2 circuite simple de dublare a tensiunii discutate

În acest articol vom învăța cum să realizăm câteva circuite simple de dublare a tensiunii de la curent continuu la curent continuu folosind un singur IC 4049 și IC 555 împreună cu alte câteva componente pasive.

Dacă vă întrebați cum poate fi folosit un simplu IC 555 pentru a realiza un circuit puternic de dublare a tensiunii, atunci acest articol vă va ajuta să înțelegeți detaliile și să construiți designul la domiciliu.

Ce este un dublator de tensiune

Un dublator de tensiune este un circuit care utilizează numai diode și condensatoare pentru a ridica o tensiune de intrare într-o ieșire de tensiune mai mare, de două ori mai mare decât cea de intrare.

Dacă sunteți nou în ceea ce privește conceptul de multiplicator de tensiune și doriți să învățați conceptul în profunzime, avem un articol bine elaborat în acest site care explică diferite circuite de multiplicator de tensiune pentru referință.

Conceptul de multiplicator de tensiune a fost descoperit pentru prima dată și utilizat practic de fizicienii britanici și irlandezi John Douglas Cockcroft și Ernest Thomas Sinton Walton, de aceea este numit și generatorul Cockcroft-Walton (CW).

Un bun exemplu de proiectare a unui multiplicator de tensiune poate fi studiat prin intermediul acestui articol care exploatează conceptul pentru generarea de aer ionizat pentru purificarea aerului din locuințe.

Un circuit de dublare a tensiunii este, de asemenea, o formă de multiplicator de tensiune în care etajul diodă/capacitor este restrâns doar la câteva trepte, astfel încât la ieșire este permisă producerea unei tensiuni care poate fi de două ori mai mare decât tensiunea de alimentare.

Din moment ce toate circuitele multiplicatoare de tensiune necesită în mod obligatoriu o intrare de curent alternativ sau o intrare pulsatorie, un circuit oscilator devine esențial pentru realizarea rezultatelor.

Detalii Pinout IC 555

Diagrama circuitului de multiplicator de tensiune folosind IC 555

Referindu-ne la exemplul de mai sus, putem vedea un circuit IC 555 configurat ca un etaj de multivibrator astabil, care este de fapt o formă de oscilator, și este proiectat pentru a produce un curent continuu pulsatoriu (ON/OFF) la pinul său de ieșire#3.

Dacă vă amintiți, am discutat un circuit de lanternă cu LED-uri în acest site, care utilizează în mod identic un circuit de dublare a tensiunii, deși secțiunea oscilatorului este creată folosind un IC 4049 gates.

În principiu, puteți înlocui etajul IC 555 cu orice alt circuit oscilator și puteți obține în continuare efectul de dublare a tensiunii.

Cu toate acestea, utilizarea IC 555 are un mic avantaj, deoarece acest circuit integrat este capabil să genereze mai mult curent decât orice alt circuit oscilator bazat pe IC fără a utiliza un etaj extern de amplificare a curentului.

Cum funcționează etajul de dublare a tensiunii

După cum se poate observa în diagrama de mai sus, multiplicarea efectivă a tensiunii este implementată de către etajul D1, D2, C2, C3, care sunt configurate ca o rețea de multiplicare a tensiunii în două trepte cu jumătate de punte.

Simularea acestui etaj ca răspuns la situația pinului nr. 3 al IC 555 poate fi puțin dificilă, iar eu încă mă lupt să o fac să funcționeze corect în creierul meu.

Potrivit simulării mele mintale, funcționarea etajului de dublare a tensiunii menționat poate fi explicată după cum este dat în următoarele puncte:

1. Când pinul de ieșire al IC#3 se află la nivelul logic scăzut sau la masă, D1 este capabil să încarce C2, deoarece este capabil să fie polarizat în față prin C2 și potențialul negativ al pinului#3, de asemenea, simultan C3 este încărcat prin D1, și D2.
2. Acum, în clipa următoare, de îndată ce pin#3 devine la logică înaltă sau la potențialul pozitiv de alimentare, lucrurile devin ușor confuze.
3. Aici C2 este incapabil să se descarce prin D1, așa că avem o ieșire la nivel de alimentare de la D1, de la C2 și, de asemenea, de la C3.
4. Multe dintre celelalte site-uri online spun că în acest moment tensiunea stocată în interiorul lui C2 și cea pozitivă de la D1 ar trebui să se combine cu ieșirea lui C3 pentru a produce o tensiune dublată, însă acest lucru nu are sens.
5. Pentru că, atunci când tensiunile se combină în paralel, tensiunea netă nu crește. Tensiunile trebuie să se combine în serie pentru a provoca efectul dorit de amplificare sau de dublare.
6. Singura explicație logică care poate fi derivată este că, atunci când pinul#3 devine înalt, negativul lui C2 fiind la nivelul pozitiv și capătul său pozitiv fiind de asemenea menținut la nivelul de alimentare, acesta este forțat să producă un impuls de sarcină inversă care se adaugă cu sarcina lui C3, provocând un vârf de potențial instantaneu având o tensiune de vârf de două ori mai mare decât nivelul de alimentare.

