Multiplicadores de tensión multietapa.

Hola estudiantes. En este tutorial os voy a hablar sobre los multiplicadores de tensión multietapa que nos permitirán aumentar la tensión de salida de un circuito doblador generando nuevas etapas por cada nivel de ampliación deseado.

Por eso este tipo de multiplicadores de tensión son llamados también multiplicadores en cascada, porque devolverán una salida de tensión en función del número de elementos que dispongan.

Este tipo de circuito se fundamenta en que por cada etapa del circuito se consigue doblar la tensión de entrada. Y aunque parece difícil el diseño, montaje es de lo más sencillo.

Los multiplicadores multietapas son rectificadores de tensión alterna conectado en fase con condensadores que acumulan parte de su ciclo rectificado y lo sacan aprovechando el conjunto de otro condensador, sumando así los ciclos rectificados.

El multiplicador multietapa se llama también generador Cockcroft - Walton, aunque fue diseñado principalmente por Heinrich Greinacher por lo que está bien dicho llamarlo multiplicador de Greinacher.

El siguiente circuito muestra un circuito en cascada CW. Puedes ver un cuadriplicador de tensión:

En este circuito el funcionamiento es el siguiente:

Cuando sobre C₁ se aplica la tensión alterna positiva, el diodo que conduce es el D₂. Eso hace que se carguen los condensadores C₁, C₂ y vuelva la corriente a la masa a través del mismo C₂ (Por la gran diferencia de potencial que produce C₂). Ahora los dos condensadores C₁ y C₂ tienen una carga igual a la de la fuente y como están en serie entre sí, en el extremo de D2 cae el doble de la tensión de entrada y C₂ está cargado al doble de la tensión de alimentación.

Cuando se invierte el ciclo y sobre C₁ se aplica tensión negativa que hace que el condensador se descargue. Como el extremo conectado a C₂ es negativo y conduce D₁, C₂ se descarga a través de D₃ al cual le está llegando tensión negativa por un terminal procedente de C₁. Por el otro terminal del condensador le llega la corriente de C₂ y que como es de 2E, lo carga a una tensión de 3E.

Con el nuevo cambio de ciclo, ahora el diodo que conduce es D₄, que carga el condensador C₄ con una nueva tensión de alimentación. Como C₃ ya estaba a 3E, la suma con este nuevo valor pone en el condensador la tensión de 4E a la salida del circuito.

Construcción del multiplicador.

Operacionalmente hablando estamos hablando que el multiplicador en cascada CW es un rectificador al que se le ha agregado un par de condensadores para que acumulen su tensión rectificada en ambos ciclos.

Como puedes ver el condensador C₁ es el que se conecta directamente a la línea de alimentación alterna. Por el otro extremo se conecta al punto medio de los diodos rectificadores por el que, por un lado tiene un ánodo y por el otro un cátodo; y entre ambos diodos, en paralelo otro condensador acumula la tensión rectificada en cada ciclo. Fíjate también que en uno de los extremos del conjunto de los rectificadores se conecta al otro extremo del generador de alterna para cerrar el circuito. Aquí se puede apreciar mejor el ciclo de trabajo:

Durante el ciclo positivo, el condensador C₁ se carga a la tensión de la fuente. El diodo que conduce es el de la derecha porque su ánodo se polariza directamente. La corriente pasa por el condensador C₂, cargándolo a la tensión de la fuente y vuelve a masa por el otro extremo del condensador.

En el cambio de semiciclo, la tensión del condensador C₁, impide circular a la corriente por el mismo, ya que es inversa a la anterior y éste se descarga. Por lo que la corriente circula de masa hacia el extremo de C, el cual tiene una carga de la fuente de mismo sentido al de la carga actual. Eso hace que se cargue al doble de la tensión de alimentación. Ahora como el sentido es inverso, vuelve a masa a través del cátodo de uno de los rectificadores y pasando por el condensador C₁.

Ahora la salida se puede aplicar desde el extremo del condensador C₂ y masa. Esa salida será 2E, es decir el doble de la tensión de salida. Si agregas en serie más etapas duplicadoras, podrás conseguir mayores tensiones de salida.

Problemas con este circuito.

Como he mencionado en otros vídeos de mi canal de Youtube, la intensidad de salida de dicho circuito no es proporcional a la tensión obtenida. Eso se debe a las cargas del sistema y la tensión de la fuente.

En otras entradas he hablado sobre los tipos de generadores y su resistencia interna. Esto ahora mismo tampoco es importante, pero simplemente tienes que saber que si una fuente proporciona 100mA de corriente (como por ejemplo una fuente de tensión), a la salida del multiplicador no vas a obtener mucha más corriente, porque la fuente no puede proporcionarte dicha corriente.

Es más, en cada fase multiplicadora, la corriente total disminuirá gracias a la impedancia que se va agregando en cada etapa por los condensadores. De hecho no solo disminuirá la corriente, sino que la tensión tampoco será un múltiplo exacto de la teórica porque en los diodos rectificadores caerá también una tensión de polarización que reducirá su valor final.

El circuito multiplicador en cascada CW o de Greinacher, es un buen circuito para obtener tensiones elevadas cuando a la entrada tenemos tensiones alternas. Estos circuitos se suelen usan para acelerar partículas en los aceleradores de partículas, ya que se pueden generar millones de voltios para dicho fin.

Y también son muy usados en medicina para equipos de rayos X. Y son muy usados en equipos de televisión para desviar el flujo de partículas y que incidan en el tubo catódico de las antiguas pantallas de televisión (amplificadores verticales y horizontales de dirección de cargas eléctricas).

Te dejo el enlace del vídeo para que aprendas más sobre los multiplicadores de tensión. Gracias por tu visita y no olvides: COMPARTIR, USAR y MEJORAR.