Diagrama de circuito duplicador de voltaje básico usando 555 Timer IC

¿Cómo hacer un circuito duplicador de voltaje básico?

Como sugiere el nombre del artículo, hoy este artículo es para ayudar a diseñar un circuito que en su salida proporcione un voltaje que sea el doble del que se aplica en su entrada. Por ejemplo, suministrar una entrada de 10 V al circuito duplicador de voltaje dará 20 V en su salida.

Este es uno de los muchos circuitos que están fácilmente disponibles para la conversión de voltaje, pero es una forma económica y más eficiente de duplicar un voltaje en contraste con el uso de un transformador que es voluminoso. y, a veces, inconveniente para aplicaciones pequeñas.

Estos circuitos utilizan condensadores para almacenar energía y, de alguna forma, son un circuito rectificador. Los diodos de conmutación son generalmente diodos que ayudan a reducir el costo en lugar de usar una contraparte más costosa, por ejemplo, un MOSFET o un BJT.

El circuito duplicador de voltaje es un circuito de la familia de circuitos multiplicadores de voltaje. En este artículo, vamos a aprender cómo hacer un circuito duplicador de voltaje usando un temporizador 555 junto con otros componentes importantes y su breve descripción.

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Diagrama del circuito del duplicador de voltaje

Conecte los componentes correctamente de la misma manera que se muestra en la figura a continuación.

Componentes necesarios

1. 555-Temporizador IC
2. Diodos:1N4007
3. Resistencias:10kΩ y 33kΩ
4. Condensadores:22 μF y 0,01 μF
5. Una fuente de alimentación

555 Temporizador IC

El 555 timer IC es un circuito integrado que se utiliza en una variedad de aplicaciones de tiempo, generación de pulsos y osciladores. Introducido en 1972, el 555 Timer IC todavía se usa ampliamente debido a su muy bajo precio y estabilidad. El diagrama de pines del 555 Timer IC se muestra a continuación:

555 Temporizador IC
Número de pin	Nombre de PIN	Propósito
1	TIERRA	Voltaje de referencia a tierra
2	TRIG	Salida de controles
3	FUERA	Es impulsado a ~1.7V por debajo de VCC o a tierra
4	RESTABLECER	Restablecer un intervalo de tiempo
5	CTRL	Proporciona acceso al divisor de voltaje interno
6	THR	Actúa como el umbral de cuándo detener el intervalo de tiempo
7	DIS	Salida de colector abierto para descargar capacitor
8	VCC	Tensión de alimentación positiva

Hay tres modos de operación del Timer IC, que son modo biestable, monoestable y astable.

• En modo biestable, el circuito produce señales de dos estados estables que se encuentran en estados bajo y alto. Las señales de salida de las señales de estado alto y bajo se controlan reiniciando y activando los pines de entrada.
• En modo monoestable, el circuito genera solo un pulso cuando el temporizador recibe una indicación de la entrada del botón de activación.
• En modo astable, el circuito del IC produce un pulso continuo con una frecuencia exacta basada en el valor de las dos resistencias y capacitores que están conectados en el circuito externo.

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Diodo 1N4007

1N4007 es un diodo rectificador de unión PN. Estos tipos de diodos permiten solo el flujo de la corriente eléctrica en una dirección. 1N4007 tiene diferentes aplicaciones en la vida real, p. aplicaciones de diodos de rueda libre, rectificación de uso general de fuentes de alimentación, inversores, convertidores, etc.

Configuración de pines del diodo 1N4007
Número de pin	Nombre de marcador	Cargar
1	Ánodo	+Ve
2	Cátodo	-Ver

El diagrama anterior muestra la imagen simbólica y real del 1N4007. La comprensión de cualquier componente de un circuito eléctrico mejora enormemente cuando se conocen las características eléctricas de ese dispositivo.

1N4007 Características eléctricas
Parámetro	Valores	Unidades
Tensión directa a 1,0 A	1.1	V
Corriente inversa a 25°C	5	μA
Capacidad total a 1,0 MHz	15	pF
Corriente inversa máxima a plena carga a 75°	30	μA
Corriente directa rectificada promedio	1	A
Voltaje inverso repetitivo máximo	1000	V

Las características del diodo 1N4007 son las siguientes:

• Baja corriente de fuga
• Caída de tensión directa baja
• Alta capacidad de sobretensión hacia adelante

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Este diodo tiene muchas aplicaciones de la vida real en sistemas integrados, algunas de las principales aplicaciones asociadas con el diodo en particular se detallan a continuación:

1. Convertidores
2. Para fines de conmutación en sistemas integrados
3. Aplicaciones de diodos de rueda libre
4. Inversores
5. Rectificación general de alimentación de fuentes de alimentación
6. Para evitar la corriente inversa y proteger los microcontroladores como Arduino o el microcontrolador PIC.

