En aquest article aprenem a fer un parell de circuits senzills de duplicador de voltatge de CC a CC mitjançant un únic IC 4049 i IC 555 juntament amb alguns altres components passius.
Si us pregunteu com es pot utilitzar un senzill IC 555 per fer un potent circuit de duplicador de tensió, aquest article us ajudarà a entendre els detalls i a construir el disseny a casa.
Què és un duplicador de tensió
Un duplicador de tensió és un circuit que utilitza només díodes i condensadors per elevar una tensió d'entrada a una sortida de tensió superior, el doble de la magnitud de l'entrada.
Si no coneixeu el concepte de duplicador de tensió i voleu aprofundir en el concepte, tenim un bon article elaborat en aquest lloc web que explica diferents circuits multiplicadors de tensió per la teva referència.
El concepte de multiplicador de tensió va ser descobert i utilitzat per primera vegada pràcticament pels físics britànics i irlandesos John Douglas Cockcroft i Ernest Thomas Sinton Walton, per la qual cosa també s’anomena Generador Cockcroft – Walton (CW).
Un bon exemple de disseny de multiplicador de tensió es pot estudiar a través d’aquest article que explota el concepte de generant aire ionitzat per purificar l’aire a les llars .
Un circuit de duplicador de tensió també és una forma de multiplicador de tensió on l'etapa del díode / condensador es limita només a un parell d'etapes, de manera que la sortida pot produir una tensió que pot ser el doble de la tensió d'alimentació.
Com que tots els circuits multiplicadors de tensió requereixen obligatòriament una entrada de corrent altern o una entrada pulsant, un circuit oscil·lador esdevé essencial per aconseguir els resultats.
Detalls del pinout IC 555
Diagrama de circuits del duplicador de tensió mitjançant IC 555
Referint-nos a l’exemple anterior, podem veure un circuit IC 555 configurat com un escenari multivibrador astable, que en realitat és una forma d’oscil·lador i està dissenyat per produir una corrent continu (ON / OFF) al seu pin de sortida # 3.
Si recordeu, ja n’havíem parlat un circuit de la torxa LED en aquest lloc web, que utilitza de manera idèntica un circuit de duplicador de voltatge, tot i que la secció de l’oscil·lador es crea mitjançant una porta IC 4049.
Bàsicament, podeu substituir l’etapa IC 555 per qualsevol altre circuit oscil·lador i, tot i així, obtenir l’efecte de duplicació de tensió.
No obstant això, utilitzar IC 555 té un lleuger avantatge, ja que aquest IC és capaç de generar més corrent que qualsevol altre circuit oscil·lador basat en IC sense utilitzar cap etapa d'amplificador de corrent extern.
Com funciona l'etapa de duplicador de tensió
Com es pot veure al diagrama anterior, la multiplicació de la tensió real és implementada per l’etapa D1, D2, C2, C3, que es configura com una xarxa de multiplicador de tensió de dues etapes de mig pont.
Simular aquesta etapa en resposta a la situació del pin número 3 de l'IC 555 pot ser una mica difícil, i encara estic lluitant perquè funcioni correctament al meu cervell.
Segons la meva simulació mental, el funcionament de l’esmentada etapa de duplicador de tensió es pot explicar tal com es dóna als següents punts:
- Quan el pin de sortida IC # 3 es troba en la seva lògica o nivell de terra baix, D1 és capaç de carregar C2, ja que és capaç d'avançar esbiaixat a través de C2 i el potencial negatiu del pin # 3, també simultàniament C3 es carrega mitjançant D1 i D2 .
- Ara, en el següent instant tan aviat com el pin # 3 es converteixi en una lògica elevada o en un potencial d’oferta positiu, les coses es tornen una mica confuses.
- Aquí C2 no pot descarregar-se mitjançant D1, de manera que tenim un nivell de subministrament de sortida de D1, de C2 i de C3 també.
- Molts dels altres llocs en línia diuen que en aquest moment la tensió emmagatzemada dins de C2 i el positiu de D1 se suposa que es combinen amb la sortida de C3 per produir un voltatge duplicat, però això no té sentit.
- Perquè, quan les tensions es combinen en paral·lel, la tensió neta no augmenta. Les tensions s’han de combinar en sèrie per provocar l’augment desitjat o l’efecte de duplicació.
- L'única explicació lògica que es pot obtenir és que, quan el pin # 3 es fa alt, el negatiu de C2 es troba en el nivell positiu i el seu extrem positiu també es manté en el nivell de subministrament, es veu obligat a produir un impuls de càrrega inversa que se suma amb el C3 de càrrega, provocant un augment potencial instantani que té un voltatge màxim el doble que el nivell de subministrament.
