Bomba de Diodos u Multiplicador de Tension u Cascada de Vill

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  • 8/17/2019 Bomba de Diodos u Multiplicador de Tension u Cascada de Vill

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    Bomba de Diodos u Multiplicador detension u cascada de VillHola a todos se que e n m is p osts a nteriores h e p rometido u na s eguidilla d e info d e

    microcontroladores y demas pero no me dan los tiempos p ara realizar todos los experimentos

    ya q ue tengo que rendir nales y d emas pero bueno ...

    Villard Cascade(Bomba de Diodos)

    Este c ircuito , denido tambien c omo C lamper se utiliza para o btener mayores n iveles de

    tension sacricando corriente y e stabilidad de lo que seria su salida u output . Para realizar lo

    antes mencionado el circuito deve de contar con una entrada de tension en alterna u c .c. pero

    en frecuencia u pulsos p ara poder obtener una alta tension en continua .

    Un Poco de Teo ria =

    Un circuito multiplicador de voltaje es u n arreglo de capacitores y d iodos r ecticadores que seutiliza con frecuencia para generar altos voltajes de Corriente Directa. Este tipo de circuito se

    utiliza el principio de la carga en paralelo de capacitores, a partir de la entrada de Corriente

    Alterna y a ñadiendo voltaje a través d e ellos e n serie se obtiene voltajes de CD más a lto que

    el voltaje de l a fuente. Circuitos i ndividuales d e multiplicadores d e Voltaje (a m enudo llamados

    etapas) se pueden c onectar en s erie p ara o btener aún más a ltos vo ltajes d e s alida.

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    Para saber que tension tendre a la salida de mi circuito devo multiplicar la salida del

    transformador multiplicado por la cantidad de etapas q ue le agregue al circuito .

    V0*N(etapas)=Vout

    Un duplicador de tensión es u n circuito electrónico que carga loscondensadores d e la tensión de entrada y permite alternar estos ca rgosde tal manera que, en el caso ideal, exactamente el doble de la tensiónse p roduce e n la sa lida como e n su entrada.El más si mple de estos ci rcuitos so n una forma de recticador que tienenuna tensión de CA como entrada y sa lida de un voltaje de CC duplicado.

    Los el ementos d e co nmutación son simples d iodos y qu e so n a ccionadospara cambiar el estado meramente por la tensión alterna de la entrada.Dobladores de voltaje de CC a CC no puede cam biar de esta manera yrequieren un circuito de excitación para controlar la conmutación. Ellostambién requieren con frecuencia u n elemento de conmutación que

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    puede ser controlado directamente, tal como un transistor, en lugar dedepender de la tensión a través d el interruptor como en el caso sencillode CA a CC.Dobladores de voltaje son una variedad de circuito multiplicador devoltaje. Muchos ci rcuitos d oblador de tensión pueden ser vistos co mo unasola etapa de un multiplicador de orden superior: en cascada etapasidénticas j untos l ogra una mayor multiplicación de tensión.Rectifcadores duplicación de voltajeCircuito de VillardEl circuito de Villard consiste simplemente en un condensador y u n diodo.A pesar de que tiene la gran ventaja de la simplicidad, su producción

    tiene características m uy p obres o nda. Esencialmente, el circuito es u ncircuito de jación de diodo. El condensador se carga en los c iclosnegativos m edia a la tensión de pico de CA. La salida es l a superposiciónde la forma d e o nda d e CA de entrada y e l de CC constante d elcondensador. El efecto del circuito es p ara cambiar el valor de CC de laforma d e onda. Los picos n egativos de la forma d e o nda d e CA se“sujetan” a 0 V por el diodo, por lo tanto, los p icos p ositivos d e la formade o nda d e s alida so n 2Vpk. El pico a p ico de la o ndulación e s u naenorme 2 Vpk y n o se puede alisar a m enos q ue el circuito se desconectade forma efectiva en una de las formas m ás so sticadas. Este es e lcircuito utilizado para suministrar la alta tensión negativa para elmagnetrón en un horno de microondas.Circuito Greinacher

