2 Circuitos dobladores de voltaje fáciles discutidos

En este artículo aprendemos a hacer un par de circuitos dobladores de voltaje simples de CC a CC utilizando un solo IC 4049 y IC 555 junto con algunos otros componentes pasivos.

Si te preguntas cómo se puede utilizar un simple IC 555 para hacer un potente circuito doblador de tensión, entonces este artículo te ayudará a entender los detalles y construir el diseño en casa.

¿Qué es un doblador de tensión

Un doblador de tensión es un circuito que utiliza sólo diodos y condensadores para elevar una tensión de entrada en una salida de tensión más alta, el doble de la magnitud de la entrada.

Si usted es nuevo en el concepto de duplicador de voltaje y desea aprender el concepto en profundidad, tenemos un buen artículo elaborado en este sitio web que explica diferentes circuitos multiplicadores de voltaje para su referencia.

El concepto de multiplicador de voltaje fue descubierto por primera vez y utilizado prácticamente por los físicos británicos e irlandeses John Douglas Cockcroft y Ernest Thomas Sinton Walton, por lo que también se llama el generador Cockcroft-Walton (CW).

Un buen ejemplo de diseño de un multiplicador de tensión puede estudiarse a través de este artículo que explota el concepto para generar aire ionizado para purificar el aire en los hogares.

Un circuito duplicador de tensión es también una forma de multiplicador de tensión en la que la etapa de diodo/capacitor está restringida a un par de etapas solamente, de modo que se permite que la salida produzca una tensión que puede ser el doble de la tensión de alimentación.

Dado que todos los circuitos multiplicadores de tensión requieren obligatoriamente una entrada de CA o una entrada pulsante, un circuito oscilador se vuelve esencial para lograr los resultados.

Detalles del pinout del IC 555

Diagrama del circuito del duplicador de voltaje usando el IC 555

Respecto al ejemplo anterior, podemos ver un circuito del IC 555 configurado como una etapa de multivibrador astable, que es en realidad una forma de oscilador, y está diseñado para producir una CC pulsante (ON/OFF) en su pin de salida#3.

Si usted recuerda, habíamos discutido un circuito de la antorcha del LED en este sitio web, que bastante idéntica utiliza un circuito duplicador de voltaje, aunque la sección del oscilador se crea utilizando un IC 4049 puertas.

Básicamente, usted puede reemplazar la etapa de IC 555 con cualquier otro circuito oscilador y todavía obtener el efecto de duplicación de voltaje.

Sin embargo, el uso de IC 555 tiene un ligero beneficio ya que este IC es capaz de generar más corriente que cualquier otro circuito oscilador basado en IC sin utilizar ninguna etapa de amplificador de corriente externa.

Cómo funciona la etapa duplicadora de voltaje

Como se puede ver en el diagrama anterior, la multiplicación de voltaje real es implementada por la etapa D1, D2, C2, C3, que están configurados como una red multiplicadora de voltaje de medio puente de 2 etapas.

Simular esta etapa en respuesta a la situación del pin#3 del IC 555 puede ser un poco difícil, y todavía estoy luchando para que funcione en mi cerebro correctamente.

Según mi simulación mental, el funcionamiento de la etapa duplicadora de voltaje mencionada se puede explicar como se da en los siguientes puntos:

1. Cuando el pin#3 de salida del IC está en su nivel lógico bajo o de tierra, D1 es capaz de cargar C2, ya que es capaz de conseguir sesgado hacia adelante a través de C2 y el potencial negativo del pin#3, también simultáneamente C3 se carga a través de D1, y D2.
2. Ahora, en el siguiente instante tan pronto como el pin#3 se convierte en lógica alta o en el potencial de suministro positivo, las cosas se vuelven ligeramente confusas.
3. Aquí C2 es incapaz de descargar a través de D1, por lo que tenemos una salida de nivel de suministro de D1, de C2, y de C3 también.
4. Muchos de los otros sitios en línea dicen que en este punto el voltaje almacenado dentro de C2, y el positivo de D1 se supone que se combinan con la salida de C3 para producir un voltaje duplicado, sin embargo eso no tiene sentido.
5. Porque, cuando los voltajes se combinan en paralelo, el voltaje neto no aumenta. Las tensiones deben combinarse en serie para causar el efecto deseado de refuerzo o duplicación.
6. La única explicación lógica que puede derivarse es que, cuando el pin#3 se pone en alto, estando el negativo de C2 en el nivel positivo y su extremo positivo también mantenido en el nivel de suministro, se ve obligado a producir un pulso de carga inversa que se suma con la carga de C3, causando un pico de potencial instantáneo que tiene un pico de tensión dos veces mayor que el nivel de suministro.

