Kuinka tukkien jännitekerroin toimii. Jännitteenkerroin tasasuuntaajat. Jännitteen tuplaaja: ominaisuudet ja toimintaperiaate

Yhä useammin radioamatöörit ovat kiinnostuneet tehopiireistä, jotka on rakennettu jännitteen kertolaskuperiaatteella. Tämä kiinnostus liittyy suuren kapasitanssin omaavien pienoiskondensaattoreiden ilmestymiseen markkinoille ja muuntajan kelojen kelaamiseen käytettävän kuparilangan hinnan nousuun. Mainittujen laitteiden lisäetu on niiden pienet mitat, mikä pienentää merkittävästi suunniteltujen laitteiden lopullisia mittoja. Mikä on jännitteenkerroin? Tämä laite koostuu kondensaattoreista ja diodeista, jotka on kytketty tietyllä tavalla. Pohjimmiltaan se on vaihtojännitteen muunnin pienjännitelähteestä korkeaan tasajännitteeseen. Miksi tarvitset tasajännitteen kertoimen?

Soveltamisala

Tällaista laitetta on käytetty laajasti televisiolaitteissa (kuvaputkien anodijännitelähteissä), lääketieteellisissä laitteissa (suurtehoisten lasereiden virtalähteenä) ja mittaustekniikassa (säteilyn mittauslaitteet, oskilloskoopit). Lisäksi sitä käytetään pimeänäkölaitteissa, sähköiskulaitteissa, kotitalous- ja toimistolaitteissa (kopiokoneissa) jne. Jännitteenkerroin on saavuttanut suuren suosion johtuen kyvystä tuottaa jopa kymmenien ja jopa satojen tuhansien volttien jännitettä, ja tämä laitteen pienillä mitoilla ja painolla. Toinen mainittujen laitteiden tärkeä etu on niiden valmistuksen helppous.

Piirien tyypit

Tarkasteltavat laitteet on jaettu symmetrisiin ja epäsymmetrisiin, ensimmäisen ja toisen tyyppisiin kertoimiin. Symmetrinen jännitekerroin saadaan yhdistämällä kaksi epäsymmetristä piiriä. Yhdessä tällaisessa piirissä kondensaattoreiden (elektrolyyttien) napaisuus ja diodien johtavuus muuttuvat. Symmetrisellä kertoimella on parhaat ominaisuudet. Yksi tärkeimmistä eduista on tasasuunnatun jännitteen aaltoilutaajuuden kaksinkertainen arvo.

Toimintaperiaate

Kuvassa on puoliaaltolaitteen yksinkertaisin piiri. Mietitään toimintaperiaatetta. Kun jännitteen negatiivinen puolijakso syötetään, kondensaattori C1 alkaa latautua avoimen diodin D1 kautta syötetyn jännitteen amplitudiarvoon. Sillä hetkellä, kun positiivisen aallon jakso alkaa, kondensaattori C2 varataan (diodin D2 kautta) kaksinkertaiseen jännitteeseen. Negatiivisen puolijakson seuraavan vaiheen alussa varataan kondensaattori C3 - myös kaksinkertaiseen jännitearvoon, ja puolijakson muuttuessa myös kondensaattori C4 varataan määritettyyn arvoon. Laite käynnistyy useiden täysien vaihtovirtajännitteen jaksojen aikana. Lähtö on vakio fyysinen suure, joka on peräkkäisten, jatkuvasti ladattujen kondensaattorien C2 ja C4 jänniteindikaattoreiden summa. Tuloksena saamme arvon, joka on neljä kertaa suurempi kuin sisääntulossa. Tämä on periaate, jolla jännitteen kertoja toimii.

Piirin laskenta

Laskettaessa on asetettava vaaditut parametrit: lähtöjännite, teho, vaihtojännite, mitat. Joitakin rajoituksia ei pidä laiminlyödä: tulojännite ei saa ylittää 15 kV, sen taajuus vaihtelee 5-100 kHz, lähtöarvo ei saa ylittää 150 kV. Käytännössä käytetään laitteita, joiden lähtöteho on 50 W, vaikka on realistista suunnitella jännitteenkerroin, jonka lähtöarvo on lähellä 200 W. Lähtöjännitteen arvo riippuu suoraan kuormitusvirrasta ja määritetään kaavalla:

U out = N*U in - (I (N3 + +9N2 /4 + N/2)) / 12FC, jossa

I - kuormitusvirta;

N - vaiheiden lukumäärä;

F - tulojännitetaajuus;

C on generaattorin kapasiteetti.