    El doblador de tensión Greinacher es u na mejora signicativa sobre el

    circuito de Villard por un pequeño coste en componentes a dicionales. Laondulación se r educe mucho, nominalmente cero bajo co ndiciones d ecarga de circuito abierto, pero cuando la corriente está siendo generadadepende de la resistencia de la carga y e l valor de los co ndensadoresutilizados. El circuito funciona siguiendo una etapa de células Villard conlo que es, en esencia, un detector de pico o de la etapa detector de

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    envolvente. La célula detector de pico tiene el efecto de eliminar la mayorparte de la ondulación preservando al mismo tiempo la tensión de pico enla salida.Este circuito fue inventado por Heinrich Greinacher en 1913 paraproporcionar el 200-300 V que necesitaba para su ionómetro reciéninventado, de 110 V de CA suministrada por las ce ntrales d e Zurich elmomento insuciente. Más tarde se a mplió esta idea en una cascada demultiplicadores. Esta cascada de células G reinacher a menudoerróneamente se reere co mo una ca scada d e Villard. También seconoce co mo un multiplicador de C ockcroft-Walton después de lamáquina de acelerador de partículas co nstruido por John Cockcroft y

    Ernest Walton, quien redescubrió independientemente del circuito en1932.El concepto en esta topología se puede extender a un circuitocuadruplicador de tensión mediante el uso de dos c élulas G reinacher depolaridades opuestas expulsados de la misma fuente de CA. La salida setoma a través d e las d os s alidas i ndividuales. Al igual que con un circuitode puente, es imposible para conectar a tierra de forma simultánea laentrada y la salida de este circuito.Circuito puenteEl circuito Delon utiliza una topología de puente para la duplicación detensión. Esta forma de circuito era, al mismo tiempo, que comúnmente seencuentra en el tubo de rayos ca tódicos d e televisión ja en la que seutiliza para proporcionar una eht la alimentación de tensión. Generaciónde tensiones su periores a 5 kV con un transformador tiene problemas d eseguridad en cuanto a equipamiento doméstico y e n cualquier caso no es

    rentable. Sin embargo, la televisión en blanco y n egro conjuntos requiereuna eht de 10 kV y co lor ja aún más. Dobladores de voltaje se usaronpara ya se a el doble de la tensión en u n EHT bobinado en la alimentacióndel transformador o se aplicaron a la forma de onda en las b obinas d eltiempo de retorno de línea.El circuito consta de dos d etectores d e cresta de onda media, que

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    funcionan exactamente de la misma manera que la célula detector depico en el circuito Greinacher. Cada una de las d os c élulas d etector depico opera en medio-ciclos o puestos d e la forma de onda e ntrante. Dadoque sus salidas están en serie, la salida es el doble de la tensión deentrada pico.Circuitos de condensadores conmutados

    Es p osible utilizar los c ircuitos s imples d iodo-condensador descritosarriba para el doble de la tensión de una fuente de CC precediendo eldoblador de tensión con un circuito interruptor. En efecto, este conviertela CC a CA antes d e la aplicación para el doblador de tensión. Circuitosmás e cientes p ueden ser construidos p or la conducción de los

    dispositivos d e conmutación de u n reloj externo a n de que ambasfunciones, la de cortar y m ultiplicando, se logran simultáneamente. Talescircuitos so n conocidos co mo circuitos de condensadores co nmutados.Este enfoque es e specialmente útil en aplicaciones c on baterías d e bajatensión, donde los circuitos i ntegrados requieren un suministro de tensiónmayor que la batería puede suministrar. Con frecuencia, una señal dereloj es f ácilmente disponible a bordo se necesita el circuito integrado ypoco o nada de circuitos a dicionales p ara generarlo.Conceptual mente, quizás l a co nguración más si mple co ndensadorconmutado e s la q ue se m uestra e squemáticamente e n la gura 5 – Aquídos con densadores se cargan simultáneamente a la m isma tensión enparalelo. La alimentación se desconecta y los condensadores seconectan en serie. La salida se toma desde el otro lado de los d oscondensadores e n serie que resulta en una salida doble de la tensión dealimentación. Hay muchos d ispositivos d e conmutación diferentes q ue

    podrían ser utilizados en dicho circuito, pero en los circuitos integrados seemplean frecuentemente dispositivos MOSFET.Otro concepto básico es la bomba de carga, una versión de la que semuestra e squemáticamente en la gura 6 – El condensador de la bombade carga, CP, se carga primero a la tensión de entrada. Se cambiaentonces a cargar el condensador de salida, CO, en serie con el voltaje

