Construye un Duplicador de Voltaje Fiable con CI 555 – Diagrama Paso a Paso

¿Cómo Hacer un Circuito Duplicador de Voltaje Básico?

Como sugiere el título, este artículo ayuda a diseñar un circuito que en su salida entrega un voltaje doble al aplicado en su entrada. Por ejemplo, suministrando 10V de entrada al circuito duplicador se obtendrán 20V en la salida.

Este es uno de muchos circuitos disponibles para conversión de voltaje, pero es una forma barata y eficiente de duplicar voltaje frente a usar transformador voluminoso e incómodo para aplicaciones pequeñas.

Estos circuitos usan capacitores para almacenar energía y son, en cierta forma, circuitos rectificadores. Los diodos conmutadores son generalmente diodos, que reducen costos frente a alternativas caras como MOSFET o BJT.

El circuito duplicador de voltaje pertenece a la familia de circuitos multiplicadores de voltaje. En este artículo aprenderemos a hacer un duplicador de voltaje usando temporizador 555 junto con otros componentes importantes y su descripción.

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Diagrama Circuito Duplicador de Voltaje

Conecte los componentes exactamente como se muestra en la figura siguiente.

Componentes Requeridos

1. CI Temporizador 555
2. Diodos – 1N4007
3. Resistencias – 10kΩ y 33kΩ
4. Capacitores – 22μF y 0.01μF
5. Fuente de alimentación

CI Temporizador 555

El CI 555 es un circuito integrado usado en variedad de aplicaciones temporización, generación pulsos y oscilador. Introducido en 1972, sigue en uso extendido por su bajo precio y estabilidad. Diagrama pines del CI 555:

CI Temporizador 555
Nº Pin	Nombre Pin	Función
1	GND	Referencia voltaje tierra
2	TRIG	Controla salida
3	OUT	Impulsado a ~1.7V bajo Vcc o tierra
4	RESET	Reinicia intervalo temporización
5	CTRL	Acceso divisor voltaje interno
6	THR	Umbral para detener temporización
7	DIS	Colector abierto para descargar capacitor
8	VCC	Voltaje alimentación positivo

Hay tres modos operación del CI 555: bistable, monoestable y astable.

• Modo bistable: produce señales 2 estados estables (bajo y alto). Salidas controladas por reset y activación pines entrada.
• Modo monoestable: genera pulso único cuando temporizador recibe indicación desde entrada trigger.
• Modo astable: produce pulso continuo con frecuencia exacta basada en valores dos resistencias y capacitores conectados en circuito externo.

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Diodo 1N4007

1N4007 es diodo rectificador unión PN. Permite flujo corriente eléctrica en una sola dirección. Aplicaciones: diodos rueda libre, rectificación general fuentes alimentación, inversores, convertidores, etc.

Pinout Diodo 1N4007
Nº Pin	Nombre Pin	Carga
1	Ánodo	+Ve
2	Cátodo	-Ve

El diagrama muestra representación simbólica y foto real del 1N4007. El entendimiento de cualquier componente mejora al conocer sus características eléctricas.

Características Eléctricas 1N4007
Parámetro	Valores	Unidades
Voltaje directo a 1.0 A	1.1	V
Corriente inversa a 25°C	5	μA
Capacitancia total a 1.0 MHz	15	pF
Corriente inversa carga máx a 75°C	30	μA
Corriente directa rectificada media	1	A
Voltaje inverso repetitivo pico	1000	V

Características diodo 1N4007:

• Baja corriente fuga
• Baja caída voltaje directo
• Alta capacidad sobretensión directa

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Aplicaciones reales en sistemas embebidos:

1. Convertidores
2. Conmutación en sistemas embebidos
3. Aplicaciones diodos rueda libre
4. Inversores
5. Rectificación general fuentes alimentación
6. Evitar corriente inversa y proteger microcontroladores como Arduino o PIC

Funcionamiento Circuito Duplicador de Voltaje

Como se ve en diagrama, el circuito trabaja en dos mitades que se complementan. Primera parte, con CI 555, funciona en modo Astable para generar pulso onda cuadrada.

Segunda parte duplica el voltaje y consiste en 2 capacitores y 2 diodos conectados como muestra diagrama. Usamos modo Multivibrador Astable del 555.

Este modo genera onda cuadrada ~2KHz usando combinación dos resistencias y un capacitor. Del circuito: cuando pin 3 del CI 555 tiene salida LOW, diodo D1 se polariza directo, cargando capacitor C3 a través de él.

Al cargarse directamente de la fuente, C3 alcanza voltaje igual al voltaje entrada. Cuando pulso del CI 555 es HIGH, pin 3 muestra salida HIGH. D1 se polariza inversa, bloqueando carga de C3 (ya cargado aproximadamente a voltaje fuente).

Cuando D1 polarizado inversa, D2 se polariza directo y carga capacitor C4 a través de él. C4 carga con energía almacenada en C3. Ahora C4 tiene el doble de voltaje entrada porque carga por dos vías: una desde C3 (cargado inicialmente a voltaje fuente) y otra directamente desde la fuente.

En teoría, salida debe producir voltaje igual al doble del entrada, pero en realidad carga/descarga capacitor no es proceso sin pérdidas, energía almacenada no se transmite totalmente a otro capacitor, y carga tampoco es ideal.

En experimento con entrada 5V, salida del circuito ronda 8.7-8.8V en vez de 10V teóricos.

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Desventajas

Aunque circuito es forma simple y fácil de convertir voltaje entrada al doble, tiene desventajas. Conocerlas permite analizar resultados correctamente:

1. Circuito útil para producir voltaje alto desde valor bajo, pero solo usable para corriente salida <50mA. Solo impulsa aplicaciones que requieren corriente muy baja.
2. Por involucrar carga/descarga capacitores y dispositivos conmutación (diodos), salida es generalmente inestable. Puede usarse CI regulador para regular y suavizar forma onda, pero este consume su propia corriente, así que cálculos y ajustes relevantes deben hacerse para no superar límite paso corriente.

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Precauciones

Precauciones al hacer y trabajar con el circuito:

1. Por limitaciones CI 555, voltaje entrada no puede ser >12V ni <3V. Elegir voltaje entre 3-12V asegura funcionamiento seguro sin dañar componentes.
2. El funcionamiento depende de carga/descarga capacitores, así que circuito no dará valor requerido inmediatamente al enchufar, sino que tardará en estabilizarse al doble del voltaje entrada.
3. Corriente carga no debe exceder valor establecido según circuito. Generalmente ~50-70mA.
4. Como capacitor C4 cargará al doble del voltaje fuente, su tensión nominal debe ser al menos el doble del voltaje entrada, a diferencia de otros capacitores cuya tensión nominal puede ser al menos el voltaje fuente.
5. Voltaje salida depende de carga/descarga capacitores. Tiempos carga/descarga varían erráticamente, así que mediciones exactas pueden no cumplir valores teóricos. Además, carga/descarga no son procesos eficientes energéticamente ni de bloqueo energético: energía no se transmite totalmente y hay pérdidas. Valor salida con entrada 5V será ~8.7V; con entrada 12V será ~18-20V.

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