Siten, jos asetat lähtöjännitteen, virran, taajuuden ja askelmäärän arvon, on mahdollista laskea tarvittava

Jännitteen tuplaaja käytetään korkeamman tasajännitteen saamiseksi pienemmästä AC-jännitteestä. Jännitteen tuplauspiiri on melko yksinkertainen ja koostuu yleensä vain neljästä komponentista - kahdesta tasasuuntaajasta ja kahdesta.

Jännitteen tuplaajan toiminnan kuvaus

Tässä jännitteen kaksinkertaistuspiirissä C1 varautuu diodin VD1 () kautta joka positiivinen puolijakso. Kondensaattorin C1 jännite on suunnilleen yhtä suuri kuin tulon vaihtojännite kerrottuna kertoimella 1,414 (U amplitudi / U tehollinen) tai noin 311 volttia, jos tuloon kytketään 220 V vaihtojännite.

Kapasitanssi C2 ladataan diodin VD2 kautta joka negatiivinen puolijakso 311 volttiin. Koska molemmat kondensaattorit on kytketty sarjaan, saamme ulostuloon jatkuvan 622 voltin jännitteen.

Tämä piiri toimii millä tahansa AC-tulojännitteellä, koska diodit ja kondensaattorit on valittu oikein. Jotta piiri toimisi kunnolla, se on välttämätöntä. 200 ohmia on suunniteltu rajoittamaan virtapiikkejä suuria kondensaattoreita käytettäessä. Sen arvo ei ole kriittinen.

Myös tasasuuntaajan toisiokäämistä otettua jännitettä voidaan käyttää vaihtojännitteen lähteenä. Tätä vaihtoehtoa käytettiin suunnittelussa.

Huomio. Koska jännitteen tuplauspiiri on rakennettu ilman muuntajaa, on oltava erittäin varovainen sähköiskun välttämiseksi.

Viime aikoihin asti jännitekertoimia aliarvostettiin. Monet suunnittelijat tarkastelevat näitä piirejä putkiteknologian näkökulmasta ja menettävät siksi joitakin mahtavia mahdollisuuksia. On tunnettua, kuinka onnistunut ratkaisu oli jännitteen kolmin- ja nelinkertaistimien käyttö televisioissa. Onneksi meidän ei tarvitse ratkaista röntgenongelmia SMPS:ssä, mutta jännitteenkerroinpiiri voi usein olla hyödyllinen koon pienentämiseen edelleen, kun ilmeinen raja on saavutettu perinteisillä menetelmillä, joissa käytetään suurtaajuuskytkentää ja 60 Hz muuntajia. on poistettu. Muissa tapauksissa jännitteen kertojat voivat tarjota tyylikkään tavan tuottaa lisälähtöjännitettä käyttämällä yhtä muuntajan toisioyksikköä.

Monet oppikirjat käsittelevät yksityiskohtaisesti jännitekertoimien haittoja. Niillä sanotaan olevan huono jännitestabiilisuus ja liian monimutkaisia. Näillä puutteilla on perusteita, mutta se perustuu kokemukseen putkipiirien käytöstä, jotka ovat aina toimineet sinimuotoisilla jännitteillä taajuudella 60 Hz. Jännitekertoimien ominaisuudet paranevat huomattavasti, kun ne toimivat neliöaaltojännitteillä pikemminkin kuin sinimuotoisilla jännitteillä ja varsinkin kun ne toimivat korkeilla taajuuksilla. Kytkentätaajuudella 1 kHz ja vielä enemmän 20 kHz jännitekerroin ansaitsee kykynsä uudelleenarvioinnin. Ottaen huomioon, että neliöaallon huippu- ja neliöjuuriarvot ovat samat, kertojapiirin kondensaattoreilla on paljon pidempi varauksen kertymisaika verrattuna sinivärähtelyyn. Tämä parantaa jännitteen vakautta ja parantaa suodatusta. Tiedetään, että erittäin hyvä vakaus on mahdollista sinimuotoisella jännitteellä, mutta vain suurten kondensaattoreiden ansiosta. Joitakin hyödyllisiä jännitteen kertojapiirejä on esitetty kuvassa. 16.4. Kaksi eri kuvaa samasta piiristä kuvassa. (A) osoittaa, että tapa, jolla kaavio piirretään, voi joskus olla harhaanjohtava.