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    de e ntrada resultante en CO eventualmente se cobran al doble de latensión de entrada. Pueden pasar varios ci clos a ntes d e la bomba decarga logra cargar completamente CO, pero una vez a lcanzado el estadode equilibrio sólo es necesario para la CP para bombear una pequeñacantidad de carga equivalente a la que se suministra a la carga de COCO Si bien se desconecta b ombear la ca rga que p arcialmente losvertidos en la carga resultante de la ondulación de la tensión de salida.Esta ondulación es m enor para las f recuencias d e reloj más a ltas ya queel tiempo de descarga es m ás c orta, y t ambién es m ás f ácil de ltrar.Alternativamente, los condensadores se pueden hacer más pequeñapara una especicación dada ondulación. La frecuencia de reloj máxima

    práctica en circuitos i ntegrados e stá típica mente en los c ientos d e kHz.Bomba de carga DicksonLa b omba de ca rga Dickson, Dickson o multiplicador, consta d e u nacascada de diodo/condensador de células co n la placa inferior de cadacondensador impulsada por un tren de pulsos d e reloj. El circuito es u namodicación del multiplicador de Cockcroft-Walton, pero toma unaentrada de CC con los t renes d e reloj que proporciona la señal deconmutación en lugar de la entrada de un AC. El multiplicador Dicksonrequiere normalmente q ue las cé lulas a lternas so n e xpulsados d e p ulsosde reloj de fase opuesta. Sin embargo, ya que un duplicador de tensión,que se muestra en la gura 7, requiere sólo una etapa de multiplicaciónsólo se requiere una señal de reloj.El multiplicador de Dickson se emplea con frecuencia en los c ircuitosintegrados e n los q ue la tensión de alimentación es i nferior a la requeridapor los circuitos. Es ventajoso en la fabricación de circuitos integrados

    que todos los co mponentes d e se miconductores so n de b ásicamente elmismo tipo. MOSFETs son com únmente e l bloque de lógica e stándar enmuchos circuitos i ntegrados. Por esta razón, los d iodos so n a menudoreemplazados p or este tipo de transistor, pero conectados a funcionarcomo un diodo – una disposición denominada diodo MOSFET-cable. Lagura 8 muestra un doblador de tensión Dickson utilizando diodo-cable

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    MOSFET de canal n de tipo de mejora.Hay m uchas va riaciones y m ejoras a la bomba de carga básica D ickson.Muchos d e ellos se reeren a la reducción del efecto de la tensión dedrenaje-fuente del transistor. Esto puede ser muy s ignicativa si latensión de e ntrada es p equeño, tal como una batería d e baja tensión.Con elementos d e conmutación ideales l a salida es un múltiplo entero dela entrada pero con una batería de una sola célula como la fuente deentrada y M OSFET conmuta la sal ida será m ucho menor que e ste valorya que gran parte de la tensión se cae a través d e los t ransistores. Paraun circuito con componentes d iscretos d el diodo Schottky se ría una mejorelección de los e lementos d e co nmutación para su ca ída muy b aja

    tensión en el estado de. Sin embargo, los d iseñadores d e circuitosintegrados p reeren utilizar el MOSFET fácilmente disponible ycompensar sus d eciencias co n aumento de la complejidad del circuito.Como un ejemplo, una célula de la batería alcalina tiene una tensiónnominal de 1,5 V. Un doblador de tensión utilizando elementos d econmutación ideales co n cero caída de tensión de salida será el doble deesta, a saber, 3,0 V. Sin embargo, la caída de tensión de drenaje-fuentede un MOSFET diodo-cable cua ndo que se en cuentra e n e l estado endebe ser al menos e l voltaje de umbral de la puerta que podría sertípicamente 0,9 V. Esta tensión “doblador” sólo tendrá éxito en elaumento de la tensión de salida en alrededor de 0,6 V a 2,1 V. Si la caídade t ensión en el transistor de rasado nal También se toma en cuenta elcircuito puede no ser capaz d e aumentar la tensión en todo sin necesidadde utilizar múltiples etapas. Un típico diodo Schottky, por el contrario,podría tener una tensión e n e stado de 0 .3 V. Un doblador de u so d e este

    diodo Schottky d ará lugar a una tensión de 2,7 V en la salida.Acoplamiento cruzado conmutación de condensadoresAcoplamiento c ruzado c ircuitos d e c apacidades c onmutadas e ntrar en sucuenta para tensiones d e entrada muy bajos. Los e quipos inalámbricosimpulsado batería puede requerir una batería de célula única decontinuar para suministrar energía cu ando se h a descargado a m enos de

