Podemos imaginar mejor los procesos de este circuito con la ayuda del conocido analogía hidráulica de vasos comunicantes . Para ello, he superpuesto "vasos" estilizados (en verde) sobre el circuito. Las barras de tensión (en rojo) también están ahí y puedes ver la idea que hay detrás de ellas - corresponden a las columnas de agua en el interior de los vasos .
Cómo investigar el funcionamiento del circuito durante el arranque
Los procesos de este circuito tras la puesta en marcha se desarrollan rápidamente durante varios periodos de tensión de red. Para que nuestra mente lenta entienda lo que ocurre durante este tiempo, debemos ralentizar de alguna manera el funcionamiento del circuito. Para ello, he sustituido la fuente de corriente alterna por una fuente de corriente continua: una batería que invertimos alternativamente (piensa en ella como en un oscilador de onda cuadrada con frecuencia ultrabaja ). De este modo, podemos seguir lentamente, paso a paso, el funcionamiento del circuito.
Las figuras siguientes representan el estado del circuito al final de la media onda cuando los condensadores (con la misma capacitancia) están cargados y no fluye corriente. Tenga en cuenta que aquí "V" significa la tensión de la fuente de tensión (¡no "voltios"!).
La idea básica del funcionamiento del circuito
La idea básica es una redistribución de la carga entre dos condensadores en paralelo .
50% de carga. En esta disposición (Fig. 1), primero cargamos completamente el condensador C1 conectándolo en paralelo a la fuente de tensión V (a). La fuente está conectada con su terminal positivo a tierra de acuerdo con las siguientes figuras y se dibuja de una manera más inusual - por debajo de la línea de tensión cero (tierra) y en espejo ya que su tensión es negativa. Los vasos comunicantes también están reflejados y tienen un aspecto bastante extraño en esta posición. El condensador C1 también está dibujado por debajo de la tierra ya que está cargado a tensión negativa. En la analogía hidráulica, si conectamos un vaso constantemente lleno de agua (fuente de presión hidráulica) a otro recipiente pero vacío, este último estará lleno de agua y se establecerá el mismo nivel de -H en ambos recipientes.
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Fig. 1. El condensador C1 está totalmente cargado por la fuente de tensión V (a); luego se descarga en un 50% a través del condensador C2 (b)... el resultado es una tensión de 0,5V en los condensadores
A continuación, descargamos C1 conectándolo en paralelo a otro condensador, pero vacío, C2 (b). Como por ambos condensadores circula la misma corriente, cambian simultáneamente sus cargas a la misma velocidad pero en sentidos opuestos (C1 se descarga al 50% mientras que C2 se carga al 50%). Como resultado, la mitad de la carga se transfiere de C1 a C2 y la mitad de la tensión V se aplica a través de ellos. Si conectamos un recipiente lleno de agua a otro recipiente vacío, la mitad del agua se trasladará del primer recipiente al segundo, y se establecerá el mismo nivel de agua igual a la mitad del nivel inicial en ambos recipientes.
75% de carga. Para aumentar aún más la carga de C2, tenemos que repetir este procedimiento (Fig. 2). Primero cargamos completamente el condensador C1 conectándolo a la fuente de tensión V (a). Luego descargamos C1 conectándolo en paralelo al condensador C2 cargado al 50% (b). Como de nuevo fluye la misma corriente por ambos condensadores, C1 se descarga con un 25% mientras que C2 se carga con un 25%. Como resultado, 1/4 de la carga inicial se transfiere de C1 a C2 y 3/4 de la tensión inicial V se aplica a través de ellos. En la analogía hidráulica, 1/4 del agua se trasladará del primer al segundo recipiente, y se establecerá el mismo nivel de agua de 3/4 del nivel inicial en ambos recipientes.
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Fig. 2. El condensador C1 está totalmente cargado por la fuente de tensión V (a); luego se descarga en un 25% a través del condensador C2 (b)... el resultado es una tensión de 0,75V en los condensadores
...y así sucesivamente...