Vaikka stabiilisuus ei ole enää iso ongelma jännitekertoimissa, ei erittäin hyvää vakautta tarvita järjestelmässä, jossa yksi tai useampi takaisinkytkentäsilmukka huolehtii DC-lähtöjännitteen lopullisesta stabiloinnista. Erityisesti jotkin jännitteen kertojat toimivat erittäin hyvin 50 prosentin invertterin käyttöjaksolla. Sopivia jännitteen kertojia suositellaan säätelemättömäksi teholähteeksi, yleensä ennen takaisinkytkentäsilmukan stabilointipiiriä. Tyypillisesti tämä käyttö liittyy DC/DC-muuntimeen. Esimerkiksi 60 Hz verkkojännite voidaan tasasuuntaa ja kaksinkertaistaa. Tätä tasajännitettä käytetään sitten suuritehoisessa DC-DC-muuntimessa, joka voidaan suunnitella kytkentäsäätimeksi. Huomaa, että tämä menetelmä mahdollistaa korkean lähtöjännitteen ilman muuntajaa, joka toimii 60 Hz:llä.

Jännitteenkerroin helpottaa hyvän invertterin luomista. Invertterimuuntaja toimii parhaiten muunnossuhteella, joka on noin yksikkö. Merkittävät poikkeamat tästä arvosta, erityisesti jännitteen noustessa, johtavat usein melko suuren vuotoinduktanssin ilmaantumiseen muuntajan käämeissä, mikä aiheuttaa invertterin epävakaata toimintaa. Inverttereitä ja muuntajia kokeilleet tietävät siis hyvin, että yksinkertaisenkin piirin toiminnassa todennäköisin vika on värähtely, jonka taajuus poikkeaa lasketusta. Ja vuodon induktanssi voi helposti johtaa kytkentätransistorien tuhoutumiseen. Tämä ongelma voidaan välttää käyttämällä jännitekerrointa muuntajassa, jonka muunnossuhde on noin yksikkö.

Riisi. 16.4. Jännitteenkerroinpiirit. Molemmat kaaviot kuvassa. (A) ovat sähköisesti identtisiä. Kiinnitä huomiota hyväksyttäviin ja kiellettyihin maadoitusvaihtoehtoihin eri piireissä - joissakin tapauksissa generaattori ja kuorma eivät välttämättä jaa samaa maadoituspistettä.

Kun käsittelemme sinimuotoisia jännitteitä, on muistettava, että jännitekertoimet toimivat jännitteen huippuarvolla. Siten ns. jännitteen tuplaaja, joka toimii tulojännitteellä, jonka tehollinen arvo on 100 V, tuottaa avoimen piirin lähtöjännitteen 2 x 1,41 x 100 = 282 V. Eli jos kondensaattorin arvo on suuri ja kuorma on suhteellisen valoa, tulos on enemmän kuin kolminkertainen tulon tehollisen jännitteen arvo. Samanlainen päättely pätee muihin kertoimiin.

Jos otetaan kaikkien kondensaattorien kapasitanssit ja sisääntulon sinimuotoinen jännite yhtä suureksi, niin jännitekertoimien tulee olla arvon (ocr vähintään 100, missä (0 = 2K /, toimintataajuus ilmaistaan hertseinä, kapasitanssi on Faradissa, ja se on tehollinen vastus ohmeina, mikä vastaa matalaimpedanssista kuormaa, joka voidaan kytkeä suorakulmainen jännite, cocr-arvo voi olla huomattavasti pienempi kuin 100.

Jännitteenkerroinpiiriä valittaessa on kiinnitettävä huomiota maadoitukseen. Kuvassa 16.4, generaattorisymboli edustaa yleensä muuntajan toisiokäämiä. Huomaa, että jos yksi kuorman liittimistä on maadoitettava, niin puoliaaltopiireissä on mahdollista maadoittaa muuntajan yksi napa, mutta täysaaltopiireissä se ei ole mahdollista. Täysaaltopiirit ovat hyödyllisiä tuottamaan kaksinapaisia lähtölähteitä, joissa yksi lähtö on positiivinen maahan ja toinen negatiivinen, ja jokaisessa lähdössä on puolet täydestä lähtöjännitteestä.

