Dobrador de Tensão CMOS (ART420)

Esta é uma idéia prática que permite dobrar uma tensão contínua entre 5 e 15V sob regime de baixa corrente (alguns miliampères no máximo) e que pode ser útil em circuitos que exijam uma polarização maior do que a tensão disponível no aparelho.

Descrevemos um simples dobrar de tensão de estado sólido, que não usa transformadores ou outros componentes semelhantes, e que opera com tensões de entrada de 5 a 15 V. A corrente máxima de saída é de apenas alguns miliampères, já que se trata de circuito com base em tecnologia digital CMOS, o que limita sua aplicação em circuitos de polarização.

A base do dobrador é um circuito integrado CMOS 4093B que opera como um oscilador, excitando um sistema de diodos e capacitores que fazem a multiplicação da tensão.

Características:

1. Tensões de entrada: 5 a 15 VDC
2. Tensões de saída: 10 a 30 VDC
3. Corrente máxima de saída: 2 mA (tip)

COMO FUNCIONA

Uma das quatro portas NAND disponíveis no circuito integrado 4093B é usada como um oscilador que opera numa frequência entre 100 e 1 000 Hz ajustada no trimpot P1.

O sinal retangular deste oscilador é levado às entradas das outras três portas disparadoras do mesmo circuito integrado que operam como buffers amplificadores/inversores.

A saída destes circuitos é ligada a um dobrador de tensão que usa dois diodos e dois capacitores. Neste dobrador, quando a saída do buffer está no nível baixo, C2 carrega-se via D1 com a tensão de alimentação do circuito. Quando a saída vai ao nível alto, C3 carrega-se com a tensão de alimentação via D2. Ora, como os dois capacitores, em relação à saída estão em série, na saída temos a soma das tensões de carga dos capacitores que é o dobro da tensão usada na alimentação do circuito.

MONTAGEM

Na figura 1 temos o diagrama completo do dobrador de tensão.

Diagrama co0mpleto do dobrador de tensão.

Para uma aplicação isolada, o circuito cabe facilmente numa pequena placa de circuito impresso com a disposição de componentes mostrada na figura 2.

Placa de circuito impresso para o dobrador.

O circuito integrado preferivelmente deve ser montado num soquete DIL, para maior segurança. Os capacitores eletrolíticos, por medida de segurança, devem ter uma tensão de trabalho que seja pelo menos o dobro da usada na alimentação.

Os resistores são todos de 1/8% com 5% ou mais de tolerância enquanto que os diodos admitem equivalentes. Na verdade, qualquer diodo de silício de uso geral pode ser usado.

PROVA E USO

Para medir a tensão na saída é preciso empregar um voltímetro sensível com uma resistência de entrada elevada. Uma sensibilidade de pelo menos 50 000 ? por volt é o mínimo que se exige para que o instrumento não carregue o circuito havendo uma indicação menor do que a real.

O que ocorre é que a resistência interna do instrumento carrega o circuito fazendo com que a tensão caia.

Para usar o aparelho leve em conta que o circuito fornece uma corrente muito baixa, pois tem uma limitação de corrente em torno de 2 mA. Isso significa que ele deve ser usado apenas em circuitos de polarização com resistores de valores bem elevados, por exemplo acima de 100 k ?.

OUTRAS APLICAÇÕES DOS DOBRADORES

Os dobradores de tensão têm uma enorme gama de utilização sendo encontrados em muitos tipos de fontes de alimentação, inclusive as que operam diretamente da rede de energia.

No projeto de um dobrador, os diodos devem ser dimensionados para suportar uma tensão inversa de pico maior que o pico da tensão da rede de energia. Por exemplo, para a rede de 110 V devem ser usados diodos de 200V, pois o pico está em torno de 154V.

Da mesma forma, os capacitores devem ser dimensionados para ter uma tensão de trabalho da mesma ordem, e seu valor depende da corrente que se deseja na saída.

O que ocorre é que os diodos devem fornecer energia à carga descarregando-se através dela. Como esses capacitores carregam-se durante metade do ciclo, mas devem descarregar-se constantemente, esse fato deve ser levado em conta.

Assim, para a rede de energia de 110V é comum serem usados capacitores de 1 µF a 100 µF, dependendo do consumo do aparelho alimentado.

Um televisor, por exemplo, que pode exigir altas tensões da ordem de 300V, exige capacitores de valores elevados nesta configuração.

Veja que a tensão que obtemos no dobrador corresponde ao dobro do pico da tensão de entrada. Assim, para a rede de 110V que tem um pico em torno de 150V, a saída de um dobrador estará em torno de 300V.