclo negativo del voltaje en el secundario, secundario, el diodo diodo D 1 se corta y el diodo D 2 conduce cargando el capacitor C 2. Puesto que el diodo D 2 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):
-VC2 + VC1 + V m = 0 -VC2 + V 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 siguiente semiciclo positivo, el diodo D 2 no está conduciendo y el capacitor C 2 se descargará a través de la carga. Si no hay carga conectada en el capacitor C 2, ambos capacitores permanecen cargados: C 1 a V m y C 2 a 2V m. 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 doblador es el doblador de onda completa de la figura 1.80. Durante el semiciclo positivo del voltaje en el secundario del transformador (véase la figura 1.81) el diodo D 2 conduce cargando el capacitor C 2 hasta el voltaje pico V 2. El diodo D 2 no conduce en ese momento.
Figura 1.80 Doblador de voltaje de onda completa.
Figura 1.81 Medios ciclos alternados de operación para el doblador de voltaje de onda completa. Durante el semiciclo negativo (véase la figura 1.81) el diodo D 2 conduce cargando el capacitor C 2 en tanto que el diodo D 2 no conduce. Si no se extrae corriente de carga del circuito, el voltaje en los capacitores C 1 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 C 1 y C 2 en serie, que es menor que la capacitancia de C 1 o C 2 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 2V m 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 pico del secundario del transformador, en tanto que no requieran un transformador 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 D 1 hasta un voltaje pico, V m durante el semiciclo positivo del voltaje del secundario del transformador. El capacitor C 2 se carga al doble del voltaje pico 2V 2 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. Durante el semiciclo positivo, el diodo D 3 conduce y el voltaje en el capacitor C 2 carga al capacitor C3 hasta el mismo voltaje 2V m pico. En el semiciclo negativo, los diodos D 2 y D4 conducen con el capacitor C 3, 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 valor nominal del transformador es sólo Vm máximo, y cada diodo en el circuito debe especificarse a 2V m < VPI. Si la carga es pequeña y los capacitores tienen fugas pequeñas, este tipo de circuito puede producir voltajes cd extremadamente altos, utilizando muchas secciones para elevar el voltaje de cd.
CIRCUITOS MULTIPLICADORES DE VOLTAJE
Muchas veces tenemos en nuestras manos un transformador de buena calidad y que puede suministrar una cantidad de corriente suficiente para alimentar un circuito específico 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 basan en la modificación de los circuitos de filtros con condensador que casi todos 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 conducción. En esta fase, empieza la carga de C2 hasta 2Vs. Veámoslo en un circuito equivalente:
Fíjense que Vs es la tensión rectificada de la AC del secundario del transformador. Si hacemos la ecuación de tensiones según Kircchoff 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 señal de salida obtendremos algo similar a un rectificador de media onda con filtro 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 representar 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 hacer 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 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 igualmente, los diodos deberán soportar una tensión inversa pico de 2Vs. Si los condensadores poseen pocas fugas y son de buena calidad, podemos obtener tensiones 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
calcular la potencia máxima de suministro a la carga al igual que la corriente de carga. Igualmente podría necesitarse un filtrado adicional de rizado para filtrar aun más la tensión de salida. Recuerden que la salida es similar a la obtenida con rectificadores de media onda y onda completa con un filtro condensador.
