Multiplicador de Tensão CMOS (ART1848)

Apresentamos neste artigo um simples circuito multiplicador de tensões contínuas que opera com correntes extremamente baixas e usa circuitos integrados CMOS. Dependendo da quantidade de diodos e capacitores usados no setor multiplicador e da tensão de alimentação podemos obter saídas de mais de 150 V.

A corrente, evidentemente, será de alguns microampères.

O circuito apresentado tem por base integrados CMOS e pode ser útil na alimentação de sensores com válvulas Geiger e câmaras de Ionização, que necessitam de tensões relativamente altas mas operam em regime de correntes extremamente baixas.

A alimentação pode ser feita com tensões entre 5 V e 15 V, e o consumo decorrente será da ordem de 10 mA para plena potência.

CARACTERÍSTICAS:

Tensão de entrada: 5 V a 12 V ou 15 V

Frequência de operação: 1 kHz (aprox.)

Tensão de saída: 50 V a 150 V

Corrente consumida: 10 mA (tip)

Número de circuitos integrados: 2

Uma das quatro portas NAND disparadoras Schmitt de um integrado 4093 é usada como um oscilador que opera na faixa de áudio, em torno de 1 kHz.

Esta frequência é determinada basicamente por R1 e C2 e eventualmente pode ser alterada em função da aplicação final dada ao aparelho.

O sinal gerado por este oscilador, que é retangular, serve para excitar um flip-flop dos dois disponíveis num circuito integrado CMOS 4013.

Desta forma, as saídas do 4013 vão alternadamente aos níveis alto e baixo numa frequência que é dada pela oscilação do 4093.

Na saída do 4013 é ligado um circuito multiplicador de tensão formado por 6 capacitores e 6 diodos.

Trata-se, pois de um sextuplicador de tensão.

Este circuito poderá ser expandido com mais diodos e mais capacitores, se bem que, quanto maior for a quantidades maiores serão as perdas a serem consideradas.

Assim, para uma alimentação de 9 V, por exemplo, teremos uma saída da ordem de 60 V ou até mesmo um pouco mais.

Este multiplicador funciona pela carga e descarga sucessiva dos capacitores que em série, têm as tensões somadas; as tensões com que se carregam são praticamente as tensões de alimentação do aparelho.

Como não é possível criar energia a partir do nada, e ainda existem perdas a serem consideradas, a corrente máxima disponível neste circuito é da ordem de microampères, o que deve ser considerado na aplicação.

Isso significa também uma elevada impedância para o circuito, que impede que multímetros comuns sejam usados na medida da tensão da saída.

Os multímetros comuns “carregam” a saída do circuito, fazendo com que a tensão indicada seja muito inferior a real, que se obtém num regime de corrente mais baixa.

Na figura 1 temos o diagrama completo do aparelho, e na figura 2 a disposição dos componentes numa placa de circuito impresso.

Figura 1 – Diagrama do multiplicador de tensão

Figura 2 – Placa de circuito impresso para a montagem

Os circuitos integrados podem ser montados em soquetes DIL, e os diodos podem ser equivalentes aos indicados.

Os capacitores de C3 a C3 devem ser de poliéster, com uma tensão de trabalho de pelo menos 250 V. C1 é um eletrolítico para 16 V, e o único resistor do projeto é de 1/8 W com 5% ou mais de tolerância.

O setor de alta tensão deve estar bem isolado dos integrados CMOS, pois pode haver a produção de faiscamentos que danificariam estes componentes.

A detecção de alta tensão na saída do circuito deve ser feita com um multímetro de pelo menos 100 k ohms e mesmo assim teremos uma indicação de tensão menor que o real.

A indicação da tensão real deve ser obtida com um multímetro com impedância de entrada acima de 20 M ohms ou então por meios indiretos, como por exemplo a eventual ionização de uma lâmpada neon.

Comprovado o funcionamento, o aparelho pode ser usado.