Kuvassa esitetyt piirit. 16.4(A) ovat identtisiä ja ovat täysaaltotasasuuntaajia, joissa on jännitteen kaksinkertaistaminen. Kaavio kuvassa. B on puoliaaltotasasuuntaaja jännitteen kaksinkertaisella. Kaavio Fig. C toimii puoliaaltotriplerina. Täysaaltoinen nelinkertaija on esitetty kuvassa. D ja puoliaallon nelinkertaija kuvassa. E. Samanlaisia jännitteen kertoimia käytetään laajasti television flyback-virtalähteissä, jotka tarjoavat korkeajännitteisiä kuvaputkia. Niitä käytetään myös Geiger-laskureissa, lasereissa, sähköstaattisissa erottimissa jne.

Vaikka täysaaltojännitekertojalla on parempi stabiilisuus ja pienempi aaltoilu kuin puoliaaltojännitteen kertojilla, käytännössä erot pienenevät suurtaajuisia neliöaaltoja käytettäessä. Suurten kondensaattorien käyttö voi aina parantaa jännitteen vakautta ja vähentää aaltoilua. Yleensä 20 kHz:n ja sitä korkeammilla taajuuksilla puoliaaltokertoimien yhteisen maadoituspisteen olemassaolo vaikuttaa ratkaisevasti suunnittelijan valintaan.

Yhdistämällä suuri määrä perusasteita voidaan saada erittäin korkeita tasajännitteitä. Vaikka tämä menetelmä ei ole uusi, sen toteuttaminen puolijohdediodeilla on osoittautunut helpommaksi kuin aikaisemmilla putkitasasuuntaajilla, joita vaikeuttivat eristysongelmat ja hehkulangan aiheuttamat kustannukset. Kuvassa on kaksi esimerkkiä monivaiheisista jännitteen kertoimista. 16.5. Ne kertovat tulon vaihtojännitteen amplitudiarvon kahdeksan kertaa. Kuvan kaaviossa. 16.5A, minkään kondensaattorin jännite ei ylitä 2K. Kuvassa esitetyn piirin erottuva piirre. 16,5 V on tulon ja lähdön yhteinen maadoituspiste. Kondensaattorien jännitearvoja on kuitenkin nostettava asteittain, kun ne lähestyvät piirin lähtöä. Vaikka 60 Hz:n taajuudella tämä lisää kokoa ja kustannuksia, korkeilla taajuuksilla nämä haitat ovat vähemmän herkkiä. Molempien piirien diodien on kestettävä huipputulojännite E, mutta luotettavuuden vuoksi tulisi käyttää diodeja, joiden jännite on vähintään useita kertoja suurempi kuin E. Näissä piireissä käytetään tyypillisesti saman kapasitanssin omaavia kondensaattoreita. Mitä suurempi kondensaattorin kapasiteetti, sitä parempi vakaus ja vähemmän aaltoilua. Suuret kondensaattorit asettavat kuitenkin diodeille enemmän vaatimuksia maksimivirta-arvojen suhteen.

Kuvassa esitetty kaavio. 16.6 on osoittautunut erittäin hyödylliseksi elektroniikkasovelluksissa. Huomaa, että se toimii unipolaarisesta pulssijonosta. Tämä on Cockroft-Walton-jännitekertojapiiri, joka löytyy usein kirjallisuudesta. Vaikka kaikilla kondensaattoreilla voi olla sama kapasitanssi ja sama nimellisjännite E, on parempi käyttää seuraavaa lähestymistapaa:

Ensin lasketaan lähtökondensaattorin kapasitanssi

jossa /q on lähtövirta ampeereina ja / on unipolaarisen pulssin kesto mikrosekunteina. Olkoon = 40 mA esimerkkinä. Jos oletetaan, että taajuus on 20 kHz, niin t on puolet 20 kHz:n käänteisarvosta, tai

Suurin aaltoiluarvo otetaan jännitteeksi V. 100 mV:n arvoa voidaan siis pitää kohtuullisena

Riisi. 16.5. Kaksi vaihtoehtoa monivaiheiselle jännitteen kertojalle. (A) Tässä piirissä minkään kondensaattorin jännite ei ole suurempi kuin 2E. (B) Tämän piirin ominaisuus on tulon ja lähdön yhteinen maapiste.

Kun lähestyt piirin tuloa, kondensaattoreiden kapasitanssi kasvaa asteittain useita kertoja verrattuna viimeisen kondensaattorin C^ kapasitanssiin. Nämä laskelmat ovat yksinkertaisia, mutta voivat olla virheellisiä, jos et kiinnitä niihin erityistä huomiota. Merkitse numerot kondensaattorien viereen piiriin kuvassa. 16.6. Nämä ovat kertoimet, joilla kapasitanssi C^ täytyy kertoa kapasitanssin todellisen arvon saamiseksi. Siten numerolla 2 merkityn kondensaattorin kapasitanssi on 2C^ tai esimerkissämme 10 μF x 2 = 20 μF. Kondensaattorin kapasiteetti on 5C^ tai 50 µF. Ja ensimmäisellä kondensaattorilla on kapasitanssi IIC^ tai PO μF.