Funcionamiento del circuito duplicador de voltaje

Como se ve en el diagrama del circuito, el circuito funciona en dos mitades que se complementan entre sí. La primera parte del circuito, que involucra el uso del temporizador 555, se usa en modo Astable, para generar un pulso de onda cuadrada.

La segunda parte del circuito es la que en realidad duplica el voltaje y consta de 2 capacitores y 2 diodos conectados de la manera que se muestra en el diagrama del circuito. El 555-timer tiene múltiples modos en los que hemos decidido hoy usar el modo multivibrador astable.

Este modo se puede usar para generar una onda cuadrada de aproximadamente 2 KHz usando una combinación de dos resistencias y un capacitor. Desde el circuito, podemos ver que cuando el pin 3 del temporizador IC tiene una salida baja, entonces el diodo D1 se polariza hacia adelante, lo que cargará el capacitor C3 a través de él.

Debido a que el capacitor se carga directamente desde el suministro, el capacitor también se cargará al voltaje igual al voltaje de entrada. Cuando el pulso del temporizador IC es alto, el pin 3 del IC mostrará una salida alta. Esto hará que el diodo D1 se polarice inversamente y bloquee la carga del condensador C3 que ahora se ha cargado a aproximadamente el mismo voltaje que el voltaje de suministro.

Cuando el diodo D1 tiene polarización inversa, el diodo D2 tendrá polarización directa y esto cargará el capacitor C4 a través de él. El condensador C4 también se cargará con la energía almacenada en el condensador C3. Ahora, el capacitor C4 tiene el doble del voltaje del voltaje de entrada porque se carga a través de dos caminos, uno desde el capacitor C3 que se cargó inicialmente al voltaje de suministro y otro camino es directamente a través del suministro.

En teoría, la salida de este circuito debe producir un voltaje en la salida igual al doble del voltaje en la entrada, pero en realidad la carga y descarga de un capacitor no es un proceso sin pérdidas, la energía almacenada en un condensador no se transmite completamente al otro condensador, y la carga del condensador tampoco es ideal.

Para el experimento realizado con el voltaje de entrada de 5V, la salida con el circuito es de alrededor de 8,7 a 8,8V en lugar de los 10V teóricos.

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Desventajas

Aunque el circuito es una manera simple y fácil de convertir el voltaje de entrada en el doble de su valor, tiene sus desventajas. Conocer de antemano todas las ventajas y desventajas del circuito nos permitirá analizar adecuadamente los resultados. Las desventajas se enumeran a continuación.

1. El circuito es un truco muy útil para producir un voltaje más alto a partir de un valor bajo, pero el circuito solo se puede usar para que la corriente de salida sea inferior a 50 mA. Eso significa que solo puede impulsar aplicaciones que requieren clasificaciones de corriente muy bajas.
2. Debido a que la salida implica la carga y descarga de capacitores y dispositivos de conmutación como diodos, la salida del circuito generalmente es inestable, por lo que se puede usar un IC regulador para regular y suavizar la forma de onda de salida. Pero este IC tomará su propia parte de corriente, por lo que se deben hacer los cálculos y ajustes pertinentes para que el circuito no funcione por encima del límite del paso de corriente.

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Precauciones

Hay algunas precauciones que deben tomarse al hacer y trabajar con el circuito. Estos se enumeran a continuación.

1. Debido a las limitaciones del temporizador IC, el voltaje de entrada del circuito no puede ser superior a 12 V ni inferior a 3 V, elegir un voltaje entre 3 y 12 V garantizará un trabajo seguro y no se dañarán los componentes.
2. Como se discutió anteriormente, el funcionamiento del circuito depende de la carga y descarga de los capacitores y, por lo tanto, el circuito no dará la salida del valor requerido de inmediato tan pronto como el circuito está enchufado con un voltaje de suministro, pero tomará un tiempo antes de que se estabilice al doble del voltaje de entrada.
3. La corriente de carga no debe exceder un valor establecido que depende del circuito. Generalmente, la corriente es de alrededor de 50 a 70 mA.
4. Debido a que el capacitor C4 se cargará para duplicar el voltaje de suministro, la clasificación de voltaje de este capacitor en particular debe ser al menos el doble del voltaje de entrada, a diferencia de otros capacitores cuya clasificación de voltaje puede ser igual al menos al valor de la tensión de alimentación.
5. Como se discutió anteriormente, el voltaje en la salida del circuito depende de la carga y descarga de los capacitores. Los tiempos de carga y descarga de un capacitor varían de manera errática, por lo que las medidas exactas pueden no cumplir con los valores teóricos. Esto se suma aún más porque la carga y descarga de capacitores no son procesos energéticamente eficientes ni bloqueados por energía. Eso significa que la energía no se transmite por completo y genera pérdidas. El valor de salida del circuito con voltaje de entrada de 5 V será de alrededor de 8,7 V, mientras que el valor de salida del circuito con voltaje de entrada de 12 V será de alrededor de 18-20 V.

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