Si teniu una explicació millor o tècnicament més correcta, no dubteu a explicar-ho a través dels vostres comentaris.
Quant actual?
El pin # 3 de l'IC està assignat per proporcionar un màxim de 200mA de corrent, per tant, es pot esperar que el màxim pic de corrent sigui en aquest nivell de 200mA, però els pics es reduiran en funció dels valors C2, C3. Els condensadors de major valor poden permetre una transferència de corrent més completa a la sortida, per tant, assegureu-vos que els valors C2 i C3 estiguin seleccionats de manera òptima, al voltant de 100uF / 25V serà suficient
Una aplicació pràctica
Tot i que un circuit de duplicador de tensió pot ser útil per a moltes aplicacions de circuits electrònics, una aplicació basada en l'afició podria ser il·luminar un LED d'alta tensió des d'una font de baixa tensió, com es mostra a continuació:
Al diagrama de circuits anterior podem veure com s’utilitza el circuit per il·luminar una bombeta LED de 9V des d’una font de subministrament de 5V, cosa que normalment seria impossible si el 5V s’apliqués directament al LED.
Relació entre freqüència, PWM i el nivell de sortida de tensió
La freqüència en qualsevol circuit de duplicador de tensió no és crucial, però la freqüència més ràpida us ajudarà a obtenir millors resultats que les freqüències més lentes.
De la mateixa manera, per al rang PWM, el cicle de treball ha de ser aproximadament del 50%, els polsos més estrets causaran una reducció corrent a la sortida , mentre que els impulsos massa amplis no permetran que els condensadors rellevants es descarreguin de manera òptima, cosa que torna a resultar en una potència de sortida ineficaç.
En el comentat circuit IC 555, el R1 pot estar entre 10K i 100K, aquesta resistència juntament amb el C1 decideixen la freqüència. En conseqüència, C1 pot estar entre 50nF i 0,5uF.
R2 us permetrà fonamentalment controlar el PWM, per tant es pot convertir en una resistència variable a través d’un pot de 100K.
Ús de portes IC 4049 NO
El següent circuit basat en IC CMOS es pot utilitzar per duplicar qualsevol voltatge de font de CC (fins a 15 V CC). El disseny presentat duplicarà qualsevol tensió entre 4 i 15 V CC i podrà operar càrregues a una intensitat no superior a 30 mA.
Com es pot veure al diagrama, aquest circuit de duplicador de voltatge continu empra només un IC 4049 per aconseguir el resultat proposat.
IC 4049 Pinouts
Funcionament del circuit
El IC 4049 té sis portes en total que són totes efectives per generar les accions de duplicació de voltatge discutides. Dues de les portes de les sis estan configurades com a oscil·lador.
A l'extrem esquerre del diagrama es mostra la secció de l'oscil·lador.
La resistència de 100 K i el condensador de 0,01 formen els components bàsics que determinen la freqüència.
Es requereix imperativament una freqüència si cal implementar accions de pas de tensió, per tant també aquí és necessària la implicació d'un oscil·lador.
Aquestes oscil·lacions es fan útils per inicialitzar la càrrega i descarregar un conjunt de condensadors a la sortida que equival a multiplicar la tensió a través del conjunt de condensadors de manera que el resultat es converteixi en el doble de la tensió d'alimentació aplicada.
No obstant això, la tensió de l'oscil·lador no es pot aplicar preferentment directament als condensadors, sinó que es pot fer a través d'un grup de portes de l'IC disposades de manera paral·lela.
Aquestes portes paral·leles produeixen un bon amortiment de la freqüència aplicada des de les portes del generador de manera que la freqüència resultant és més forta respecte al corrent i no trontolla amb càrregues relativament més altes a les sortides.
Però tot i tenir en compte les especificacions d’un IC CMOS, no es pot esperar que la capacitat de maneig del corrent de sortida sigui superior a 40 mA.
Les càrregues més altes que això causaran el deteriorament del nivell de tensió cap al nivell de subministrament.
Els valors del condensador de sortida es poden augmentar a 100 uF per obtenir nivells d’eficiència raonablement més alts del circuit.
Amb 12 volts com a entrada d’alimentació a l’IC, es pot adquirir una sortida d’uns 22 volts d’aquest circuit de duplicador de voltatge basat en l’IC 4049.
Llista de peces
- R1 = 68.000,
- C1 = 680pF,
- C2, C3 = 100 uF / 25V,
- D1, D2 = 1N4148,
- N1, N2, N3, N4 = IC 4049,
- LEDs White = 3 ens.
Anterior: Creeu un sistema de seguretat de cotxes GSM casolà Següent: Com mesurar mili-volts de corrent altern mitjançant IC 741