Mistä nämä luvut ovat peräisin? Ne edustavat virtojen suhteellisia arvoja piiriä pitkin. Jos kuvassa 2 esitettyjen kondensaattorien vieressä ei ole numeroita. 16.6, Voit määrittää ne lausekkeella (2/1-1). Tässä n edustaa tulojännitteen kerrointa. Ilmeisesti kuusinkertaisessa kertoimessa l = 6. Aloitat tulokondensaattorista ja huomaat, että 2n-\ = 11. Jatka sitten kondensaattorien alimmasta rivistä, jolloin saat 2/1-3, 2/2-5, 2/1 järjestyksessä -7, 2/2-9 ja lopuksi - (2/2-11). Sitten tämän menettelyn mukaisesti aloitamme ensimmäisestä kondensaattorista vasemmalla ylärivillä. Tällä kertaa C^-kertoimet ovat: 2/2-2, 2/2-4, 2/2-6, 2/2-8 ja lopuksi oikean päätykondensaattorin 2/2-10.

Riisi. 16.6. Jännitekerroin kuudella, toimii unipolaaristen pulssien lähteestä. Kondensaattorien vieressä olevien numeroiden merkitys on selitetty tekstissä.

Se, että tulon lähellä olevilla kondensaattoreilla on suurempi kapasiteetti kuin lähempänä lähtöä olevilla kondensaattoreilla, johtuu varauksen siirrosta, jonka pitäisi luonnollisesti olla melko suuri sisääntulossa. Yhden jakson aikana tapahtuu 2/2-1 latauksen siirtoa. Jokaisella näistä siirroista tapahtuu luonnollista energian menetystä. Nämä energiahäviöt ovat minimaaliset, jos kondensaattorit on suunniteltu edellä mainitulla tavalla.

Minkä tahansa jännitteen kertoimen ensimmäinen testi tulee tehdä säädettävällä automaattimuuntajalla tai muulla laitteella, joka mahdollistaa tulojännitteen asteittaisen nostamisen. Muuten virtapiikki voi tuhota diodit. Tämän säännön ankaruus riippuu tekijöistä, kuten kondensaattorin kapasitanssista, tehotasosta, taajuudesta, kondensaattorin ESR:stä ja tietysti diodin huippuvirran arvosta. Voi olla tarpeen sijoittaa termistori tai releellä kytketty vastus kertoimen tuloon. Toisaalta monissa tapauksissa voi pärjätä ilman suojaa, koska suuria huippuvirtoja käsitteleviä diodeja on helposti saatavilla. Joskus suojaus on "näkymätön", esimerkiksi tulomuuntaja ei yksinkertaisesti voi tuottaa suurta virtapiikkiä.

Kun työskennellään suurilla jännitteillä, eteenpäin suuntautuvan jännitehäviön suuruus diodien yli ei ole merkittävä. Matalilla jännitteillä diodien yli kertynyt jännitehäviö voi estää vaaditun lähtöjännitteen saavuttamisen ja vähentää merkittävästi tehokkuutta. jännitteen kerroin. Varmista, että diodien käänteinen palautumisaika on yhteensopiva tulojännitteen taajuuden kanssa. Muuten laskettu jännitteen kerroin puuttuu "mystisesti".

Piirin suunnitteluongelmia ratkaistaessa on aikoja, jolloin on välttämätöntä välttää muuntajien käyttöä lähtöjännitteen lisäämiseksi. Syynä tähän on useimmiten se, että laitteisiin ei voida sisällyttää tehostusmuuntimia niiden painon ja koon vuoksi. Tällaisessa tilanteessa ratkaisu on käyttää kerroinpiiriä.

Jännitekerroin - määritelmä

Laite, jota kutsutaan sähkönkertoimeksi, on piiri, jonka avulla voit muuntaa vaihtovirran tai sykkivän jännitteen tasajännitteeksi, mutta arvoltaan korkeammaksi. Parametrin arvon kasvu laitteen lähdössä on suoraan verrannollinen piirin vaiheiden lukumäärään. Tutkijat Cockroft ja Walton keksivät olemassa olevan perusjännitekertoimen.

