Diagrama de Circuito do Dobrador de Tensão Básico usando 555 Timer IC

Como fazer um circuito dobrador de tensão básico?

Como o nome do artigo sugere, hoje este artigo é para ajudar a projetar um circuito que em sua saída fornece uma tensão que é o dobro daquela aplicada em sua entrada. Por exemplo, fornecer uma entrada de 10 V ao circuito dobrador de tensão fornecerá 20 V em sua saída.

Este é um dos muitos circuitos que estão prontamente disponíveis para conversão de tensão, mas é uma maneira barata e mais eficiente de dobrar uma tensão em comparação com o uso de um transformador volumoso e às vezes inconveniente para pequenas aplicações.

Esses circuitos usam capacitores para armazenar energia e são de alguma forma um circuito retificador. Os diodos de comutação são geralmente diodos, que ajudam a reduzir o custo em vez de usar uma contraparte mais cara, por exemplo, um MOSFET ou um BJT.

Circuito dobrador de tensão é um circuito da família do circuito multiplicador de tensão. Neste artigo, vamos aprender como fazer um circuito dobrador de tensão usando um temporizador 555 junto com outros componentes importantes e sua breve descrição.

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Diagrama de circuito do dobrador de tensão

Conecte os componentes corretamente da mesma forma mostrada na figura abaixo.

Componentes obrigatórios

1. 555-Timer IC
2. Diodos – 1N4007
3. Resistores – 10kΩ e 33kΩ
4. Capacitores – 22μF e 0,01μF
5. Uma fonte de alimentação

555 Timer IC

O IC do temporizador 555 é um circuito integrado usado em uma variedade de aplicações de tempo, geração de pulso e oscilador. Introduzido em 1972, o 555 Timer IC ainda está em uso generalizado devido ao seu preço muito baixo e estabilidade. O diagrama de pinos do 555 Timer IC é dado abaixo:

555 Timer IC
Nº do pino	Nome do PIN	Propósito
1	GND	Tensão de referência de terra
2	TRIG	Controla a saída
3	SAÍDA	É conduzido para ~1,7 V abaixo de VCC ou para aterrar
4	REINICIAR	Redefinir um intervalo de tempo
5	CTRL	Fornece acesso ao divisor de tensão interno
6	THR	Atua como o limite de quando parar o intervalo de tempo
7	DIS	Saída de coletor aberto para descarregar o capacitor
8	VCC	Tensão de alimentação positiva

Existem três modos de operação do Timer IC, que são o modo biestável, monoestável e astável.

• No modo biestável, o circuito produz sinais de estado 2-estáveis ​​que estão nos estados baixo e alto. Os sinais de saída dos sinais de estado baixo e alto são controlados pela reinicialização e ativação dos pinos de entrada.
• No modo monoestável, o circuito gera apenas um único pulso quando o temporizador recebe uma indicação da entrada do botão de disparo.
• No modo astável, o circuito do CI produz um pulso contínuo com frequência exata com base no valor dos dois resistores e capacitores que estão conectados no circuito externo.

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1N4007 Diodo

1N4007 é um diodo retificador de junção PN. Esses tipos de diodos permitem apenas o fluxo da corrente elétrica em uma direção. 1N4007 tem diferentes aplicações da vida real, por ex. aplicações de diodos de roda livre, retificação de uso geral de fontes de alimentação, inversores, conversores etc.

1N4007 Pinagem do diodo
Nº do pino	Nome do pino	Cobrar
1	Anodo	+V
2	Catodo	-Ve

O diagrama acima mostra a imagem simbólica e real do 1N4007. A compreensão de qualquer componente de um circuito elétrico é muito melhorada quando as características elétricas desse dispositivo são conhecidas.

1N4007 Características elétricas
Parâmetro	Valores	Unidades
Tensão direta a 1,0 A	1,1	V
Corrente reversa a 25°C	5	μA
Capacitância total a 1,0 MHz	15	pF
Corrente reversa máxima de carga total a 75°	30	μA
Corrente direta retificada média	1	A
Pico de tensão reversa repetitiva	1000	V

Os recursos do diodo 1N4007 são os seguintes:

• Baixa corrente de fuga
• Baixa queda de tensão direta
• Capacidade de alta oscilação de avanço

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Este diodo tem muitas aplicações da vida real em sistemas embarcados, algumas das principais aplicações associadas ao diodo específico são fornecidas abaixo:

1. Conversores
2. Para fins de comutação em sistemas incorporados
3. Aplicativos de diodos de roda livre
4. Inversores
5. Retificação geral de energia de fontes de alimentação
6. Para evitar a corrente reversa e proteger microcontroladores como Arduino ou microcontrolador PIC.

