Multiplicador de tensión

Acdc_high_voltage

Práctica para realizar un multiplicador de tensión, utilizando una fuente de señal alterna, o como dice la banda ac/dc, high voltage

Los objetivos de esta primera actividad del módulo de electrónica los podemos enumerar como:

  1.  Tomar contacto con los esquemas electrónicos
  2. Conocer el proceso de soldadura de baja temperatura con estaño y soldador
  3. Introducir el funcionamiento real de un componente activo ( diodo ) y otro pasivo ( Condensador )
  4. Indagar sobre causas de posibles fallos en el funcionamiento ( no se especifican para que el alumno no tenga “pistas” )
  5. Relacionar los factores de tensión y corriente en un proceso donde estas variables aumentan ( la tensión ).
  6. Estudiar el uso que este tipo de circuito tiene en la vida cotidiana ( raqueta de mosquitos, valla para animales, etc )

Esta actividad, aunque se puede hacer con algunos de los simuladores que conocemos ( cocodrile, proteus, .. ) es aconsejable hacerla, dado que el proceso  soldadura es fundamental que sea conocido por el alumno, dada la utilidad que tiene en todos los módulos del ciclo. Pasamos a exponer los pasos para su realización.

Antes de hacer esta primera actividad, es aconsejable realizar unos ejercicios breves con el programa que vayamos a usar, en nuestro caso crocodile. estas actividades son las siguientes:

IMPORTANTE. Abrir Open office e ir guardando las actividades que se anuncien en esta práctica. Los archivos que se creen por el programa deberán ser guardados en la misma carpeta que contiene la memoria.

  1. Montar un circuito que tenga tres resistencias  en serie del mismo valor. Medir las tensiones que caen en los bornes de las resistencias
  2. Hacer lo mismo que el punto 1, pero variando el valor de las resistencias.
  3. Montar un circuito con un diodo y un condensador en serie. Visualizar la señal que tenemos a la entrada ( generador ) y la señal que hay en bornes del condensador. Cuidado donde ponemos la masa.
  4. Ahora montaremos el un circuito parecido, pero vamos a ver como influye poner una pila en medio. En este caso, hacemos lo mismo que antes, y medimos donde muestra la sonda con la masa abajo. Luego, cambiar la masa en el punto b
    diodo y condensador

Veremos un poco de teoría de cómo funciona un multiplicado, con las premisas de que los componentes que utilizamos ya ha sidos estudiados en teoría.

doblador tensionVeremos como se puede doblar una tensión en un circuito sencillo con un generador de 10 voltios senoidal.

Este circuito está montado con crocodile. Pasamos a explicarlo.

La resistencia de 100 Ohmios, es sólo para limitar la corriente de carga del condensador. Tenemos un primer paso que es el momento que aparece el ciclo positivo en la parte superior del

doblador tension 1

generador. En ese momento, se va a cargar el condensador superior gracias a la polarización directa del diodo horizontal. El esquema que tenemos es el siguiente

En este caso el condensador va a tomar la máxima tensión del generador, o sea 10 voltios, con el polo positivo en la parte superior ( placa de arriba del condensador )

doblador tension 2

En el segundo caso, ahora aparece el ciclo negativo arriba ( y por tanto, el terminal de abajo del generador tiene una tensión positiva ) .En ese caso, van a trabajar el diodo vertical y condensador de abajo. tenemos el siguiente circuito equivalente

Ahora se carga el condensador a 10 voltios con la placa de arriba positiva.

El resultado son dos condensadores puestos en serie cuyas tensiones se suman, 10 + 10 =  20 voltios. Ya tenemos nuestro doblador.

La primera actividad que tenemos que hacer es

    1. Instalar el programa crocodile en nuestro Pc
    2. Montar el esquema superior y poner dos pinzas medidoras o sondas  ( probe ) a la entrada del generador y a la salida del circuito. Hay que tener cuidado porque las sondas toman la medida respecto de la masa, que hay que poner.
    3. Visualizar las señales en el programa, utilizando la herramienta visualizar ondaque se indica
    4. Responde.  Con este circuito, ¿  es posible seguir multiplicando la tensión, repitiendo el proceso ?

