Un multiplicador de voltaje es un circuito rectificador especializado que produce una salida que teóricamente es un entero por la entrada de pico de CA, por ejemplo, 2, 3 o 4 veces la entrada de pico de CA. Por lo tanto, es posible obtener 200 VDC de una fuente de CA de 100 Vpeak utilizando un duplicador, 400 VDC de un cuádruple. Cualquier carga en un circuito práctico reducirá estos voltajes.

Primero repasaremos varios tipos de multiplicadores de voltaje: duplicador de voltaje (onda media y completa), tripler de voltaje y cuádruple de voltaje, luego haremos algunas notas generales sobre la seguridad del multiplicador de voltaje y terminaremos con el multiplicador Cockcroft—Walton.

Duplicador de voltaje

Una aplicación duplicadora de voltaje es una fuente de alimentación de CC capaz de usar una fuente de 240 VCA o 120 VCA. El suministro utiliza un puente de onda completa seleccionado por interruptor para producir aproximadamente 300 VCC a partir de una fuente de 240 VCA. La posición de 120 V del interruptor vuelve a cablear el puente como un duplicador que produce unos 300 VCC a partir de los 120 VCA. En ambos casos, se producen 300 VCC. Esta es la entrada a un regulador de conmutación que produce voltajes más bajos para alimentar, por ejemplo, una computadora personal.

Duplicador de voltaje de media onda

El duplicador de voltaje de media onda en la Figura a continuación (a) se compone de dos circuitos: un clamper en (b) y un detector de picos (rectificador de media onda) en la Figura anterior, que se muestra en forma modificada en la Figura a continuación (c). Se ha añadido C2 a un detector de picos (rectificador de media onda).

El doblador de voltaje de media onda (a) se compone de (b) un clamper y (c) un rectificador de media onda.

Análisis de circuito de Operación de doblador de voltaje de media onda

En referencia a la Figura(b) anterior , cargas C2 a 5 V (4.3 V considerando la caída de diodos) en el medio ciclo negativo de entrada de CA. El extremo derecho está conectado a tierra por el D2 conductor. El extremo izquierdo se carga en el pico negativo de la entrada de CA. Esta es la operación del clamper.

Durante el medio ciclo positivo, el rectificador de media onda entra en juego en la Figura(c) anterior . El diodo D2 está fuera del circuito ya que está sesgado inversamente. C2 está ahora en serie con la fuente de tensión. Tenga en cuenta las polaridades del generador y C2, serie de ayuda. Por lo tanto, el rectificador D1 ve un total de 10 V en el pico de la onda sinusoidal, 5 V desde el generador y 5 V desde C2. D1 conduce la forma de onda v (1) (figura a continuación), cargando C1 al pico de la onda sinusoidal en 5 V CC (figura a continuación v(2)). La forma de onda v (2) es la salida del duplicador, que se estabiliza a 10 V (8.6 V con gotas de diodo) después de algunos ciclos de entrada de onda sinusoidal.

*SPICE 03255.eps C1 2 0 1000p D1 1 2 diode C2 4 1 1000p D2 0 1 diode V1 4 0 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran 0.01m 5m .end 

doblador de Voltaje: v(4) de entrada. v (1) etapa de clamper. etapa rectificadora de media onda v(2), que es la salida duplicadora.

Duplicador de voltaje de onda completa

El duplicador de voltaje de onda completa se compone de un par de rectificadores de media onda apilados en serie. (Figura a continuación) La lista de redes correspondiente se encuentra en la figura a continuación.

Análisis de operación del Duplicador de voltaje de onda completa

El rectificador inferior carga C1 en el medio ciclo negativo de entrada. El rectificador superior carga C2 en el medio ciclo positivo. Cada condensador toma una carga de 5 V (4,3 V considerando la caída de diodos). La salida en el nodo 5 es el total de la serie de C1 + C2 o 10 V (8,6 V con caídas de diodos).

*SPICE 03273.eps *R1 3 0 100k *R2 5 3 100k D1 0 2 diode D2 2 5 diode C1 3 0 1000p C2 5 3 1000p V1 2 3 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran 0.01m 5m .end 

de onda Completa doblador de voltaje consta de dos medio-rectificadores de onda de funcionamiento en la alternancia de las polaridades.