Elektroniikkateollisuuden kehittämille nykyaikaisille kondensaattoreille on ominaista pieni koko ja suhteellisen suuri kapasiteetti. Tämä mahdollisti monien piirien uudelleenrakentamisen ja tuotteen toteuttamisen eri laitteissa. Jännitteenkerroin kootaan käyttämällä diodeja ja kondensaattoreita, jotka on kytketty omassa järjestyksessä.

Sähkön lisäystoiminnon lisäksi kertoimet muuttavat sen samanaikaisesti vuorottelusta suoraksi. Tämä on kätevää, koska laitteen yleinen piiri on yksinkertaistettu ja siitä tulee luotettavampi ja kompaktimpi. Laitteen avulla voit saavuttaa jopa useiden tuhansien volttien lisäyksen.

Missä laitetta käytetään?

Kertojat ovat löytäneet sovelluksensa erityyppisissä laitteissa, joita ovat: laserpumppujärjestelmät, röntgenaaltosäteilylaitteet korkeajänniteyksiköissään, nestekidenäyttöjen valaisemiseen, ionipumput, liikkuvat aaltolamput, ilmaionisaattorit, sähköstaattiset järjestelmät , hiukkaskiihdyttimiä, kopiokoneita, televisioita ja oskilloskooppeja, joissa on kuvaputki, sekä paikoissa, joissa tarvitaan suurta pienvirtaa tasavirtaa.

Jännitekertoimen toimintaperiaate

Piirin toiminnan ymmärtämiseksi on parempi tarkastella niin sanotun yleislaitteen toimintaa. Tässä portaiden lukumäärää ei ole määritelty tarkasti, ja lähtösähkö määräytyy kaavalla: n*Uin = Uout, jossa:

n on piirissä olevien vaiheiden lukumäärä;
Uin on laitteen tuloon syötetty jännite.

Alkuhetkellä, kun ensimmäinen, esimerkiksi positiivinen puoliaalto saapuu piiriin, tuloasteen diodi välittää sen kondensaattorilleen. Jälkimmäinen varautuu tulevan sähkön amplitudin mukaan. Toisella negatiivisella puoliaallolla ensimmäinen diodi sulkeutuu, ja toisen asteen puolijohde lähettää sen kondensaattoriinsa, joka myös varautuu. Lisäksi ensimmäisen kondensaattorin jännite, joka on kytketty sarjaan toisen kanssa, summataan viimeisen kondensaattorin kanssa ja kaskadin lähtö tuottaa kaksi kertaa enemmän sähköä.

Sama tapahtuu jokaisessa seuraavassa vaiheessa - tämä on jännitteen kertoimen periaate. Ja jos katsot etenemistä loppuun asti, käy ilmi, että lähtösähkö ylittää syöttösähkön tietyn määrän kertoja. Mutta kuten muuntajassa, virran voimakkuus pienenee, kun potentiaaliero kasvaa - myös energian säilymislaki toimii.

Kerroinrakennekaavio

Koko piiripiiri on koottu useista linkeistä. Yksi kondensaattorin jännitteen kertojalinkki on puoliaaltotasasuuntaaja. Laitteen hankkimiseksi sinulla on oltava kaksi sarjaan kytkettyä linkkiä, joista jokaisessa on diodi ja kondensaattori. Tämä piiri on sähkön tuplaaja.

Jännitteenkerroinlaitteen graafinen esitys klassisessa versiossa näyttää diodien diagonaalisen sijainnin kanssa. Suunta, johon puolijohteet kytketään päälle, määrittää, mikä potentiaali - negatiivinen tai positiivinen - on läsnä kertojan lähdössä suhteessa sen yhteiseen pisteeseen.

Kun laitteen lähdössä yhdistetään virtapiirejä, joissa on negatiivinen ja positiivinen potentiaali, saadaan kaksinapainen piiri. Tämän mallin erikoisuus on, että jos mittaat sähkön tason napaisen ja yhteisen pisteen välillä ja se ylittää tulojännitteen. 4 kertaa, sitten napojen välinen amplitudi kasvaa 8 kertaa.

Kertojassa yhteinen piste (joka on kytketty yhteiseen johtoon) on se, jossa virtalähteen lähtö on kytketty kondensaattorin lähtöön yhdistettynä ryhmään muiden sarjaan kytkettyjen kondensaattorien kanssa. Niiden lopussa lähtösähkö otetaan parillisilla elementeillä - parillisella kertoimella, vastaavasti parittomilla kondensaattoreilla parittomalla kertoimella.

