Construa um Circuito Triplicador de Tensão: Guia Passo a Passo

Diagrama e Funcionamento do Circuito Triplicador de Tensão

O que é Triplicador de Tensão?

Circuito Triplicador de Tensão é um circuito que triplica a tensão de entrada, ou seja, a tensão de saída será três vezes a tensão de pico de entrada. Podemos construir o Circuito Triplicador de Tensão muito facilmente usando alguns diodos e capacitores. O circuito triplicador de tensão é na verdade um tipo de circuitos multiplicadores que entregam tensão de saída duas, três ou quatro vezes a tensão de pico de entrada.

Circuitos multiplicadores de tensão são usados quando precisamos de alta tensão e baixa corrente. Multiplicadores de tensão também são usados para reduzir o tamanho do transformador ou às vezes eliminá-lo. Podem ser muito úteis na conversão de baixa tensão AC em alta tensão DC quando baixa corrente é necessária.

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Componentes Necessários

• 3 Diodos 1N4007
• 3 Capacitores 22μF
• Transformador Abaixador 9-0-9
• Multímetro Digital

Diodo (1N4007)

Um diodo é um dispositivo unidirecional, ou seja, permite fluxo de corrente apenas em uma direção. É usado em muitas aplicações eletrônicas como retificador, processamento de sinal, limitação/deslocamento de sinais, detecção de sinais, mistura de sinais e muitos sistemas eletrônicos. Tem dois terminais: Ânodo e Cátodo. Portanto, a corrente deve fluir do Ânodo para o Cátodo.

Na verdade, um diodo funciona no princípio dos semicondutores. Existem dois tipos de semicondutores baseados em elétrons livres: tipo N e tipo P.

Um semicondutor tipo N tem muitos elétrons livres e pouquíssimos buracos positivos. Então, os elétrons são chamados portadores majoritários de carga e buracos são chamados portadores minoritários. O semicondutor tipo P tem mais concentração de buracos positivos e pouquíssima concentração de elétrons. Então, os portadores majoritários são buracos e minoritários são elétrons.

Quando regiões tipo P e tipo N entram em contato, portadores majoritários difundem de um lado para outro. Como há menos buracos na região tipo N e menos elétrons na região tipo P, devido à diferença de concentração, elétrons movem-se para a região tipo P e buracos movem-se para a região tipo N. Quando elétrons da região tipo N difundem com buracos na região tipo P e buracos da região tipo P difundem com elétrons na região tipo N, aparece uma camada de íons positivos no lado N e uma camada de íons negativos no lado P.

Estas duas camadas aparecem ao longo da linha de junção das duas regiões/semicondutores. Esta região de duas camadas de íons é conhecida como região de depleção ou camada de depleção porque não há carga nesta região porque todos se recombinam.

Uma vez formada a camada de depleção, nenhuma difusão de portadores de carga de ambas as regiões ocorre devido ao campo elétrico gerado desta região de depleção.

Se conectarmos o lado P de um diodo com terminal positivo de bateria e lado N com terminal negativo, isso é conhecido como polarização direta. Se aumentarmos a tensão de zero, no início não há corrente fluindo através do diodo, porque não há tensão suficiente para os portadores de carga cruzarem a barreira de potencial da camada de depleção. Quando a tensão aplicada através do diodo é maior que a tensão de limiar, somente então a corrente pode fluir no diodo.

Se conectarmos o lado N de um diodo com terminal negativo de bateria e lado P com terminal positivo, isso é conhecido como polarização reversa. Quando esta polarização é aplicada, os elétrons negativos no lado P atraem-se para o terminal negativo e buracos no lado N são atraídos para o terminal positivo. Como resultado, a camada de depleção fica mais larga e, portanto, o diodo bloqueia a corrente. É por isso que o diodo é um dispositivo unidirecional.

Capacitor

Um capacitor é um dispositivo usado para armazenar energia na forma de carga. São amplamente usados em muitas aplicações eletrônicas. Um capacitor é composto por duas placas metálicas e há um material dielétrico preenchido entre elas. Então, quando aplicamos um potencial elétrico através destas duas placas, um campo elétrico é criado entre elas. A carga positiva se acumula no lado negativo e a carga negativa se acumula no lado positivo.

Este processo continua até que ambas as placas tenham cargas suficientes e, nessa condição, o capacitor está em condição totalmente carregada. Ambas as placas têm a mesma carga com polaridades diferentes. Então, um campo elétrico se desenvolve entre estas placas. É assim que um capacitor mantém a carga. Vamos ver por que há um dielétrico entre as duas placas do capacitor.

