Doubleur de tension :une alternative moins chère et plus légère aux circuits transformateur-redresseur

Envisagez-vous de construire un équipement de test haute tension continue ? Un tel dispositif est nécessaire pour tester ou construire des appareils électroniques et des appareils nécessitant une tension continue élevée, tels que des fours à micro-ondes et des tubes à rayons cathodiques. Bien qu'il soit possible d'utiliser un transformateur élévateur et un redresseur pour cette tâche, les transformateurs sont des composants lourds et coûteux. En tant que tels, ils ne fournissent pas la meilleure solution. Une double tension est une meilleure alternative qui ne nécessite que quelques composants à assembler. Nous avons défini tous les détails si vous souhaitez en construire un pour votre projet. Mais d'abord, regardons la définition et les types de doubleurs de tension.

Qu'est-ce qu'un doubleur de tension ?

Un doubleur de tension est un circuit multiplicateur de tension avec un facteur de multiplication de deux. Il prend une tension alternative en entrée, puis produit une tension continue équivalente à deux fois la tension d'entrée de crête.

Ce faisant, le circuit fait deux choses. Il prend le rôle d'un transformateur élévateur en élevant la tension alternative de crête et d'un redresseur car il convertit le courant alternatif en courant continu.

Conception de doubleur de tension

Source :Wikimedia Commons.

Puisqu'ils sont des multiplicateurs de tension, les doubleurs constituent les blocs de construction de base ou les étages uniques des circuits d'ordre supérieur.

Quadruple tension (notez les quatre diodes et condensateurs)

Source :Wikimedia Commons.

Vous pouvez cascader des étapes similaires pour créer des tripleurs, des quadruples de tension, etc. Une triple tension a trois diodes et condensateurs, tandis qu'une quadruple en a quatre chacune. Le circuit peut évoluer vers le haut pour atteindre la tension dont vous avez besoin pour le projet.

Comment fonctionne un circuit doubleur de tension ?

Un doubleur de tension comporte quatre composants discrets qui amplifient la tension et font circuler le courant dans une direction. Ce sont deux diodes et deux condensateurs.

Circuit doubleur de tension

Source :Wikimedia Commons.

Le circuit organise les composants pour faire de l'une des diodes un conducteur pendant chaque cycle de tension alternative. Dans le demi-cycle positif, la diode deux reste éteinte, de sorte qu'un seul condensateur est chargé à la tension d'entrée de crête CA.

La diode un s'éteint pendant le pic négatif, mais la diode deux conduit et charge le deuxième condensateur. Cependant, le circuit avait déjà chargé le condensateur un lors du cycle précédent. Par conséquent, cette tension est ajoutée à la tension alternative entrante.

Le résultat est un doublement de la source de tension alternative de crête au niveau du deuxième condensateur, mais cette fois en tant que courant continu car le courant circulera dans une direction.

Ainsi, un doubleur agit comme une pompe de charge, délivrant 2Vin.

Types de doubleur de tension

• Doubleur de tension demi-onde
• Doubleur de tension pleine onde

Avantages du doubleur de tension

• Une alternative moins chère et plus légère aux transformateurs.
• Peut créer une tension négative en inversant la polarité des diodes et des condensateurs connectés.
• Augmentation facile du facteur de multiplication de tension en cascadant des doubleurs de tension identiques dans le circuit.

Circuit de doubleur de tension CC

Voici la meilleure partie. Si vous souhaitez construire un circuit doubleur de tension continue (demi-onde ou pleine onde), vous avez besoin des composants suivants :

• Carte de circuit imprimé (ou planche à pain et fils de connexion)
• Deux diodes
• Deux condensateurs

Alors, comment fonctionne le circuit ? En détail, examinons à la fois les circuits doubleurs de tension continue demi-onde et pleine onde. Mais d'abord, voici comment les entrées arrivent.

Tension d'entrée CA

Étant donné que la forme d'onde CA a des demi-cycles positifs et négatifs, cette explication ci-dessous décrit ce qui se passe uniquement dans ces deux cycles. Le doublement se produit de manière répétitive au fur et à mesure que la puissance circule dans le circuit.

Forme d'onde CA montrant les demi-cycles positifs et négatifs continus

Vm est la tension de crête et Vin est la tension d'entrée. Vm =Vin à la tension de crête, nous utiliserons donc Vm dans les équations.

Doubleur de tension demi-onde

Avec la polarité comme indiqué dans le schéma ci-dessous, la tension d'entrée polarise en inverse la diode D2. Son côté N se connecte à la borne positive, tandis que le côté P se connecte à la borne négative de la source CA.

Polarité du circuit doubleur de tension CC demi-onde pendant le demi-cycle positif

D'autre part, D1 est polarisé en avant parce que ses côtés P et N se connectent respectivement aux bornes positive et négative.

