Universidad Nacional Mayor de San Marcos Facultad de Ingeniería electrónica y Eléctrica Informe Previo 3 Laboratorio de Circuitos electrónicos I

Multiplicadores de tensión 1

CIRCUITOS MULTIPLICADORES DE TENSIÓN

CUESTIONARIO PREVIO

1. Definir los conceptos de rectificación, filtros y dobladores de tensión.

A. Rectificación

Circuito de rectificación de media onda: Es un circuito empleado para eliminar la

parte negativa o positiva de una señal de corriente alterna de entrada (Vi) convirtiéndola

en corriente directa de salida (Vo). Es el circuito más sencillo que puede construirse con

un diodo.

Análisis del circuito con diodo ideal

Los diodos ideales, permiten el paso de toda la corriente en una única dirección, la

correspondiente a la polarización directa, y no conducen cuando se polarizan inversamente.

Además su voltaje es mayor a cero y la intensidad de la corriente puede fácilmente calcularse

mediante la ley de Ohm:

𝑰=𝑽𝑶/𝑹𝑳

Análisis del circuito con diodo real

Polarización directa (Vi > 0): En este caso, el diodo permite el paso de la corriente sin

restricción, provocando una caída de potencial que suele ser de 0,7 V (diodo de Silicio). En

el caso del germanio, que es el segundo más usado el voltaje es de 0,3 V.

𝑽𝑶 = 𝑉𝑖−𝑉𝐷 = 𝑽𝒊−𝟎.𝟕 𝑽

Polarización inversa (Vi < 0): En este caso, el diodo no conduce, quedando el circuito

abierto. La tensión de salida es nula, al igual que la intensidad de la corriente.

𝑽𝑶=𝟎 𝑰=𝟎

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Multiplicadores de tensión 2

Tensión rectificada

Como acabamos de ver, la curva de transferencia, que relaciona las tensiones de entrada y

salida, tiene dos tramos: para tensiones de entrada negativas la tensión de salida es nula,

mientras que para entradas positivas, la tensión se reduce en 0.7 V. El resultado es que en la

carga se ha eliminado la parte negativa de la señal de entrada.

Circuito de rectificación de onda completa:

Con Transformador con Derivación Central

Este tipo de rectificador necesita un transformador con derivación central. La derivación

central es una conexión adicional en el bobinado secundario del transformador, que divide la

tensión (voltaje) en este bobinado en dos voltajes iguales. Esta conexión adicional se pone a

tierra. Durante el semi ciclo positivo de la tensión en corriente alterna (Vin-rojo) el diodo D1

conduce. La corriente pasa por la parte superior del secundario del transformador, por el

diodo D1 por RL y termina en tierra. El diodo D2 no conduce pues está polarizado en

inversa. Durante el semi ciclo negativo (Vin-azul) el diodo D2 conduce. La corriente pasa

por la parte inferior del secundario del transformador, por el diodo D2 por RL y termina en

tierra. El diodo D1 no conduce pues está polarizador en inversa. Ambos ciclos del voltaje de

entrada son aprovechados y el voltaje de salida se verá como en el siguiente gráfico:

La rectificación de onda completa aprovecha los 2 semi ciclos de la señal alterna.

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Multiplicadores de tensión 3

Tensión de Rizado: Si a RL se le pone en paralelo un condensador, el voltaje de salida se

verá como en la siguiente figura:

A la variación del voltaje (Δv) en los terminales del condensador debido a la descarga de este

en la resistencia de carga se le llama tensión de rizado. En cada semi ciclo el transformador

entrega corriente (a través de los diodos D1 y D2) al condensador C y a la resistencia RL,

Esto sucede mientras las ondas aumentan su valor hasta llegar a su valor pico (valor

máximo), pero cuando este valor desciende es el condensador el que entrega la corriente a la

carga (se descarga). Si el capacitor es grande significa menos rizado, pero aun cumpliéndose

esta condición, el rizado podría ser grande si la resistencia de carga es muy pequeña

(corriente en la carga es grande).

Nota: Hay que tomar en cuenta que el voltaje máximo que se podrá obtener dependerá del

voltaje que haya entre uno de los terminales del secundario del transformador y el terminal

de la derivación central.

Con Puentes de diodos

En este circuito el transformador es alimentado por una tensión en corriente alterna.