Si tiene una explicación mejor o técnicamente más correcta, por favor, siéntase libre de explicarlo a través de sus comentarios.

¿Cuánta corriente?

El pin#3 del IC está asignado para entregar un máximo de 200mA de corriente, por lo tanto, el pico máximo de corriente se puede esperar que esté en este nivel de 200mA, sin embargo los picos se estrecharán dependiendo de los valores de C2, C3. Condensadores de mayor valor podrían permitir la transferencia de corriente más completa a través de la salida, por lo tanto, asegúrese de que los valores de C2, C3 se seleccionan de manera óptima, alrededor de 100uF/25V será suficiente

Una aplicación práctica

Aunque un circuito duplicador de voltaje puede ser útil para muchas aplicaciones de circuitos electrónicos, una aplicación basada en la afición podría ser para iluminar un LED de alto voltaje de una fuente de baja tensión, como se muestra a continuación:

En el diagrama del circuito anterior podemos ver cómo se utiliza el circuito para iluminar una bombilla LED de 9V a partir de una fuente de alimentación de 5V, lo que normalmente sería imposible si los 5V se aplicaran directamente sobre el LED.

Relación entre la frecuencia, el PWM y el nivel de salida de voltaje

La frecuencia en cualquier circuito duplicador de voltaje no es crucial, sin embargo una frecuencia más rápida le ayudará a obtener mejores resultados que las frecuencias más lentas.

De manera similar para el rango PWM, el ciclo de trabajo debe ser aproximadamente del 50%, los pulsos más estrechos causarán una menor corriente en la salida, mientras que los pulsos demasiado amplios no permitirán que los condensadores pertinentes se descarguen de manera óptima, lo que de nuevo resulta en una potencia de salida ineficaz.

En el circuito astable IC 555 discutido, el R1 puede estar en cualquier lugar entre 10K y 100K, esta resistencia junto con el C1 decide la frecuencia. C1 en consecuencia puede estar en cualquier lugar entre 50nF a 0,5uF.

R2 fundamentalmente le permitirá controlar el PWM, por lo tanto esto se puede hacer en una resistencia variable a través de un pote de 100K.

Usando IC 4049 NOT gates

El siguiente circuito basado en IC CMOS se puede utilizar para duplicar cualquier voltaje de fuente de CC (hasta 15 V DC). El diseño presentado duplicará cualquier tensión entre 4 y 15 V DC y será capaz de operar cargas con una corriente no superior a 30 mA.

Como puede verse en el diagrama, este circuito duplicador de tensión DC emplea un solo IC 4049 para lograr el resultado propuesto.

Pinners del CI 4049

Funcionamiento del circuito

El CI 4049 tiene seis puertas en total que son todas efectivas para generar las acciones de duplicación de voltaje discutidas. Dos de las puertas de las seis están configuradas como un oscilador.

El extremo izquierdo del diagrama muestra la sección del oscilador.

La resistencia de 100 K y el condensador de 0,01 forman los componentes básicos que determinan la frecuencia.
Se requiere imperativamente una frecuencia si se necesita implementar acciones de escalonamiento de voltaje, por lo tanto aquí también se hace necesaria la participación de un oscilador.

Estas oscilaciones resultan útiles para iniciar la carga y descarga de un conjunto de condensadores en la salida, lo que equivale a multiplicar la tensión a través del conjunto de condensadores de forma que el resultado sea el doble de la tensión de alimentación aplicada.

Sin embargo, la tensión del oscilador no puede aplicarse preferentemente de forma directa a los condensadores, sino que se hace a través de un grupo de puertas del CI dispuestas de forma paralela.

Estas puertas paralelas producen una buena amortiguación de la frecuencia aplicada desde las puertas del generador, de modo que la frecuencia resultante es más fuerte con respecto a la corriente y no vacila con cargas relativamente más altas en las salidas.

Pero aún teniendo en cuenta las especificaciones de un CI CMOS, no se puede esperar que la capacidad de manejo de la corriente de salida sea mayor de 40 mA.

Cargas más altas que esto resultarán en el deterioro del nivel de tensión hacia el nivel de suministro.

Los valores del condensador de salida pueden aumentarse a 100uF para obtener niveles de eficiencia razonablemente más altos del circuito.

Con 12 voltios como entrada de suministro al CI, se puede adquirir una salida de alrededor de 22 voltios de este circuito duplicador de voltaje basado en el CI 4049.

Lista de piezas

• R1 = 68K,
• C1 = 680pF,
• C2, C3 = 100 uF/ 25V,
• D1, D2 =1N4148,
• N1, N2, N3, N4 = IC 4049,
• LEDs Blanco = 3 nos.