Presentamos en este artículo un simple circuito multiplicador de tensiones continuas que opera con corrientes extremadamente bajas y utiliza circuitos integrados CMOS. Dependiendo de la cantidad de diodos y condensadores usados en el sector multiplicador y de la tensión de alimentación podemos obtener salidas de más de 150 V.
La corriente, evidentemente, será de algunos microampères.
El circuito presentado tiene por base integrados CMOS y puede ser útil en la alimentación de sensores con válvulas Geiger y cámaras de Ionización, que necesitan tensiones relativamente altas pero operan en régimen de corrientes extremadamente bajas.
La alimentación se puede hacer con tensiones entre 5 V y 15 V, y el consumo resultante será del orden de 10 mA para plena potencia.
CARACTERÍSTICAS:
Tensión de entrada: 5 V a 12 V o 15 V
Frecuencia de funcionamiento: 1 kHz (aprox.)
Tensión de salida: 50 V a 150 V
Corriente consumida: 10 mA (tip)
Número de circuitos integrados: 2
Una de las cuatro puertas NAND disparadoras Schmitt de un integrado 4093 se utiliza como un oscilador que opera en la pista de audio, alrededor de 1 kHz.
Esta frecuencia es determinada básicamente por R1 y C2 y eventualmente puede ser alterada en función de la aplicación final dada al aparato.
La señal generada por este oscilador, que es rectangular, sirve para excitar un flip-flop de los dos disponibles en un circuito integrado CMOS 4013.
De esta forma, las salidas del 4013 van alternadamente a los niveles alto y bajo en una frecuencia que es dada por la oscilación del 4093.
En la salida del 4013 se conecta un circuito multiplicador de tensión formado por 6 condensadores y 6 diodos.
Se trata, pues, de un sextuplicador de tensión.
Este circuito podrá ser expandido con más diodos y más condensadores, si bien, cuanto mayor sea la cantidad mayor serán las pérdidas a ser consideradas.
Así, para una alimentación de 9 V, por ejemplo, tendremos una salida del orden de 60 V o incluso un poco más.
Este multiplicador funciona por la carga y descarga sucesiva de los condensadores que en serie, tienen las tensiones sumadas; las tensiones con las que se cargan son prácticamente las tensiones de alimentación del aparato.
Como no es posible crear energía a partir de la nada, y aún existen pérdidas a ser consideradas, la corriente máxima disponible en este circuito es del orden de micro-campos, lo que debe ser considerado en la aplicación.
Esto significa también una elevada impedancia para el circuito, que impide que los multímetros comunes se utilizan en la medida de la tensión de salida.
Los multímetros comunes "cargan" la salida del circuito, haciendo que la tensión indicada sea muy inferior a la real, que se obtiene en un régimen de corriente más baja.
En la figura 1 tenemos el diagrama completo del aparato, y en la figura 2 la disposición de los componentes en una placa de circuito impreso.
Los circuitos integrados se pueden montar en sockets DIL, y los diodos pueden ser equivalentes a los indicados.
Los condensadores de C3 a C3 deben ser de poliéster, con una tensión de trabajo de al menos 250 V. C1 es un electrolítico para 16 V, y el único resistor del proyecto es de 1/8 W con un 5% o más de tolerancia.
El sector de alta tensión debe estar bien aislado de los integrados CMOS, pues puede haber la producción de chispas que dañaría estos componentes.
La detección de alta tensión en la salida del circuito debe ser hecha con un multímetro de al menos 100 k ohmios y aún así tendremos una indicación de tensión menor que el real.
La indicación de la tensión real debe obtenerse con un multímetro con impedancia de entrada superior a 20 M ohms o por medios indirectos, como por ejemplo la eventual ionización de una lámpara de neón.
Comprobado el funcionamiento, el aparato puede ser usado.
Semiconductores:
CI1 - 4093 - circuito integrado CMOS
Cl2 - 4013 - circuito integrado CMOS
D1 a D3 - 1N4004 o equivalente - diodos de silicio y
Capacitores:
C1 - 100 uF - electrolítico de 16 V
C2 - 47 nF - poliéster
C3 a C8 - 100 nF x 200 V o más - poliéster
Varios:
R1 – 47 k ohms - resistor
Placa de circuito impreso, caja para el montaje, sockets para los integrados, hilos, etc.