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    un voltio.Cuando el reloj es b aja transistor Q2 está apagado. Al mismo reloj es a ltadesvío a transistor Q1 que resulta en el condensador C1 se cargará aVin. Cuando pasa a n ivel alto la placa superior de C1 es e mpujado hastael doble de Vin. Al mismo tiempo, el interruptor S1 se cierra por lo queeste voltaje aparece en la salida. Al mismo tiempo Q2 se activapermitiendo C2 se cargue. En el siguiente medio ciclo se invertirán lospapeles: será baja, será alto, S1 y S 2 se abren se cierran. Por lo tanto, lasalida se suministra con 2Vin alternativamente de cada lado del circuito.La p érdida es baja en este circuito, porque no hay d iodo MOSFET-cableadas y su s p roblemas d e tensión de umbral asociados. El circuito

    también tiene la ventaja de que la frecuencia de rizado se duplica debidoa que hay efectivamente dos d obladores d e voltaje que suministran tantola salida de fase de los relojes. La desventaja principal de este circuito esque las cap acidades p arásitas so n mucho más si gnicativo que co n e lmultiplicador de Dickson y cu enta para la mayor parte de las p érdidas e neste circuito.

    Desarrollo de la practica

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    Al medir el voltaje de la señal del canal 1 (amarillo) tenemos q ue:

    Delta = 33v

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    Ahora medimos l a señal del canal 2(azul):

    Delta= 33v

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    Ahora veremos e l semiciclo positivo, en el semiciclo positivo las o ndas d e

    entrada, se polariza directo en el diodo 1 cargando el capacitor 1 a Vmax.Así nos q ueda el circuito:

    https://eldannyel.files.wordpress.com/2014/09/algo1.png

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    con el osciloscopio nos d a la señal de la siguiente manera:

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    En el semiciclo negativo tenemos e l siguiente circuito, que consta de quese polariza en directo el diodo 2 cargando el capacitor 2 a unavmax(tension pico a pico de la onda de entrada). Al quedar los d oscapacitores e n serie, las t ensiones a lmacenadas se suman, lograndoseasi el duplicador de tension. Este doblador de tension se puede utilizarcomo fuente bipolar(positiva o negativa) si se conecta tierra o el comunen la union entre ambos ca pacitores.

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    En la g ráca las señ ales o bservamos:

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    2da Parte Realizar mismo circuito sin el inductorPrimeramente procedimos a quitar el inductor quedando el circuito de lasiguiente manera:

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    Le conectamos e l osciloscopio con 3 canales, identicándolos co mocanal 1 color amarillo, canal 2 color azul y c anal 3 color rosa.

    Procedemos a medir delta en el canal 1 (color amarillo) con los c ursores

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    Ahora hacemos lo propio para canal 2(color azul):

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    A continuación para el canal 3(color rosa):

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    Ahora vamos a ver el semiciclo positivo sin el inductor:

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    Observemos la gráca qu e ap arece:

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    Ahora veamos e l semiciclo negativo:

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    Veamos e l comportamiento de las se ñales:

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    ConclusionesGracias o por medio de un doblador de tension podemos co nseguirpequeñas t ensiones e n las e ntradas d e los c ircuitos a pesar de tener el

    doble de tension en su salida. se utilizan en circuitos d onde necesitamostener una tension elevada, pero que los componentes con los quearmamos e l circuito no lo soportarian.

    Al aumentar el numero de capacitores l a tension de la salida aumentaraya que por cada capacitor que se sume la tension se multiplicara.