Así que, la tensión en dos condensadores cargados arbitrariamente y conectados en paralelo es igual a la media aritmética de sus tensiones iniciales.
Esta conclusión nos ayudará a revelar lo que ocurre en el arranque del duplicador de tensión. Para ello, investigaremos los tres primeros ciclos de la tensión de red; el resto son análogos.
Investigación del funcionamiento del circuito
Ciclo 1 (Fig. 3). Para imitar la primera media onda negativa, conectamos el terminal positivo de la batería a tierra y C1 en paralelo a la batería para cargarla completamente (a).
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Fig. 3. El condensador C1 está totalmente cargado por la fuente de tensión V (a); luego se descarga al 100% a través del condensador C2 (b)... el resultado es la tensión V a través de C2
Luego, para imitar la media onda positiva del primer ciclo, desconectamos C1 y lo conectamos en serie a la fuente (b). He mostrado en mi respuesta anterior que también tenemos que invertir la fuente de tensión para que ambas tensiones V y VC1 se sumen. Así, primero conectamos el terminal negativo de la batería a tierra; luego conectamos toda la "batería" (formada por la fuente V y el C1 totalmente cargado en serie) al C2 vacío. Como por ambos condensadores circula la misma corriente, cambian simultáneamente sus cargas al mismo ritmo pero en direcciones opuestas. Pero aquí C1 se "levanta" con V; así que se descarga completamente hasta cero mientras que C2 se carga hasta V. Como resultado, toda la carga se transfiere de C1 a C2 y toda la tensión inicial V se aplica a través de C2. Del mismo modo, en la analogía hidráulica, el vaso de la izquierda se eleva al nivel de H; así que toda el agua de éste se traslada al segundo vaso... y su nivel de agua es igual al nivel inicial.
Ciclo 2 (Fig. 4). Para imitar la segunda media onda negativa, conectamos de nuevo el terminal positivo de la batería a tierra y C1 en paralelo a la batería para restaurar su carga (a).
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Fig. 4. El condensador C1 está totalmente cargado por la fuente de tensión V (a); luego se descarga en un 50% a través del condensador C2 (b)... cuya tensión se convierte en 1,5V
A continuación, para imitar la media onda positiva del segundo ciclo, invertimos la fuente V, conectamos C1 en serie a ella y toda la "batería" (V y el C1 totalmente cargado) al C2 totalmente cargado (b). C1 se descarga en un 50% y C2 aumenta su carga en un 50%. Como resultado, 1/2 de la carga inicial se transfiere de C1 a C2 y 3/2 de la tensión inicial V se aplica a través de C2. En la analogía hidráulica, 1/4 del agua se traslada del primer al segundo recipiente, y el nivel de agua del segundo recipiente pasa a ser 3/2 del nivel inicial.
Ciclo 3 (Fig. 5). Para imitar la tercera media onda negativa, como es habitual, conectamos el terminal positivo de la batería a tierra y C1 en paralelo a la batería para restaurar su carga (a).
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Fig. 5. El condensador C1 está totalmente cargado por la fuente de tensión V (a); luego se descarga un 12,5% a través del condensador C2 (b)... cuya tensión se convierte en 1,75V
A continuación, para imitar la media onda positiva del tercer ciclo, invertimos la fuente V, conectamos C1 en serie a ella y toda la "batería" (V y el C1 totalmente cargado) al C2 cargado 3/2 (b). C1 se descarga con 1/8 de la carga inicial y C2 aumenta su carga con 1/8. Como resultado, 1/8 de la carga inicial se transfiere de C1 a C2 y 7/4 de la tensión inicial V se aplica a través de C2. En la analogía hidráulica, 1/8 del agua se traslada del primer al segundo recipiente, y el nivel del agua del segundo recipiente pasa a ser 7/4 del nivel inicial...
...y así sucesivamente...