O dielétrico tem moléculas que são polares, ou seja, podem mover-se para qualquer uma das placas baseando-se na carga aplicada nas placas. Portanto, as moléculas alinham-se de forma que mais elétrons possam ser atraídos para a placa negativa e mais elétrons possam ser repelidos da placa positiva. Agora, se removermos a bateria após carregar o capacitor totalmente, o capacitor pode manter esta carga por muito tempo. E é assim que atua como elemento de armazenamento de energia. Se aplicarmos uma carga através dos dois terminais do capacitor, ele começa a descarregar e a corrente começa a fluir através da carga conectada.

Um capacitor pode ser usado em muitos lugares. Uma das aplicações neste projeto. Pode ser usado como capacitor de bypass também. Capacitores de bypass são usados com CIs para filtrar ruído na fonte de alimentação, como lidar com ripples e flutuações causadas por chaveamento. Então, quando a fonte de alimentação corta naquele momento, o capacitor atua como fonte de alimentação temporária. Também podem ser usados em retificadores. Embora o retificador seja composto por diodos, o papel do capacitor também é importante.

A saída do retificador é uma forma de onda contínua que, se passada pelo capacitor, converte-se em sinal DC suave devido ao carregamento e descarregamento do capacitor. Mais uma aplicação do capacitor é em filtragem de sinais. São usados para projetar filtros amplamente usados em processamento de sinais. Então são usados em rádios para sintonizar a frequência de modo a selecionar o canal perfeito no qual se deseja ouvir. O último, mas não menos importante, uso de um capacitor é armazenar energia. Sua vida útil é muito melhor que baterias normais e podem entregar potência muito mais rápido, pois seu tempo de carregamento e descarregamento é realmente menor.

Diagrama do Circuito Triplicador de Tensão

O circuito é realmente muito simples. Você pode fazer este circuito em uma protoboard ou soldá-lo em placa perfurada. Você só precisa seguir o diagrama de circuito e está pronto. Primeiro, conecte o terminal de 9V do transformador com o terminal positivo do capacitor. Agora, conecte o terminal negativo deste capacitor ao terminal positivo do diodo e depois conecte o terminal negativo deste diodo ao terminal 0V do Transformador. Agora, conecte o terminal negativo de outro diodo com o terminal positivo deste diodo e terminal positivo com o terminal negativo de outro capacitor e então conecte o terminal positivo deste capacitor com terminal 0V do transformador.

Agora, você precisa conectar o terminal positivo do terceiro capacitor com o terminal negativo do diodo anterior e terminal negativo com o terminal positivo do terceiro diodo e então conectar o terminal negativo deste diodo com o terminal 0V do transformador.

Estamos usando um transformador 9-0-9 para abaixar a rede AC de 220V. Agora, no primeiro semiciclo positivo, o diodo D1 fica polarizado diretamente e o capacitor C1 carrega a partir de D1 até o valor de pico da tensão (Vpico). E, no semiciclo negativo, o diodo D2 é polarizado diretamente e o diodo D1 é polarizado reversamente. D1 não deixa descarregar o capacitor C1. O capacitor C2 carrega com a tensão combinada de C1 (Vpico) e tensão de pico negativa da rede AC, então carrega para 2Vpico.

Durante o segundo semiciclo positivo, diodos D1 e D3 conduzem e D2 fica polarizado reversamente. Então, o capacitor C3 carrega para a mesma tensão que C2, que é 2Vpico. Agora, como podemos ver, os capacitores C1 e C3 estão em série, então a tensão total através destes capacitores é Vpico + 2Vpico = 3Vpico. É assim que obtemos o valor triplicado da tensão aplicada como saída. Analiticamente, o cálculo acima pode estar correto. Mas temos que considerar o aspecto prático também. Na verdade, alguma tensão também cai através dos diodos, então a tensão de saída não é exatamente o triplo da tensão de entrada. Será:

Vout = 3 × Vpico – quedas de tensão nos diodos

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Funcionamento do Circuito Triplicador de Tensão

A tensão do lado de entrada será medida do transformador e a tensão do lado de saída será medida do terceiro diodo. Primeiro, ajuste o botão do multímetro digital para faixa 20V e meça a tensão de entrada e depois meça a tensão do lado de saída mudando a faixa. Neste projeto, usamos transformador de 9V para dar a entrada. Este valor é valor RMS, então para determinar tensão de pico a pico, precisamos multiplicar por √2, então Vpico = 9 × √2 = 12,7 V

Analiticamente, nossa saída deveria ser 12,7 × 3 = 38,1 V

Mas resulta em cerca de 37,3 V. Então, a queda de tensão nos diodos é 38,1 - 37,3 = 0,8V