Los diodos D1 y D3 son polarizados en directo en el semi ciclo positivo y la corriente

atraviesa la resistencia de carga RL, mientras que los diodos D2 y D4 son polarizados en

sentido inverso.

(D1 y D3 conduciendo)

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Multiplicadores de tensión 4

El semi ciclo negativo, la polaridad del transformador es el inverso al caso anterior y los

diodos D1 y D3 son polarizados en sentido inverso y D2 y D4 en sentido directo. La

corriente como en el caso anterior también pasa por la carga RL en el mismo sentido que en

el semi ciclo positivo.

(D2 y D4 conduciendo)

La salida tiene la forma de una onda rectificada completa, al igual que el circuito con

derivación central. Esta salida es pulsante y para "aplanarla" se pone un condensador

(capacitor) en paralelo con la carga. Este capacitor se carga a la tensión máxima y se

descargará por RL mientras que la tensión de salida del secundario del transformador

disminuye a cero voltios, y el ciclo se repite.

La presencia de un condensador mejora la salida del circuito rectificador.

B. Los filtros

Se basan en la propiedad de almacenamiento de energía que ofrecen los componentes

reactivos, esto es, los condensadores y las bobinas. Los tipos más sencillos y utilizados son

los siguientes:

Filtro con condensador: Este tipo de filtros tan solo precisa de la colocación de un

condensador de gran capacidad entre el diodo (o diodos) encargado de rectificar la CA y la

salida de la misma hacia la carga (o circuito) a alimentar (Rc).

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(El filtro a condensador aprovecha la carga y descarga del componente)

Debido a las constantes de tiempo asociadas a las resistencias a través de las que se realizan

las secuencias sucesivas de carga y descarga del condensador se obtiene una salida de forma

bastante más "plana" que la señal que obtenemos en la salida de una etapa rectificadora.

Filtro en pi: En la ilustración correspondiente podemos observar cómo se configura en la

práctica un filtro de este tipo. Como vemos, la denominación "pi" se debe a la forma que se

obtiene en el esquema que representa el citado filtro. La resistencia, junto al par de

condensadores, muestra la mencionada "𝜋".

Su funcionamiento intenta proteger al diodo D de los posibles picos de intensidad debidos a

una carga excesivamente brusca. Ahora se vuelve a filtrar la resistencia R y el condensador

C2 la señal obtenida ya en el tipo de filtro anterior, con lo que conseguimos atenuar aún más

las oscilaciones de la tensión que llega a la carga (Rc).

C. Dobladores de tensión

Es un circuito electrónico que carga los condensadores de la tensión de entrada y los

interruptores de los cargos de tal manera que, en el caso ideal, exactamente el doble que se

produce la tensión en la salida como en su entrada.

El más simple de estos circuitos es una forma de rectificador que tienen un voltaje de

corriente alterna como entrada y salida una tensión continua doble. Los elementos de

conmutación son simples diodos y se ven obligados a cambiar el estado sólo por la tensión

alterna de la entrada. DC a los dobladores de voltaje de DC no se puede cambiar de esta

manera y requieren de un circuito de conducción para controlar la conmutación. Con

frecuencia se requieren también un elemento de conmutación que se puede controlar

directamente, como un transistor , en lugar de depender de la tensión en el conmutador como

en el caso sencillo de CA a CC.

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Los dobladores de voltaje de una gran variedad de multiplicador de tensión del

circuito. Muchos (no todos) los circuitos doblador de tensión puede ser visto como una única

etapa de un multiplicador de orden superior: en cascada etapas idénticas en conjunto logra

una multiplicación de tensión mayor.

2. Realizar el análisis teórico de los circuitos mostrados.

Circuito 1

RL =1KΩ RL =10kΩ RL =220Ω

Vo (dc) 13.6 V 15.3 V 8.87 V

Vc1 (dc) 6.04 V 7.61 V 1.52 V

Vc2 (dc) 7.61 V 7.73 V 7.34 V

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Circuito 2

RL =1KΩ RL =10kΩ RL =220Ω

Vo (dc) 21.92 V 23.70 V 17.57 V

Vr 1.6 V 800 mV 2.6 V

Vc1 (dc) 7.54 V 7.90 V 6.89 V

Vc2 (dc) 14.86 V 15.80 V 12.61 V

Vc3 (dc) 14.38 V 15.80 V 10.68 V