    Duplicador / doblador de voltaje de media onda

    Duplicadores de voltajeLos duplicadores de voltaje producen el doble de tensión en DC ( corriente directa ) de la que

    podría producir un rectificador común. Se pueden implementar de dos diferentes maneras:

    duplicadores de media onda duplicadores de onda completa en ambos casos

    lafrecuencia de la tensión de ri!ado es la misma que la de la tensión de entrada.

    http://unicrom.com/Tut_voltaje.asphttp://unicrom.com/Tut_corrientecontinua.asphttps://eldannyel.files.wordpress.com/2014/09/algo7.pnghttp://unicrom.com/Tut_voltaje.asphttp://unicrom.com/Tut_corrientecontinua.asp

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    "n el caso de la rectificación de onda completa en los rectificadores tradicionales#

    la frecuencia de la tensión de ri!ado es el doble de la frecuencia de la tensión de entrada. "n

    el circuito doblador de tensión# la tensión que se aplica sobre los diodos # es el doble# por lo

    que estos deber$n soportar el doble de tensión. La característica de tensión de

    los capacitores depender$n del circuito en particular.La ventaja del duplicador de voltaje de media onda es que tiene una línea# que es común a la

    entrada salida (ver el dia%rama). "sta línea se puede tomar como común o tierra se

    puede conectar al c&asis o base met$lica del equipo que se desea alimentar. "l terminal de

    tierra o común debe estar bien identificado para no &acer una cone'ión invertida que puede

    tener consecuencias desa%radables. Si se &iciera así# el c&asis o base met$lica del equipo

    estaría conectado al .

    *uncionamiento del doblador de voltaje demediaonda

    • "n el primer semiciclo ne%ativo de la onda de entrada # el diodo D+ conduce

    permitiendo el paso de la corriente por el capacitor C+# car%$ndose a una tensión i%ual al

    m$'imo valor de tensión de la tensión de entrada. Si la tensión de entrada # el valor

    pico de esta entrada es ,ma'.# entonces este capacitor se car%a a esta tensión. "n este

    ciclo el diodo no conduce.• "n el si%uiente semiciclo de la tensión de entrada (semiciclo positivo)# el diodo D+ est$

    polari!ado en inverso no conduce. "l diodo D- est$ polari!ado en directo la corriente

    flu e pasando por el capacitor C+# el diodo D- el capacitor C-.

    http://unicrom.com/Tut_diodo.asphttp://unicrom.com/Tut_condensador.asphttp://unicrom.com/Tut_condensador.asphttp://unicrom.com/Tut_corriente_electrica.asphttp://unicrom.com/Tut_rms_promedio.asphttp://unicrom.com/Tut_rms_promedio.asphttp://unicrom.com/Tut_rms_promedio.asphttp://unicrom.com/Tut_rms_promedio.asphttp://unicrom.com/Tut_diodo.asphttp://unicrom.com/Tut_condensador.asphttp://unicrom.com/Tut_corriente_electrica.asphttp://unicrom.com/Tut_rms_promedio.asphttp://unicrom.com/Tut_rms_promedio.asp

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    "n el inicio del semiciclo ne%ativo# el capatidor C- est$ descar%ado# pero C+ est$ car%ado a

    ,ma' (valor pico de la tensión de entrada). "l capacitor C- se car%ar$ entonces al doble de la

    tensión pico de la entrada# pues se suman sta (la tensión pico de entrada la tensión

    acumulada que est$ en el capacitor C+.

    Importante:"n el dia%rama se &a supuesto que la tensión de entrada es de +-/ voltios en C0 ( corriente

    alterna ). 1ara undise2o con alimentación de --/ 3 -4/ voltios &a cambiar los capacitores por

    otros con características de tensión ma ores. 5ambi n se muestran valores de capacitores

    diodos. 5omar en cuenta las notas adicionales en la se%unda parte de este tutorial .

