Practice 3

Practica 3 Multiplicador de voltaje Teoría básica En los distintos tipos de amplificar una señal caben destacar los de elementos pasivos, como son los capacitores, estos sin ser alimentados por una fuente para que funcionen, “guardan” entre sus placas un campo eléctrico con una diferencia de potencial el cual puede ser igual o mayor que la fuente. Teniendo un arreglo de estos, se pueden hacer un circuito el cual puede multiplicar el valor de la fuente. Estos convierten la fuente de voltaje senoidal a uno directo y como se dijo, multiplicado según el banco de condensadores. Pueden ser de media onda u onda completa, dependiendo de cómo están acomodados los elementos; siendo su finalidad, proporcionar un voltaje continuo con un grado de magnitud mayor que el de la entrada. Se utilizan multiplicadores de voltaje en aplicaciones de alto voltaje y baja corriente [2]. Para la práctica se definirán los siguientes conceptos: Valor RMS: Es el valor de la fuente senoidal en términos de corriente directa. Dado un valor del generador, se medirá en RMS la salida la cual tiene que ser 4 veces mayor que el valor RMS de la entrada. Diodo rectificador: Dispositivo que conduce corriente en una sola dirección. Este elemento tiene dos terminales llamadas cátodo y ánodo. La corriente fluirá del ánodo al cátodo como se muestra en la figura 1, si se polariza de la forma inversa no pasara el flujo de electrones, esto idealmente, ya físicamente si se polariza de forma inversa se podría dañar el dispositivo. En la siguiente práctica, en cada semiciclo tendrá un papel importante debido que limitará la corriente en ciertos puntos de la red e impidiendo que ciertos capacitores se descarguen. Figura 1 “Representación del diodo rectificador y la dirección a donde fluye la corriente” Capacitor: Dispositivos pasivo que se compone de dos superficies conductoras sobre las que puede almacenar una carga, y están separadas por una delgada capa aislante que tiene una resistencia muy grande. Su representación se muestra en la figura 2. Estos se cargan de voltaje con la ayuda de la fuente, alimentarán a otros para que contengan “n” veces mayor tensión RMS que la fuente [1]. Figura 2 ”Representación grafica de un capacitor con una diferencia de potencial” Dentro los multiplicadores de voltaje encontramos duplicadores de voltaje de onda completa y media onda, triplicadores de voltaje y el que se imprentará siendo el cuadriplicador de voltaje. Se utilizan multiplicadores de voltaje en aplicaciones de alto voltaje y baja corriente tales como tubos de rayos catódicos y aceleración de partículas [2]. También se usan en los marcapasos para brindar el estimulo cardiaco. Un duplicador de voltaje es un multiplicador de voltaje con factor de multiplicación de dos. La figura 3 muestra un duplicador de voltaje de media onda. Dura el semiciclo positivo del voltaje secundario, el diodo D1 esta polarizado en directa y D2 esta polarizado en inversa. El capacitor C1 se carga al valor pico del voltaje del secundario (Vp) menos la caída de diodo con la polaridad mostrada en la parte (a). Durante el semiciclo negativo, el diodo D2 esta polarizado en directa y D1 polarizado en inversa, como lo muestra la parte (b). Como C1 no puede descargarse, el voltaje pico en C1 se suma al voltaje del secundario para cargar C2 a aproximadamente 2Vp. Aplicando la ley de voltaje de Kirchhoff alrededor del lazo como se muestra en la parte (b), el voltaje a través de C2 es: Vc1 – Vc2 + Vp = 0 Vc2 = Vp + Vc1 Si se desprecia de la caída en el diodo D2, Vc1 = Vp. Por consiguiente, Vc2 = Vp + Vp = 2Vp Figura 3 “Duplicador de voltaje de media onda” En una condición sin carga, C2 permanece cargado a aproximadamente 2Vp. Si se conecta una resistencia de carga a través de la salida, C2 se descarga un poco a través de la carga en el siguiente semiciclo positivo y se recarga de nuevo a 2Vp en el siguiente semiciclo negativo. La salida resultante es un voltaje de media onda filtrado por el capacitor. El voltaje de pico inverso a través de cada diodo es 2Vp. Duplicador de voltaje de onda completa La figura 4 muestra un duplicador de onda completa. Cuando el voltaje del secundario es positivo, D1 esta polarizado en directa y C1 se carga a aproxidamadamente Vp, como lo muestra la parte (a). Durante el semiciclo negativo, D2 esta polarizado en directa y C2 se carga a aproximadamente Vp, como ilustra la parte (b). El voltaje de salida, 2Vp, se toma a través de los capacitores en serie. Figura 4 “Duplicador de onda completa” Triplicador de voltaje La adición de otra sección de diodo-capacitor al duplicador de voltaje de medida onda crea un triplicador de voltaje, como se muestra la figura 5. A continuación se describe la operación. En el semiciclo positivo del voltaje secundario, C1 se carga a Vp por conducto de D1. Durante el semiciclo negativo, C2 se carga a 2Vp por conducto de D2, como se describió para el duplicador. Durante el siguiente semiciclo positivo, C3 se carga a 2Vp por conducto de D3. La salida del triplicador se toma a través de C1 y C3, como muestra en la figura. Figura 5 “Triplicador de voltaje” Cuadriplicador de voltaje La adición de otra sección de diodo-capacitor, como muestra la figura 6, produce una salida cuatro veces el voltaje del secundario pico: C4 se carga a 2Vp gracias a D4 en un semiciclo negativo. La salida de 4Vp se toma a través de C2 y C4, como se muestra. Figura 6 “Cuadriplicador de voltaje” Procedimientos Conectar en el protoboard el circuito como se muestra en la figura 7: Figura 7 “Circuito cuadriplicador de voltaje” Flotar la conexión eléctrica del osciloscopio mediante un adaptador que inhabilite la pata de conexión a tierra. Una vez hecho esto, medir la tensión entre la entrada del C3 y la salida del C4 con una sola punta de osciloscopio, ya que si se conecta otra punta en otro punto del circuito, se podría hacer una combinación de tierras internamente en el osciloscopio causando una medición incorrecta. Medir el valor final tiene que ser 4 veces mayor que el valor inicial . Materiales: • • • • • • Osciloscopio Puntas para osciloscopio Generador de frecuencias Microprueba 4 diodos rectificadores 4 capacitores de la misma capacitancia Simulación y gráfico XSC1 Ext T rig + _ B A + XFG1 C1 1nF D1 1N3890 D2 1N3890 _ C2 1nF D3 1N3890 C4 1nF D4 1N3890 C3 1nF Referencias Hayt, William Hart, Análisis de circuitos en ingeniería, McGraw-Hill, 2007 [1]. Floyd, Thomas L., Dispositivos electrónicos, Pearson Educación, 2008 [2]. + _