Pumppauskondensaattorit kertoimessa

Toisin sanoen vakiojännitteen kertojan laitteessa on tietty ohimenevä prosessi, jossa muodostetaan ilmoitettua vastaava lähtöparametri. Helpoin tapa nähdä tämä on kaksinkertaistamalla sähkö. Kun kondensaattori C1 ladataan täyteen arvoonsa puolijohteen D1 kautta, niin se seuraavassa puoliaallossa yhdessä sähkölähteen kanssa lataa samanaikaisesti toista kondensaattoria. C1:llä ei ole aikaa täysin luovuttaa varaustaan C2:lle, joten aluksi ei ole kaksinkertaista potentiaalieroa lähdössä.

Kolmannella puoliaallolla ensimmäinen kondensaattori latautuu ja kohdistaa sitten potentiaalin C2:een. Mutta toisen kondensaattorin jännite on jo vastakkaiseen suuntaan kuin ensimmäinen. Tästä syystä lähtökondensaattoria ei ole ladattu täyteen. Jokaisella uudella jaksolla elementin C1 sähkö pyrkii syöttöjännitteeseen ja jännite C2:ssa kaksinkertaistaa arvonsa.

Miten kerroin lasketaan

Kertolaitetta laskettaessa on lähdettävä lähtötiedoista, jotka ovat: kuorman vaatima virta (In), lähtöjännite (Uout) ja aaltoilutekijä (Kp). Kondensaattorielementtien kapasitanssin minimiarvo μF:nä ilmaistuna määritetään kaavalla: C(n)=2,85*n*In/(Kp*Uout), jossa:

n on luku, kuinka monta kertaa syöttösähkö kasvaa;
In - kuormassa kulkeva virta (mA);
Kp - pulsaatiokerroin (%);
Uout on laitteen ulostulossa vastaanotettu jännite (V).

Kasvattamalla laskennalla saatua kapasitanssia kahdella tai kolmella kertaa, saadaan kondensaattorin kapasitanssin arvo piirin C1 sisääntulossa. Tämän elementin arvosanan avulla voit saada välittömästi täyden jännitteen arvon lähdössä sen sijaan, että odotat, kunnes tietty määrä jaksoja on kulunut. Kun kuormitustoiminta ei riipu sähkön kasvunopeudesta nimellistehoon, kondensaattorin kapasitanssi voidaan pitää identtiseksi laskettujen arvojen kanssa.

Kuormitukselle on parasta, jos diodien jännitteen kertoimen aaltoilukerroin ei ylitä 0,1 %. Myös pulsaatioiden esiintyminen 3 %:iin asti on tyydyttävää. Kaikki piirin diodit valitaan siten, että ne kestävät helposti virranvoimakkuuden, joka on kaksinkertainen sen arvoon verrattuna. Kaava laitteen suuren tarkkuuden laskemiseksi näyttää tältä: n*Uin - (In*(n3 + 9*n2/4 + n/2)/(12 *f* C))=Uout, jossa:

f on laitteen sisääntulon jännitetaajuus (Hz);
C - kondensaattorin kapasitanssi (F).

Edut ja haitat

Jännitekertoimen eduista puhuttaessa voidaan huomata seuraavaa:

Mahdollisuus saada merkittäviä määriä sähköä lähdössä - mitä enemmän lenkkejä ketjussa on, sitä suurempi kerroin.

Suunnittelun yksinkertaisuus - kaikki kootaan käyttämällä vakiolinkkejä ja luotettavia radioelementtejä, jotka harvoin epäonnistuvat.
Paino ja mitat - tilaa vievien elementtien, kuten tehomuuntajan, puuttuminen vähentää piirin kokoa ja painoa.

Minkä tahansa kerroinpiirin suurin haitta on, että se ei voi tuottaa suurta lähtövirtaa kuorman tehostamiseksi.

Johtopäätös

Jännitteen kertoimen valitseminen tietylle laitteelle. On tärkeää tietää, että symmetrisillä piireillä on paremmat parametrit aaltoilukertoimen suhteen kuin epäsymmetrisillä. Siksi herkille laitteille on suositeltavaa käyttää vakaampia kertoimia. Epäsymmetriset ovat helppoja valmistaa ja sisältävät vähemmän elementtejä.