Tenga en cuenta que la figura de salida v(5) a continuación alcanza el valor completo dentro de un ciclo de la excursión de entrada v(2).

de onda Completa doblador de voltaje: v(2)de entrada, v(3) de voltaje en el punto medio, v (5) de voltaje en la salida

Derivando Dobladores de onda completa de rectificadores de media onda

La figura a continuación ilustra la derivación del doblador de onda completa de un par de rectificadores de media onda de polaridad opuesta (a). El rectificador negativo del par se vuelve a dibujar para mayor claridad (b). Ambos se combinan en (c) compartiendo el mismo terreno. En (d) el rectificador negativo se vuelve a cablear para compartir una fuente de voltaje con el rectificador positivo. Esto produce una fuente de alimentación de ±5 V (4,3 V con caída de diodo); sin embargo, 10 V es medible entre las dos salidas. El punto de referencia del suelo se mueve de modo que haya +10 V disponibles con respecto al suelo.

Doblador de onda completa: (a) Par de dobladores, (b) redibujados, (c) compartiendo la tierra, (d) compartiendo la misma fuente de voltaje. e) mover el punto del suelo.

Tripler de voltaje

Un tripler de voltaje (Figura a continuación) se construye a partir de una combinación de un duplicador y un rectificador de media onda (C3, D3). El rectificador de media onda produce 5 V (4,3 V) en el nodo 3. El duplicador proporciona otros 10 V (8,4 V) entre los nodos 2 y 3. para un total de 15 V (12.9 V) en el nodo de salida 2 con respecto a tierra. La lista de redes está en la figura a continuación.

Tripler de voltaje compuesto por duplicador apilado encima de un rectificador de una sola etapa.

Tenga en cuenta que V(3) en la figura a continuación aumenta a 5 V (4,3 V) en el primer medio ciclo negativo. La entrada v (4) se desplaza hacia arriba 5 V (4,3 V) debido a los 5 V del rectificador de media onda. Y 5 V más en v(1) debido a la almeja (C2, D2). D1 carga C1(forma de onda v(2)) al valor máximo de v (1).

*SPICE 03283.eps C3 3 0 1000p D3 0 4 diode C1 2 3 1000p D1 1 2 diode C2 4 1 1000p D2 3 1 diode V1 4 3 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran 0.01m 5m .end 

triplicador de Voltaje: v(3) la mitad de rectificador de onda, v(4) entrada de+ 5 V, v(1) abrazadera, v(2) de la salida final.

Cuádruple de voltaje

Un cuádruple de voltaje es una combinación apilada de dos dobladores que se muestra en la figura a continuación. Cada duplicador proporciona 10 V (8,6 V) para un total de serie en el nodo 2 con respecto a la tierra de 20 V (17,2 V)

La lista de redes se muestra en la Figura a continuación.

Cuádruple de voltaje, compuesto por dos dobladores apilados en serie, con salida en el nodo 2.

Las formas de onda del cuádruple se muestran en la figura a continuación. Hay dos salidas de CC disponibles: v (3), la salida duplicadora, y v(2), la salida cuádruple. Algunos de los voltajes intermedios en las pinzas ilustran que la onda sinusoidal de entrada (no mostrada), que oscila en 5 V, se sujeta sucesivamente en niveles más altos: en v(5), v(4) y v(1). Estrictamente v (4) no es una salida de clamper. Es simplemente la fuente de tensión de CA en serie con la salida v (3) the doubler. None the less, v(1) is a clamped version of v(4)

*SPICE 03441.eps *SPICE 03286.eps C22 4 5 1000p C11 3 0 1000p D11 0 5 diode D22 5 3 diode C1 2 3 1000p D1 1 2 diode C2 4 1 1000p D2 3 1 diode V1 4 3 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran 0.01m 5m .end 

Voltage quadrupler: DC voltage available at v(3) and v(2). Intermediate waveforms: Clampers: v(5), v(4), v(1).

Notes on Voltage Multipliers and Line Driven Power Supplies

Some notes on voltage multipliers are in order at this point. Los parámetros de circuito utilizados en los ejemplos (V= 5 V 1 kHz, C=1000 pf) no proporcionan muchos microamplificadores de corriente. Además, se han omitido las resistencias de carga. La carga reduce los voltajes de los mostrados. Si los circuitos van a ser accionados por una fuente kHz a baja tensión, como en los ejemplos, los condensadores suelen ser de 0,1 a 1,0 µF, de modo que los miliamperios de corriente están disponibles en la salida. Si los multiplicadores se accionan de 50/60 Hz, el condensador es de unos pocos cientos a unos pocos miles de microfarads para proporcionar cientos de miliamperios de corriente de salida. Si se acciona desde el voltaje de línea, preste atención a las clasificaciones de polaridad y voltaje de los condensadores.