Par conséquent, vous pouvez réimaginer le schéma comme ayant la diode D1 formant un court-circuit (joint conducteur) tandis que D2 est un circuit ouvert. Vous pouvez utiliser la loi de tension de Kirchhoff pour obtenir la tension aux bornes du condensateur C1 (Vc1).

Vm – Vc1 =0

Donc Vc1 =Vm

Pendant le demi-cycle négatif, la polarité change, comme indiqué ci-dessous.

Polarité du circuit doubleur de tension CC demi-onde pendant le demi-cycle négatif

Pendant cette onde, Vin polarise en direct la diode D2. Ses côtés N et P se connectent respectivement aux bornes négative et positive. Cependant, D1 est biaisé en sens inverse.

En tant que tel, vous pouvez redessiner le schéma avec D1 formant un circuit ouvert tandis que D2 forme un court-circuit.

En utilisant la loi de tension de Kirchhoff, nous pouvons déterminer la tension aux bornes du condensateur C2 en utilisant cette formule.

-Vm – Vm + Vc2 =0

-Vm est la tension d'entrée (à polarité négative)

Le deuxième Vm est la tension aux bornes de C1, qui s'est chargée au cours du cycle précédent.

Par conséquent, Vc2 =Vm + Vm, ce qui équivaut à 2Vm.

Si vous connectez une charge aux bornes du condensateur C2, vous obtiendrez le double de la tension d'entrée de crête, créant ainsi l'effet de doublement.

C1 agit comme un dispositif de stockage car il lui manque un chemin de retour pour se décharger. Mais pendant le demi-cycle négatif, il se connecte avec la source de tension en série, donc la tension des deux sources s'additionne.

Doubleur de tension pleine onde

Lorsqu'il s'agit d'un doubleur pleine onde, nous mesurons la tension aux bornes des deux condensateurs C1 et C2. Pendant le cycle positif, Vin biaise en avant D1 mais en inverse D2.

Polarité du circuit doubleur de tension CC pleine onde pendant le demi-cycle positif

Pendant cette période, il n'y a pas de résistance aux bornes de D1, donc il court-circuite et charge le condensateur C1. Cependant, D2 agit comme un circuit ouvert en raison de sa résistance élevée. Par conséquent, C2 n'est pas facturé.

En utilisant la loi de Kirchhoff,

Vm – Vc1 =0

Donc, Vc1 =Vm

Dans le demi-cycle négatif, D1 est polarisé en inverse, mais la polarité polarise en avant D2.

Polarité du circuit doubleur de tension CC pleine onde pendant le demi-cycle négatif

En appliquant la loi de Kirchhoff,

-Vm + Vc2 =0

Donc Vc2 =Vm

Rappelez-vous que C1 a été chargé lors du cycle précédent, donc les deux sont à la tension de crête Vm. Par conséquent, si vous connectez une charge sur les deux condensateurs, vous obtiendrez 2 Vm.

Quelle est la différence ?

Si vous regardez les équations, elles sont quelque peu similaires, alors quelle est la différence entre un doubleur de tension demi-onde et pleine onde ?

Le premier charge le condensateur C1 lors du premier cycle puis le décharge lors du second cycle. Cela crée le problème de produire une tension d'ondulation égale à la fréquence d'alimentation, ce qui rend difficile le lissage de la fréquence d'ondulation. Par conséquent, la courbe de tension de sortie n'est pas très lisse.

Diagramme de tension d'ondulation avant et après lissage

Source :Wikipédia

Cependant, un doubleur de tension pleine onde agit plus comme deux redresseurs demi-onde. Par conséquent, la courbe de tension de sortie est plus lisse.

Il convient de noter qu'avec les circuits demi-onde et pleine onde, nous devons supposer que les condensateurs C1 et C2 n'ont pas de charge initialement.

Applications du doubleur de tension

• Pompes ioniques
• CRT de télévision
• Systèmes à rayons X
• Copie
• Équipement radar
• Tubes à ondes progressives
• Fours à micro-ondes
• Élimine les bugs

Résumé

En conclusion, les doubleurs de tension sont des circuits vitaux dans de nombreux appareils car ils sont peu coûteux à fabriquer et ne pèsent pas autant que les transformateurs.

Cela dit, les circuits transformateur-redresseur produisent des courbes de tension de sortie CC beaucoup plus lisses, mais compte tenu des avantages et des inconvénients de chacun, les doubleurs de tension ont l'avantage.

De plus, vous pouvez ajouter des circuits de filtrage au doubleur pour lisser la sortie afin qu'elle corresponde à une combinaison transformateur-redresseur.

Si vous avez besoin des composants pour fabriquer ces circuits, contactez-nous pour les obtenir à des prix imbattables et abordables.