Moltiplicatori di tensione

I moltiplicatori di tensione sono i circuiti in cui otteniamo una tensione CC molto alta dall'alimentazione a bassa tensione CA, un circuito moltiplicatore di tensione genera tensione in multipli della tensione di ingresso di picco di CA, come se la tensione di picco della tensione CA fosse 5 volt, avremo 15 volt DC in uscita, in caso di circuito Voltage Tripler. Il multimetro legge solo il valore RMS (tensione media radice) della tensione CA, dobbiamo moltiplicare il valore RMS a 1,414 (radice 2), per ottenere il valore di picco.

Generalmente i trasformatori sono lì per aumentare la tensione, ma a volte i trasformatori non sono fattibili a causa delle loro dimensioni e del loro costo. I circuiti moltiplicatori di tensione possono essere costruiti utilizzando pochi diodi e condensatori, quindi sono economici e molto efficaci rispetto ai trasformatori. I circuiti moltiplicatori di tensione sono abbastanza simili ai circuiti raddrizzatori che vengono utilizzati per convertire CA in CC, ma i circuiti moltiplicatori di tensione non solo convertono CA in CC, ma possono anche generare una tensione CC molto ALTA.

Questi circuiti sono molto utili laddove è necessario generare alta tensione CC con bassa tensione CA e bassa corrente, come nei forni a microonde, nei monitor CRT (tubi catodici) in TV e computer. Il monitor CRT richiede alta tensione CC con bassa corrente.

Raddoppiatore di tensione a onda intera

Come indica il nome, la tensione di ingresso viene raddoppiata attraverso questo circuito. Il funzionamento del duplicatore di tensione a onda intera è molto semplice:

Durante il semiciclo positivo dell'onda sinusoidale di CA, il diodo D1 viene polarizzato in avanti e D2 viene polarizzato inversamente, quindi il condensatore C1 si carica attraverso D1, al valore di picco dell'onda sinusoidale (Vpeak). E durante il semiciclo negativo dell'onda sinusoidale, D2 è polarizzato in avanti e D1 è polarizzato, quindi il condensatore C2 si carica attraverso D2, a Vpicco.

Ora entrambi i condensatori sono caricati su Vpeak, quindi otteniamo i 2 Vpeak (Vpeak + Vpeak), tra C1 e C2, senza carico collegato. Prende il nome dal raddrizzatore a onda intera.

Circuito raddoppiatore di tensione a mezza onda

In precedenza abbiamo anche creato il circuito Voltage Doubler, con timer 555 in modalità Astable e una sorgente DC. Questa volta stiamo usando 220 V CA e un trasformatore 9-0-9 per abbassare 220 V CA, in modo da poter dimostrare il moltiplicatore di tensione sulla breadboard.

Durante il primo semiciclo positivo dell'onda sinusoidale (CA), il diodo D1 viene polarizzato in avanti e il condensatore C1 viene caricato attraverso D1. Il condensatore C1 viene caricato fino alla tensione di picco di AC, cioè Vpicco.

Durante il semiciclo negativo dell'onda sinusoidale, il diodo D2 conduce e D1 polarizzato inversamente. D1 blocca la scarica del condensatore C1. Ora il condensatore C2 si carica con la tensione combinata del condensatore C1 (Vpeak) e il picco negativo della tensione AC che è anche Vpicco. Quindi il condensatore C2 si carica fino a 2V di picco volt. Quindi la tensione ai capi del condensatore C2 è due volte la Vpicco di corrente alternata.

Nel successivo ciclo positivo, il condensatore C2 si scarica nel carico, se il carico è collegato, e viene ricaricato nel ciclo successivo. Quindi possiamo vedere che viene caricato in un ciclo e scaricato nel ciclo successivo, quindi la frequenza di ondulazione è uguale alla frequenza del segnale di ingresso, ovvero 50 Hz (rete CA).

Circuito triplicatore di tensione

Per costruire il circuito Tripler di tensione, abbiamo solo bisogno di aggiungere 1 altro diodo e condensatore al circuito del doppiatore di tensione a mezza onda sopra secondo lo schema del circuito sotto.

Come abbiamo visto nel circuito duplicatore di tensione, nel primo semiciclo positivo il condensatore C1 viene caricato a Vpicco e il condensatore C2 viene caricato a 2V picco nel semiciclo negativo.

Ora durante il secondo semiciclo positivo, i diodi D1 e D3 conducono e D2 viene polarizzato inversamente. In questo modo il condensatore C2 carica il condensatore C3 fino alla sua stessa tensione, che è di 2 V di picco.

Ora i condensatori C1 e C3 sono in serie e la tensione su C1 è Vpeak e la tensione su C3 è 2 Vpeak, quindi la tensione attraverso la connessione in serie di C1 e C3 è Vpeak + 2Vpeak = 3 Vpeak, e otteniamo Triple la tensione di Input Vpeak volt.

Circuito quadruplo di tensione

Dato che abbiamo costruito il circuito triplicatore di tensione aggiungendo un diodo e un condensatore nel circuito duplicatore di tensione a mezza onda, ancora una volta dobbiamo solo aggiungere un altro diodo e condensatore al circuito triplicatore di tensione, per costruire il circuito quadruplo di tensione (4 volte la tensione di ingresso).

Abbiamo visto nel circuito Tripler di tensione, quel condensatore C1 caricato a Vpicco nel primo semiciclo positivo, C2 caricato a 2Vpeak in mezzo ciclo negativo e C3 anche caricato a 2Vpicco nel secondo semiciclo positivo.

Ora durante il secondo semiciclo negativo i diodi D2 e D4 conducono e il condensatore C4 viene caricato al picco 2V dal condensatore C3 che è anche a 2 Vpicco. E otteniamo quattro volte Vpeak (4Vpeak), attraverso i condensatori C2 e C4, poiché entrambi i condensatori sono a 2 Vpicco.

Nei circuiti moltiplicatori di tensione, praticamente la tensione non è esattamente il multiplo della tensione di picco, la tensione risultante è inferiore ai multipli a causa di alcune cadute di tensione attraverso i diodi, quindi la tensione risultante sarebbe:

Vout = Moltiplicatore * Vpicco - le tensioni cadono tra i diodi

Lo svantaggio di questo tipo di circuiti moltiplicatori è la frequenza di ondulazione elevata ed è molto difficile uniformare l'uscita, sebbene l'utilizzo del valore elevato dei condensatori possa aiutare a ridurre il rippling. E il vantaggio del circuito è che possiamo generare una tensione molto alta da una fonte di alimentazione a bassa tensione.

Possiamo generare una tensione molto più alta e possiamo ottenere 5 volte, 6 volte, 7 volte e più la tensione della tensione CA di picco, aggiungendo più diodi e condensatori. Possiamo anche generare l'alta tensione negativa semplicemente invertendo la polarità di diodi e condensatori in questo circuito. Teoricamente possiamo moltiplicare la tensione all'infinito ma praticamente non è possibile a causa della capacità dei condensatori, bassa corrente, alta ondulazione e molti altri fattori.

Video:

Appunti:

La tensione non si moltiplicherà istantaneamente, ma aumenterà lentamente e dopo un po 'di tempo verrà impostata su Tre volte della tensione di ingresso.
La tensione nominale dei condensatori dovrebbe essere almeno il doppio della tensione di ingresso.
La tensione di uscita non è esattamente il multiplo della tensione di ingresso di picco, sarà inferiore alla tensione di ingresso.