Multiplicadores de tensão

Multiplicadores de tensão são os circuitos onde obtemos uma tensão CC muito alta da fonte de tensão CA baixa, um circuito multiplicador de tensão gera uma tensão em múltiplos da tensão de entrada de pico de CA, como se a tensão de pico da tensão CA fosse 5 volts, teríamos 15 volt DC na saída, no caso de circuito Tripler de Tensão. O multímetro lê apenas o valor RMS (tensão média da raiz) da tensão CA, precisamos multiplicar o valor RMS por 1,414 (raiz 2) para obter o valor de pico.

Geralmente, os transformadores existem para aumentar a tensão, mas às vezes os transformadores não são viáveis ​​devido ao seu tamanho e custo. Os circuitos multiplicadores de tensão podem ser construídos com poucos diodos e capacitores, portanto são de baixo custo e muito eficazes em comparação com os transformadores. Os circuitos multiplicadores de tensão são bastante semelhantes aos circuitos retificadores usados ​​para converter CA em CC, mas os circuitos multiplicadores de tensão não apenas convertem CA em CC, mas também podem gerar uma tensão CC muito ALTA.

Estes circuitos são muito úteis onde a alta tensão DC precisa ser gerada com baixa tensão AC e baixa corrente é necessária, como em fornos de microondas, monitores CRT (tubos de raios catódicos) em TV e computadores. O monitor CRT requer alta voltagem DC com baixa corrente.

Dobrador de tensão de onda completa

Como o nome indica, a tensão de entrada é duplicada por meio deste circuito. A operação do dobrador de tensão de onda completa é muito simples:

Durante o semiciclo positivo da onda senoidal de CA, o diodo D1 obtém polarização direta e D2 reversa, de modo que o capacitor C1 carrega através de D1, até o valor de pico da onda senoidal (Vpico). E durante o semiciclo negativo da onda senoidal, D2 é polarizado direto e D1 reverenciado, então o capacitor C2 recebe carga através do D2, para Vpico.

Agora os dois capacitores estão carregados para Vpico, então temos os 2 Vpico (Vpico + Vpico), entre C1 e C2, sem carga conectada. Recebeu o nome do retificador de onda completa.

Circuito duplicador de tensão de meia onda

Anteriormente, também criamos o circuito Voltage Doubler, com temporizador 555 no modo Astable e uma fonte DC. Desta vez, estamos usando o transformador 220v AC e 9-0-9 para reduzir 220v AC, para que possamos demonstrar o multiplicador de tensão na placa de ensaio.

Durante o primeiro meio ciclo positivo da onda senoidal (AC), o diodo D1 é polarizado para frente e o capacitor C1 é carregado através do D1. O capacitor C1 é carregado até a tensão de pico de CA, ou seja, Vpico.

Durante o meio ciclo negativo da onda senoidal, o Diodo D2 conduz e D1 polarizado reversamente. D1 bloqueia a descarga do capacitor C1. Agora o capacitor C2 carrega com a tensão combinada do capacitor C1 (Vpico) e o pico negativo da tensão AC que também é Vpico. Assim o capacitor C2 carrega até 2Vpico volt. Portanto, a tensão no capacitor C2 é duas vezes o Vpico de CA.

No próximo ciclo positivo, o capacitor C2 descarrega na carga, se a carga estiver conectada, e é recarregado no próximo ciclo. Portanto, podemos ver que ele é carregado em um ciclo e descarregado no próximo ciclo, de modo que a frequência de ondulação é igual à frequência do sinal de entrada, ou seja, 50 Hz (rede elétrica CA).

Circuito Tripler de Tensão

Para construir o circuito Tripler de tensão, só precisamos adicionar mais 1 diodo e um capacitor ao circuito duplicador de tensão de meia onda acima, de acordo com o diagrama de circuito abaixo.

Como vimos no circuito duplicador de tensão, no primeiro meio ciclo positivo o capacitor C1 é carregado em Vpico e o capacitor C2 é carregado em 2 V pico no meio ciclo negativo.

Agora, durante a segunda metade do ciclo positivo, os diodos D1 e D3 conduzem e o D2 sofre polarização reversa. Desta forma, o capacitor C2 carrega o capacitor C3 até a mesma tensão que ele próprio, que é 2 Vpico.

Agora o capacitor C1 e C3 estão em série e a tensão em C1 é Vpico e a tensão em C3 é 2 Vpico, então a tensão na conexão em série de C1 e C3 é Vpico + 2Vpico = 3 Vpico, e obtemos o triplo da tensão de entrada Vpico volt.

Circuito Quádruplo de Tensão

Como construímos o circuito Tripler de tensão adicionando um diodo e capacitor no circuito dobrador de tensão de meia onda, novamente só precisamos adicionar mais um diodo e capacitor ao circuito Tripler de tensão, para construir o circuito quádruplo de tensão (4 vezes a tensão de entrada).

Vimos no circuito Tripler de tensão, aquele capacitor C1 carregado para Vpico no primeiro semiciclo positivo, C2 carregado para 2Vpico no meio ciclo negativo e C3 também carregado para 2Vpico no segundo semiciclo positivo.

Agora, durante o segundo semiciclo negativo, os diodos D2 e ​​D4 conduzem, e o capacitor C4 é carregado no pico de 2 V, pelo capacitor C3 que também está em 2 V pico. E obtemos quatro vezes Vpico (4Vpico), através do capacitor C2 e C4, já que ambos os capacitores estão em 2 Vpico.

Em circuitos Multiplicador de Tensão, praticamente a tensão não é exatamente o múltiplo da tensão de Pico, a tensão resultante é menor que os múltiplos por causa de alguma queda de tensão entre os Diodos, então a tensão resultante seria:

Vout = Multiplicador * Vpico - queda de tensões entre os diodos

A desvantagem deste tipo de circuitos multiplicadores é a frequência de ondulação alta e é muito difícil suavizar a saída, embora o uso de capacitores de grande valor possa ajudar a reduzir a ondulação. E a vantagem do circuito é que podemos gerar uma tensão muito alta a partir de uma fonte de alimentação de baixa tensão.

Podemos gerar uma tensão muito maior e obter 5 vezes, 6 vezes, 7 vezes e mais a tensão da tensão CA de pico, adicionando mais diodos e capacitores. Também podemos gerar a tensão negativa alta apenas invertendo a polaridade dos diodos e capacitores neste circuito. Teoricamente podemos multiplicar a tensão infinitamente, mas na prática isso não é possível devido à capacitância dos capacitores, baixa corrente, alta ondulação e muitos outros fatores.

Vídeo:

Notas:

• A tensão não se multiplicará instantaneamente, mas aumentará lentamente e, depois de algum tempo, será definida como três vezes da tensão de entrada.
• A tensão nominal dos capacitores deve ser pelo menos duas vezes a tensão de entrada.
• A tensão de saída não é exatamente o múltiplo da tensão de entrada de pico, será menor que a tensão de entrada.