Al resolver problemas de circuitos, hay momentos en los que es necesario alejarse del uso de transformadores para aumentar el voltaje de salida. La razón de esto suele ser la imposibilidad de incluir convertidores elevadores en los dispositivos debido a sus indicadores de peso y tamaño. En tal situación, la solución es usar un circuito multiplicador.
Definición del multiplicador de voltaje
Un dispositivo, que significa multiplicador de electricidad, es un circuito que te permite convertir voltaje AC o pulsante a DC, pero de un valor más alto. El aumento en el valor del parámetro a la salida del dispositivo es directamente proporcional al número de etapas del circuito. El multiplicador de voltaje más elemental que existe fue inventado por los científicos Cockcroft y W alton.
Los capacitores modernos desarrollados por la industria electrónica se caracterizan por su tamaño pequeño y su capacitancia relativamente grande. Esto hizo posible reconstruir muchos circuitos e introducir el producto en diferentes dispositivos. Se ensambló un multiplicador de voltaje en diodos y capacitores conectados en su propio orden.
Además de la función de aumentar la electricidad, los multiplicadores la convierten simultáneamente de CA a CC. Esto es conveniente porque el conjunto de circuitos del dispositivo se simplifica y se vuelve más fiable y compacto. Con la ayuda del dispositivo, se puede lograr un aumento de hasta varios miles de voltios.
Dónde se utiliza el dispositivo
Los multiplicadores han encontrado su aplicación en varios tipos de dispositivos, estos son: sistemas de bombeo láser, dispositivos de radiación de ondas de rayos X en sus unidades de alto voltaje, para retroiluminación de pantallas de cristal líquido, bombas de tipo iónico, lámparas de ondas viajeras, ionizadores de aire, sistemas electrostáticos, aceleradores de partículas, fotocopiadoras, televisores y osciloscopios con cinescopios, así como donde se requiere electricidad de CC de alta y baja corriente.
El principio del multiplicador de voltaje
Para entender cómo funciona el circuito, es mejor observar el funcionamiento del llamado dispositivo universal. Aquí el número de etapas no se especifica exactamente y la electricidad de salida se determina mediante la fórmula: nUin=Uout, donde:
- n es el número de etapas del circuito presentes;
- Uin es el voltaje aplicado a la entrada del dispositivo.
En el momento inicial, cuando la primera, digamos, media onda positiva llega al circuito, el diodo de la etapa de entrada la pasa a su capacitor. Este último se carga a la amplitud de la electricidad entrante. Con un segundo negativomedia onda, el primer diodo se cierra y el semiconductor de la segunda etapa lo deja ir a su capacitor, que también está cargado. Además, el voltaje del primer condensador, conectado en serie con el segundo, se suma al último y la salida de la cascada ya es el doble de electricidad.
Lo mismo sucede en cada etapa subsiguiente: este es el principio de un multiplicador de voltaje. Y si observa la progresión hasta el final, resulta que la electricidad de salida excede la entrada por un cierto número de veces. Pero como en un transformador, la intensidad de la corriente aquí disminuirá con un aumento en la diferencia de potencial: la ley de conservación de la energía también funciona.
Esquema para construir un multiplicador
Toda la cadena del circuito se ensambla a partir de varios eslabones. Un enlace del multiplicador de voltaje en el capacitor es un rectificador de tipo media onda. Para obtener el dispositivo, es necesario tener dos enlaces conectados en serie, cada uno de los cuales tiene un diodo y un condensador. Tal circuito es un duplicador de electricidad.
La representación gráfica del dispositivo multiplicador de voltaje en la versión clásica se ve con la posición diagonal de los diodos. La dirección de encendido de los semiconductores determina qué potencial, negativo o positivo, estará presente en la salida del multiplicador en relación con su punto común.
Al combinar circuitos con potenciales negativos y positivos, se obtiene un circuito doblador de voltaje bipolar a la salida del dispositivo. Una característica de esta construcción es que si mides el nivelelectricidad entre el polo y el punto común y excede el voltaje de entrada por 4 veces, entonces la magnitud de la amplitud entre los polos aumentará por 8 veces.