Pasamos a simular ahora otro circuito parecido al anterior. En este caso podemos empezar viendo un vídeo donde se explica un triplicador.

[hoops name=”multiplicador de tension”]

 

triplicador 1

Si han quedado dudas, lo volvemos a explicar. Si no hay dudas, pasar a la actividad  2 El circuito necesario para pasar de una tensión a tres veces la tensión, es el que mostramos encima de estas líneas. Se han puesto tres sondas para indicar como evolucionan las tensiones respecto de la masa. La azul es la salida del generador ( senoidal de 10 voltios de pico ). la siguiente es la roja y ya tenemos una tensión de 20 voltios máxima. Esto nos puede llevar a confusión. La primera celda, compuesta por C1 y D1 se encarga de cargar el condensador a la máxima tensión posible. Esa tensión es 10 voltios, porque es la máxima que puede ofrecer el generador. Por tanto, una vez cargado el condensador a 10 voltios, éste se queda cargado de forma indefinida. El motivo por lo que sube desde 0 a 20 es debido a cómo estamos midiendo la tensión, desde masa a la placa cargada positivamente. Como tenemos dos elementos en serie, la tensión se suma y hay momentos donde el generador ofrece – 10 voltios, por tanto, -10 mas 10 = 0.

Luego tenemos el condensador C2, que se carga con 20 voltios, o sea la máxima tensión del generador junto a la carga de C1, Esto se produce gracias a la polarización positiva del diodo D2

El tercer paso es cómo se carga C3. Para ello, tenemos que ver qué diodo está polarizado en directo y cómo se cierra la corriente. Si nos fijamos en el circuito, el diodo que puede conducir es D3 y, por tanto tenemos un circuito de carga de C3 compuesto por el generador, C1, C3, D3 y C2, o sea, la malla de fuera. Si sumamos las tensiones tenemos las tensiones fijas de 10 voltios de C1, la de 20 Voltios de C2 y la variable del generador. Como C1 tiene una tensión que contribuye a restar en la carga, tenemos una tensión de carga efectiva de los condensadores de 10 voltios, que hay que sumar con la tensión con la que contribuye el generador ( 10 voltios ) que dan un total de 20 voltios.

 

Actividad 2. 

  1. Montar un circuito con el mismo programa que multiplique la tensión 9 veces
  2. Poner las sondas a la entrada y a la salida con la masa en la parte inferior del generador.
  3. Visualizar las tensiones que nos dan las sondas
  4. Cambiar la masa al terminal superior del generador. ¿ Cómo cambian las señales ?

Actividad 3.  Pasamos a montar el circuito en la práctica

  1. Sobre una tabla de contrachapado, dibujar el circuito de la actividad 2. Tener en cuenta las distancias en el dibujo considerando las longitudes de los componentes
  2. Pinchar una chincheta en los puntos de unión de los componentes.
  3. Leer bien el siguiente punto sobre soldadura, pero antes de hacerlo, podéis practicar soldando cables sueltos. de esta forma, cuando tenemos los resultados óptimos, pasamos a realizar soldaduras en la prática
  4. Para crear la soldadura, juntar los componentes que vayan unidos, aplicar calor al conjunto, priorizando el cuerpo mas grande a calentar, que en este caso es la chincheta. Una vez que está caliente, se aplica el estaño a la unión para que se derrita el estaño y se forme una capa de soldadura brillante. Este proceso de aplicar estaño y formar la bola de soldadura suele durar 2 o 3 segundos. Si nos pasamos con el tiempo, se estropean las resinas que trae la aleación de estaño y la soldadura no queda bien.
  5. Una vez terminado todo el montaje, conectar el generador de entrada y los terminales de salida.
  6. Comprobar que , al unir los cables de salida, se produce una pequeña chispa. El arco eléctrico será mayor en la medida que sigamos añadiendo condensadores y diodos.