Entä jos lataat kondensaattorit rinnakkain tai yksi kerrallaan ja kytket ne sitten sarjaan ja käytät tuloksena olevaa akkua korkeamman jännitteen lähteenä? Mutta tämä on hyvin tunnettu menetelmä jännitteen lisäämiseksi, jota kutsutaan kertolaskuksi.

Jännitekerrointa käyttämällä voit saada korkeamman jännitteen pienjännitelähteestä ilman, että sinun tarvitsee turvautua porrasmuuntajaan tähän tarkoitukseen. Joissakin sovelluksissa muuntaja ei toimi ollenkaan, ja joskus on paljon kätevämpää käyttää kerrointa jännitteen lisäämiseksi.

Esimerkiksi Neuvostoliitossa valmistetuissa televisioissa 9 kV:n jännite voitiin saada linjamuuntajasta ja nostaa sitten 27 kV:iin käyttämällä kerrointa UN9/27-1.3 (merkintä osoittaa, että tuloon syötetään 9 kV, 27 kV 1,3 mA virralla saadaan ulostuloon).

Kuvittele, jos sinun pitäisi saada tällainen jännite CRT-televisioon käyttämällä vain muuntajaa? Kuinka monta kierrosta sen toisiokäämiin tulisi kääriä ja kuinka paksu lanka sitten olisi? Tämä johtaisi materiaalien hukkaan. Seurauksena käy ilmi, että suurjännitteiden saamiseksi, jos vaadittu teho ei ole suuri, kerroin on varsin sopiva.

Jännitteenkertojapiiri, olipa se sitten matala- tai korkeajännite, sisältää vain kahden tyyppisiä komponentteja: diodeja ja kondensaattoreita.

Diodien tehtävänä on ohjata latausvirta vastaaviin kondensaattoreihin ja sitten ohjata purkausvirta vastaavista kondensaattoreista oikeaan suuntaan niin, että tavoite (lisäjännitteen saaminen) saavutetaan.

Tietenkin kertoja syötetään vaihto- tai sykkivällä jännitteellä, ja usein tämä lähdejännite otetaan muuntajasta. Ja kertoimen lähdössä diodien ansiosta jännite on vakio.

Katsotaanpa tuplaajan esimerkkiä käyttäen kertojan toimintaperiaatetta. Kun virta heti alussa liikkuu alas lähteestä, lähin ylempi kondensaattori C1 latautuu ensin ja voimakkaimmin lähimmän alemman diodin D1 kautta, kun taas piirin toinen kondensaattori ei saa varausta, koska se on estetty. diodi.

Lisäksi, koska meillä on täällä vaihtovirtalähde, virta liikkuu lähteestä ylöspäin, mutta täällä matkalla on C1, joka on nyt kytketty lähteeseen sarjaan ja diodin D2 kautta kondensaattori C2 saa varauksen suurempi jännite, jolloin siitä saadaan korkeampi jännite kuin lähteen amplitudi (miinus häviöt diodissa, johdoissa, dielektrissä jne.).

Sitten virta liikkuu taas alaspäin lähteestä - kondensaattori C1 latautuu. Ja jos kuormaa ei ole, niin muutaman jakson jälkeen kondensaattorin C2 jännite pidetään noin 2 amplitudilähdejännitteen tasolla. Samalla tavalla lisäämällä osia saat korkeamman jännitteen.

Kuitenkin, kun kertoimen portaiden lukumäärä kasvaa, lähtöjännite kasvaa aluksi yhä suuremmiksi, mutta laskee sitten nopeasti. Käytännössä kertoimissa käytetään harvoin yli 3 vaihetta. Loppujen lopuksi, jos asennat liian monta vaihetta, häviöt kasvavat ja jännite kaukaisissa osissa on toivottua pienempi, puhumattakaan tällaisen tuotteen paino- ja kokoindikaattoreista.

Muuten, mikroaaltouunissa käytetään perinteisesti jännitteen kaksinkertaistamista (taajuus 50 Hz), mutta kolminkertaistamista, UN-tyyppisissä kertoimissa, sovelletaan korkeataajuiseen jännitteeseen, joka mitataan kymmenissä kilohertseissä.

Nykyään monilla teknisillä alueilla, joilla vaaditaan korkeaa jännitettä pienellä virralla: laser- ja röntgentekniikassa, näytön taustavalojärjestelmissä, magnetronitehopiireissä, ilmaionisaattoreissa, hiukkaskiihdyttimissä, kopiointitekniikassa - kertoimet ovat juurtuneet hyvin.