En el multiplicador, el punto común (que está conectado al cable común) será aquel donde la salida de la fuente de alimentación está conectada a la salida de un capacitor agrupado con otros capacitores conectados en serie. Al final de ellos, la electricidad de salida se toma en elementos pares, con un coeficiente par, en capacitores impares, respectivamente, con un coeficiente impar.
Condensadores de bombeo en el multiplicador
En otras palabras, en el dispositivo del multiplicador de voltaje constante, hay un cierto proceso transitorio de configuración del parámetro de salida correspondiente al declarado. La forma más fácil de ver esto es duplicando la electricidad. Cuando, a través del semiconductor D1, el capacitor C1 se carga por completo, luego, en la siguiente media onda, junto con la fuente de electricidad, carga simultáneamente el segundo capacitor. C1 no tiene tiempo de ceder completamente su carga a C2, por lo que la salida no tiene inicialmente una diferencia de potencial doble.
En la tercera media onda, el primer condensador se recarga y luego aplica un potencial a C2. Pero el voltaje en el segundo capacitor ya tiene una dirección opuesta al primero. Por lo tanto, el capacitor de salida no está completamente cargado. Con cada nuevo ciclo, la electricidad en el elemento C1 tenderá a la entrada, el voltaje C2 se duplicará en tamaño.
Cómocalcular multiplicador
Al calcular el dispositivo de multiplicación, es necesario partir de los datos iniciales, que son: la corriente requerida para la carga (In), el voltaje de salida (Uout), el coeficiente de ondulación (Kp). El valor mínimo de capacitancia de los elementos del capacitor, expresado en uF, está determinado por la fórmula: С(n)=2, 85nIn/(KpUout), donde:
- n es el número de veces que se incrementa la electricidad de entrada;
- In - corriente que fluye en la carga (mA);
- Kp – factor de pulsación (%);
- Uout - voltaje recibido en la salida del dispositivo (V).
Al aumentar dos o tres veces la capacitancia obtenida por los cálculos, se obtiene el valor de la capacitancia del capacitor en la entrada del circuito C1. Este valor del elemento le permite obtener inmediatamente el valor total del voltaje en la salida y no esperar hasta que haya pasado una cierta cantidad de períodos. Cuando el trabajo de la carga no depende de la tasa de aumento de la electricidad a la salida nominal, la capacitancia del capacitor puede tomarse idéntica a los valores calculados.
Lo mejor para la carga si el factor de ondulación del multiplicador de tensión del diodo no supera el 0,1 %. La presencia de ondulaciones de hasta el 3% también es satisfactoria. Todos los diodos del circuito se seleccionan a partir del cálculo para que puedan soportar libremente una intensidad de corriente del doble de su valor en la carga. La fórmula para calcular el dispositivo con alta precisión se ve así: nUin - (In(n3 + 9n2/4 + n/2)/(12 f C))=Uout, donde:
- f – frecuencia de voltaje en la entrada del dispositivo (Hz);
- C - capacitancia del capacitor (F).
Beneficios ydesventajas
Hablando de las ventajas del multiplicador de voltaje, podemos señalar lo siguiente:
La capacidad de obtener cantidades significativas de electricidad en la salida: cuantos más eslabones haya en la cadena, mayor será el factor de multiplicación
- Simplicidad de diseño: todo se ensambla en enlaces estándar y elementos de radio confiables que rara vez fallan.
- Peso: la ausencia de elementos voluminosos, como un transformador de potencia, reduce el tamaño y el peso del circuito.
La mayor desventaja de cualquier circuito multiplicador es que es imposible obtener una gran corriente de salida para alimentar la carga.
Conclusión
Elegir un multiplicador de voltaje para un dispositivo en particular. es importante saber que los circuitos balanceados tienen mejores parámetros en cuanto a ondulación que los no balanceados. Por lo tanto, para dispositivos sensibles es más conveniente utilizar multiplicadores más estables. Asimétrico, fácil de hacer, contiene menos elementos.