Dacă aveți o explicație mai bună sau mai corectă din punct de vedere tehnic, vă rugăm să vă simțiți liber să o explicați prin intermediul comentariilor dumneavoastră.

Cât de mult curent?

Pin-ul nr. 3 al circuitului integrat este desemnat să livreze un curent maxim de 200mA, prin urmare, curentul maxim de vârf este de așteptat să fie la acest nivel de 200mA, însă vârfurile vor deveni mai înguste în funcție de valorile C2, C3. Condensatoare de valoare mai mare ar putea permite un transfer de curent mai complet la ieșire, prin urmare, asigurați-vă că valorile C2, C3 sunt selectate în mod optim, în jur de 100uF/25V va fi suficient

O aplicație practică

Deși un circuit de dublare a tensiunii poate fi util pentru multe aplicații de circuite electronice, o aplicație bazată pe hobby ar putea fi iluminarea unui LED de înaltă tensiune de la o sursă de joasă tensiune, așa cum se arată mai jos:

În schema de circuit de mai sus putem vedea cum circuitul este utilizat pentru iluminarea unui bec LED de 9V de la o sursă de alimentare de 5V, ceea ce în mod normal ar fi imposibil dacă cei 5V ar fi aplicați direct pe LED.

Relația dintre frecvență, PWM și nivelul tensiunii de ieșire

Frecvența în orice circuit de dublare a tensiunii nu este crucială, însă o frecvență mai rapidă vă va ajuta să obțineți rezultate mai bune decât frecvențele mai lente.

În mod similar pentru intervalul PWM, ciclul de funcționare ar trebui să fie de aproximativ 50%, impulsurile mai înguste vor cauza un curent mai mic la ieșire, în timp ce impulsurile prea largi nu vor permite condensatoarelor relevante să se descarce în mod optim, rezultând din nou o putere de ieșire ineficientă.

În circuitul astabil IC 555 discutat, R1 poate fi oriunde între 10K și 100K, acest rezistor împreună cu C1 decide frecvența. În consecință, C1 poate fi oriunde între 50nF și 0,5uF.

R2 vă va permite în mod fundamental să controlați PWM-ul, prin urmare, acesta poate fi transformat într-un rezistor variabil prin intermediul unui pot de 100K.

Utilizarea porților NOT IC 4049

Următorul circuit bazat pe IC CMOS poate fi utilizat pentru dublarea oricărei tensiuni de sursă de curent continuu (până la 15 V DC). Proiectul prezentat va dubla orice tensiune între 4 și 15 V c.c. și va fi capabil să opereze sarcini la un curent de cel mult 30 mA.

După cum se poate observa în diagramă, acest circuit de dublare a tensiunii de c.c. utilizează doar un singur CI 4049 pentru a obține rezultatul propus.

CIC 4049 Pinouts

Funcționarea circuitului

Circuitul CI 4049 are șase porți în total care sunt toate efectiv pentru a genera acțiunile de dublare a tensiunii discutate. Două dintre porți din cele șase sunt configurate ca un oscilator.

Extrema stângă a diagramei prezintă secțiunea oscilatorului.

Rezistența de 100 K și condensatorul de 0,01 formează componentele de bază care determină frecvența.
O frecvență este imperios necesară dacă trebuie implementate acțiuni de pas cu pas de tensiune, prin urmare și aici devine necesară implicarea unui oscilator.

Această oscilație devine utilă pentru inițierea încărcării și descărcării unui set de condensatoare la ieșire, ceea ce echivalează cu înmulțirea tensiunii la nivelul setului de condensatoare astfel încât rezultatul să devină dublul tensiunii de alimentare aplicate.

Cu toate acestea, tensiunea de la oscilator nu poate fi aplicată, de preferință, direct pe condensatoare, ci mai degrabă se face prin intermediul unui grup de porți ale circuitului integrat dispuse în paralel.

Aceste porți paralele produc împreună o bună tamponare a frecvenței aplicate de porțile generatorului, astfel încât frecvența rezultată este mai puternică în raport cu curentul și nu se clatină în cazul unor sarcini relativ mai mari la ieșiri.

Dar tot ținând cont de specificațiile unui circuit integrat CMOS, capacitatea de tratare a curentului de ieșire nu se poate aștepta să fie mai mare de 40 mA.

Cărți mai mari decât aceasta vor duce la deteriorarea nivelului de tensiune spre nivelul de alimentare.

Valorile condensatorului de ieșire pot fi mărite până la 100uF pentru a obține niveluri de eficiență rezonabil de ridicate din partea circuitului.

Cu 12 volți ca intrare de alimentare a circuitului integrat, se poate obține o ieșire de aproximativ 22 volți de la acest circuit de dublare a tensiunii bazat pe CI 4049.

Lista pieselor

• R1 = 68K,
• C1 = 680pF,
• C2, C3 = 100 uF/ 25V,
• D1, D2 =1N4148,
• N1, N2, N3, N4 = IC 4049,
• LED-uri albe = 3 nr.