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MOLTIPLICATORE DI TENSIONE tipo: livello:
Con alcuni semplici diodi e condensatori si possono raggiungere tensioni di alcuni Kilovolt!
 
 



Moltiplicatori di tensione

I testi di elettronica abbondano sulle spiegazioni di uno fra i più semplici componenti elettronici, il diodo.

Spesso però, ne viene "dimenticata" un'applicazione abbastanza interessante ed elastica, con la quale si può ovviare molto economicamente a necessità particolari di alimentazione elettrica di alcuni apparati/strumenti.

Con i seguenti circuiti "moltiplicatori di tensione", si può, partendo da una tensione alternata, generare una tensione continua teoricamente grande quanto si vuole; basta solo aggiungere in serie "celle" di diodi e condensatori al circuito.

Nella figura seguente si può notare uno dei più semplici di questi circuiti, formato solo da diodi e condensatori

Funzionamento: partendo da sinistra, abbiamo la prima "cella" composta da un diodo ed un condensatore; il generatore di tensione alternata quindi carica il condensatore tramite il diodo, ad una tensione di picco pari a:

Vp=(Vac*1,4142)-0,7

Avendo una tensione in ingresso pari a 10 volt, il primo condensatore si caricherà quindi a 13,44 volt circa.

Sappiamo bene che i condensatori in corrente alternata hanno una loro specifica impedenza (inversamente proporzionale alla frequenza), quindi con questa configurazione saremo in grado di far passare corrente (quindi applicare una tensione) alla seconda "cella", la quale si comporterà come la prima, con la differenza che, avendo il primo condensatore già carico, dopo qualche ciclo la tensione ai capi del secondo condensatore sarà quasi il doppio di quella del primo! Ed esattamente:

Vp(2° condensatore) = (2*Vac*1,4142)-1,4

Riprendendo l'esempio precedente, con un generatore di 10 volt, si otterrà sul secondo condensatore una tensione continua pari a 26,88 volt!

Inutile dire che il funzionamento per le "celle" seguenti é identico ed i condensatori seguenti avranno tutti una tensione pari a 2*Vp.

Per sfruttare al meglio la sinusoide in ingresso e diminuire il ripple all'uscita del moltiplicatore, si può utilizzare la seguente configurazione del "moltiplicatore di tensione ad onda intera" che ha fatto vincere il premio Nobel per la fisica ad un "personaggione" del passato:

Ovviamente si tratta di un circuito più dispendioso perchè necessita di un trasformatore a presa centrale e di un numero maggiore di componenti; la logica di funzionamento é comunque la stessa del circuito precedente: i primi 2 condensatori sulla sinistra verranno caricati ad una tensione "Vp" e tutti gli altri a 2*Vp.

Un'ultima e poco usata configurazione di questo tipo di applicazione é la seguente:

Questo circuito é caratterizzato da una miglior risposta in corrente ed un minor tempo di carica dei condensatori; Il suo svantaggio é dovuto dal fatto che, a differenza delle configurazioni precedenti, la tensione di lavoro dei condensatori deve essere sempre più alta per ogni cella che si aggiunge. Per fare un esempio, il condensatore in figura più vicino ai morsetti "Vout" avendo Vac sempre 10 volt, si caricherà ad una tensione pari a:

V(Cout) = (Vp+2*Vp+4*Vp+6*Vp)-4,2 = 179,64 Volt!!!

Cito una frase abbastanza conosciuta: "La corrente NON SI VEDE e quando SI SENTE é ormai TROPPO TARDI"

Questo non per intimorire nessuno, ma solo per ricordare a tutti di utilizzare le adeguate attenzioni; nelle cabine elettriche é obbligatoria la presenza di guanti isolanti fino a 30.000 volt, questi guanti hanno una determinata scadenza e devono essere sostituiti, se chiedete a qualche elettricista ve ne potrà regalare un paio scaduti e vedrete che saranno ancora in ottimo stato per utilizzarli nei vostri esperimenti.

Un foglio di polistirolo spesso 1,5 centimetri posato sul pavimento con un cartone sopra, per quanto possa sembrare ridicolo, diventa una pedana isolante capace di sopportare anche 20.000 volt; é ovvio che NON dovete avere assoluta fiducia di questo mezzo, ma a livello di PREVENZIONE, se accidentalmente dovessimo toccare un cavo in tensione, questo semplice "dispositivo" da 3 euro potrà salvarci la vita!

Fatte queste premesse, non posso nascondere che i moltiplicatori di tensione vengono utilizzati raramente con tensioni di 10 volt, bensì sono spesso messi a punto per lavorare anche con tensioni dell'ordine di alcuni Kilovolt; dall'ammazzamosche (850 volt) al laser elio/neon (1200 volt) allo ionizzatore (5000 volt) al tubo catodico del televisore (16000/44000 volt) ecc. ecc.

La corrente che si può prelevare da questi circuiti? Sarà ovviamente inversamente proporzionale alla tensione di uscita (...accidenti, al secondo principio della termodinamica proprio non  si scappa :-)) Esiste una formula un po' complessa per ogni tipo dei circuiti che ho proposto, ma non la sto nemmeno ad elencare, si sappia solo che la potenza assorbe il circuito al suo ingresso, è la stessa che fornirà in uscita (meno alcune irrilevanti perdite termiche sui diodi...), quindi facendo l'esempio con un sestuplicatore di 12 volt ed un trasformatore da 10VA di potenza, otterremo:

Iout(max) = 10 / (( Vac*1,4142*6 )-( 0,7*6 )) = 102 mA (con tensione efficace di circa 97 volt!)

Bisogna quindi dimensionare correttamente i componenti perchè, nell'esempio qui sopra, per ogni aumento della corrente del carico di 10mA, si avrà un assorbimento sul trasformatore di 84,5mA!

In realtà nel circuito vi é una specie di limitatore di corrente "naturale" formato dall'impedenza di tutti i condensatori in serie, alla frequenza di lavoro del circuito. Da qui si deduce che, per migliorarne il rendimento, si potrà aumentare la frequenza della tensione di ingresso; le applicazioni più "serie" normalmente lavorano a 15Khz, ma per chi vuole spingersi oltre, si può arrivare fino a 100Khz (non oltre perchè da qui in poi cominciano nuovamente a diminuire i rendimenti in modo drastico...)

Con la speranza di aver dato spunto alla vostra creatività, saluto tutti i lettori e... fate attenzione!!!

 

 

 





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Questa pagina è stata creata da Mikegrix
il 09/12/2006 ore 02:44
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