Finalmente, cualquier fuente de alimentación impulsada por línea directa (sin transformador) es peligrosa para el experimentador y el equipo de prueba operado por línea. Los suministros de accionamiento directo comerciales son seguros porque los circuitos peligrosos se encuentran en una carcasa para proteger al usuario. Cuando se tapan estos circuitos con condensadores electrolíticos de cualquier voltaje, los condensadores explotarán si se invierte la polaridad. Dichos circuitos deben encenderse detrás de un escudo de seguridad.

Multiplicador Cockcroft-Walton

Un multiplicador de voltaje de dobladores de media onda en cascada de longitud arbitraria se conoce como multiplicador Cockcroft-Walton, como se muestra en la Figura a continuación. Este multiplicador se utiliza cuando se requiere un alto voltaje a baja corriente. La ventaja sobre un suministro convencional es que no se requiere un transformador de alto voltaje costoso– al menos no tan alto como la salida.

Multiplicador de voltaje Cockcroft-Walton x8; salida a v (8).

El par de diodos y condensadores a la izquierda de los nodos 1 y 2 en la Figura anterior constituyen un doblador de media onda. Girando los diodos 45o en sentido contrario a las agujas del reloj, y el condensador inferior 90o hace que parezca la figura anterior (a). Cuatro de las secciones duplicadoras están en cascada a la derecha para un factor de multiplicación teórico x8. El nodo 1 tiene una forma de onda de clamper (no se muestra), una onda sinusoidal desplazada hacia arriba en 1x (5 V). Los otros nodos impares son ondas sinusales sujetas a voltajes sucesivamente más altos. El nodo 2, la salida del primer duplicador, es un voltaje de CC v(2) de 2x en la figura a continuación. Los sucesivos pares de nodos cargo sucesivamente de alto voltaje: v(4), v(6), v(8)

D1 7 8 diode C1 8 6 1000p D2 6 7 diode C2 5 7 1000p D3 5 6 diode C3 4 6 1000p D4 4 5 diode C4 3 5 1000p D5 3 4 diode C5 2 4 1000p D6 2 3 diode D7 1 2 diode C6 1 3 1000p C7 2 0 1000p C8 99 1 1000p D8 0 1 diode V1 99 0 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran 0.01m 50m .end 

la ecuación de Cockcroft-Walton (x8) formas de onda. La salida es v (8).

Sin caídas de diodos, cada doblador produce 2V o 10 V, considerando que dos caídas de diodos(10-1, 4) = 8.6 V es realista. Para un total de 4 dobladores, se espera que 4 * 8.6 = 34.4 V de 40 V.

Figura de consultoría anterior, v(2) es más o menos correcto; sin embargo, v(8) es <30 V en lugar de los 34,4 V previstos.La pesadilla del multiplicador Cockcroft-Walton es que cada etapa adicional agrega menos que la etapa anterior. Por lo tanto, existe un límite práctico al número de etapas. Es posible superar esta limitación con una modificación del circuito básico. También tenga en cuenta la escala de tiempo de 40 mseg en comparación con 5 ms para circuitos anteriores. Se necesitaron 40 mseg para que los voltajes subieran a un valor de terminal para este circuito. La lista de redes de la figura anterior tiene un «.comando tran 0.010 m 50m» para extender el tiempo de simulación a 50 mseg; sin embargo, solo se trazan 40 mseg.

El multiplicador Cockcroft-Walton sirve como una fuente de alto voltaje más eficiente para tubos fotomultiplicadores que requieren hasta 2000 V. Además, el tubo tiene numerosos dinodos, terminales que requieren conexión a los nodos «pares» de menor voltaje. La serie de grifos multiplicadores reemplaza un divisor de tensión resistivo generador de calor de diseños anteriores.

Un multiplicador Cockcroft-Walton operado por línea de CA proporciona alto voltaje a» generadores de iones » para neutralizar la carga electrostática y para purificadores de aire.

Revisión del Multiplicador de voltaje:

• Un multiplicador de voltaje produce un múltiplo de CC (2,3,4, etc.) de la tensión de entrada de pico de CA.
• El multiplicador más básico es un doblador de media onda.
• El doble de onda completa es un circuito superior como doblador.
• Un tripler es un duplicador de media onda y una etapa rectificadora convencional (detector de picos).
• Un cuádruple es un par de dobladores de media onda
• Una larga cadena de dobladores de media onda se conoce como multiplicador Cockcroft-Walton.

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

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