    Duplicador / Doblador de voltaje de onda completa

    Dia%rama de un duplicador de tensión de onda completa:

    "l circuito funciona de la si%uiente manera:

    • "n el semiciclo positivo de las onda de entrada# se polari!a en directo el diodo D+

    car%ado el capacitor C+ a una tensión a ,ma'. ( tensión de pico de la onda de entrada) la

    polaridad de la car%a queda indicada con la polaridad que se ve en capacitor C+. "n este

    semiciclo est$ polari!ado en inverso no conduce.

    http://unicrom.com/Tut_la_corriente_alterna__.asphttp://unicrom.com/Tut_la_corriente_alterna__.asphttp://unicrom.com/Tut_duplicadores-tension1.asphttp://unicrom.com/Tut_voltaje.asphttp://unicrom.com/Tut_diodo.asphttp://unicrom.com/Tut_diodo.asphttp://unicrom.com/Tut_condensador.asphttp://unicrom.com/Tut_rms_promedio.asphttp://unicrom.com/Tut_rms_promedio.asphttp://unicrom.com/Tut_la_corriente_alterna__.asphttp://unicrom.com/Tut_la_corriente_alterna__.asphttp://unicrom.com/Tut_duplicadores-tension1.asphttp://unicrom.com/Tut_voltaje.asphttp://unicrom.com/Tut_diodo.asphttp://unicrom.com/Tut_condensador.asphttp://unicrom.com/Tut_rms_promedio.asp

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    • "n el semiciclo ne%ativo# se polari!a en directo el diodo - car%ando el capacitor C- a

    una tensión a ,ma' (tensión de pico de la onda de entrada) la polaridad de la car%a

    queda indicada con la polaridad que se ve en capacitor C-.

    0l quedar los dos capacitores en serie# las tensiones almacenadas suman# lo%r$ndose el

    duplicador de tensión. "ste doblador de tensión se puede utili!ar como fuente bipolar (tiene

    tensión positiva tensión ne%ativa)# si se conecta tierra o el común en la unión entre los dos

    capacitores.

    Notas adicionales

    El rizado: 1ara poder reducir el ri!ado de estas fuentes se puede incluir en su salida un filtro

    6C (ver eldia%rama). La tensión de ri!ado depender$ de la car%a que se ten%a.

    Si se demanda poca corriente (poca car%a) el ri!ado es peque2o# si se aumenta la car%a# el

    ri!ado aumenta. "ncaso de que se ten%a una car%a %rande se pueden incluir capacitores de

    ma or valor.

    Resistor limitador de corriente: "n el momento en que estas fuentes son encendidas (78)#

    la demanda de corriente es mu %rande# por lo que se conecta en serie con la entrada delcircuito una resistencia de potencia (9 ) de +/ o&mios (ver primer se%undo dia%ramas).

    "sta demanda de corriente se debe a que cuando el circuito se enciende los capacitores est$n

    descar%ados se comportan inicialmente como un corto circuito. La resistencia ase%ura que

    la m$'ima corriente# en el encendido# no sea ma or a +; amperios.

    < = ,ma' 3 +/ = +>?.- , 3 +/ = +>.?- 0mperios# donde: ,ma' = ,pico = +-/ ' +.4+ = +>?.-

    voltios 6 = +/ o&mios

    http://unicrom.com/Tut_filtroRCpasabajo.asphttp://unicrom.com/Tut_filtroRCpasabajo.asphttp://unicrom.com/Tut_filtroRCpasabajo.asphttp://unicrom.com/Tut_corriente_electrica.asphttp://unicrom.com/Tut_resistencia.asphttp://unicrom.com/Tut_filtroRCpasabajo.asphttp://unicrom.com/Tut_filtroRCpasabajo.asphttp://unicrom.com/Tut_corriente_electrica.asphttp://unicrom.com/Tut_resistencia.asp

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    "l principio de un doblador de tensión se puede aplicar para un número cualquiera de

    multiplicaciones de tensión permite obtener fuentes de alta tensión de poco amperaje sin

    dificultad.

    Importante:

    "n el dia%rama se &a supuesto que la tensión de entrada es de +-/ voltios en C0 ( corrientealterna ). 5ambi n se muestran valores de capacitores diodos. 1ara

    un dise2o con alimentación de --/ 3 -4/ voltios &a cambiar los capacitores por otros

    con características de tensión ma ores.

    http://unicrom.com/Tut_la_corriente_alterna__.asphttp://unicrom.com/Tut_la_corriente_alterna__.asphttp://unicrom.com/Tut_la_corriente_alterna__.asphttp://unicrom.com/Tut_la_corriente_alterna__.asp