Funcionamento do circuito dobrador de tensão

Como visto no diagrama do circuito, o circuito funciona em duas metades que se complementam. A primeira parte do circuito, que envolve o uso do timer 555, é utilizada no modo Astable, para gerar um pulso de onda quadrada.

A segunda parte do circuito é aquela que realmente dobra a tensão e consiste em 2 capacitores e 2 diodos conectados da maneira mostrada no diagrama de circuito. O temporizador 555 possui vários modos nos quais decidimos hoje usar o modo Multivibrador astável.

Este modo pode ser usado para gerar uma onda quadrada de aproximadamente 2KHz usando uma combinação de dois resistores e um capacitor. A partir do circuito, podemos ver que quando o pino 3 do temporizador IC tem uma saída baixa, então o diodo D1 fica polarizado diretamente, o que carregará o capacitor C3 através dele.

Como o capacitor é carregado diretamente da fonte, o capacitor também será carregado com a tensão igual à tensão de entrada. Quando o pulso do IC do temporizador estiver alto, o pino 3 do IC mostrará uma saída alta. Isso fará com que o diodo D1 inverta a polarização e isso bloqueia o carregamento do capacitor C3 que agora foi carregado para aproximadamente a tensão igual à tensão de alimentação.

Quando o diodo D1 é polarizado inversamente, o diodo D2 será polarizado diretamente e isso carregará o capacitor C4 através dele. O capacitor C4 também será carregado com a energia armazenada no capacitor C3. Agora o capacitor C4 tem o dobro da tensão da tensão de entrada porque é carregado através de dois caminhos, um do capacitor C3 que foi carregado inicialmente na tensão de alimentação e outro caminho é diretamente através da alimentação.

Em teoria, a saída deste circuito deve produzir uma tensão na saída igual ao dobro da tensão na entrada, mas na realidade a carga e descarga de um capacitor não é uma processo sem perdas, a energia armazenada em um capacitor não é totalmente transmitida para o outro capacitor, e o carregamento do capacitor também não é ideal.

Para o experimento feito com a tensão de entrada de 5V, a saída com o circuito fica em torno de 8,7 a 8,8V ao invés dos 10V teóricos.

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Desvantagens

Embora o circuito seja uma maneira simples e fácil de converter a tensão de entrada no dobro de seu valor, ele vem com sua parcela de desvantagens. Conhecer todas as vantagens e desvantagens do circuito de antemão nos permitirá analisar adequadamente os resultados. As desvantagens estão listadas abaixo.

1. O circuito é um truque muito útil para produzir uma tensão mais alta a partir de um valor baixo, mas o circuito só pode ser usado para que a corrente de saída seja inferior a 50mA. Isso significa que ele só pode acionar aplicativos que exigem classificações de corrente muito baixas.
2. Como a saída envolve carregar e descarregar capacitores e dispositivos de comutação, como diodos, a saída do circuito geralmente é instável, portanto, um IC regulador pode ser usado para regular e suavizar a forma de onda de saída. Mas este CI terá sua própria parcela de corrente, então os cálculos e ajustes relevantes devem ser feitos para que o circuito não funcione acima do limite da passagem de corrente.

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Precauções

Existem algumas precauções a serem tomadas ao fazer e trabalhar com o circuito. Esses estão listados abaixo.

1. Devido às limitações do timer IC, a tensão de entrada do circuito não pode ser maior que 12V e menor que 3V, escolher uma tensão entre 3 e 12V garantirá um funcionamento seguro e nenhum dano será causado aos componentes.
2. Como discutido acima, o funcionamento do circuito depende da carga e descarga dos capacitores e, portanto, o circuito não fornecerá a saída do valor necessário imediatamente assim que o circuito está conectado com uma tensão de alimentação, mas levará um tempo até que ela se estabeleça com o dobro da tensão de entrada.
3. A corrente de carga não deve exceder um valor definido que depende do circuito. Geralmente, é em torno de 50 a 70mA de corrente.
4. Como o capacitor C4 será carregado para dobrar a tensão de alimentação, a tensão nominal desse capacitor em particular deve ser pelo menos duas vezes a tensão de entrada, ao contrário de outros capacitores cuja tensão nominal pode ser igual a pelo menos o valor da tensão de alimentação.
5. Como discutido acima, a tensão na saída do circuito depende da carga e descarga dos capacitores. Os tempos de carga e descarga de um capacitor variam de forma irregular, portanto, as medidas exatas podem não estar de acordo com os valores teóricos. Isso se soma ainda mais porque o carregamento e descarregamento de capacitores não são processos energeticamente eficientes e não bloqueados por energia. Isso significa que a energia não é totalmente transmitida e resulta em perdas. O valor de saída do circuito com tensão de entrada de 5V será de cerca de 8,7V, enquanto o valor da saída do circuito com tensão de entrada de 12V será de cerca de 18-20V.

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