डमी के लिए वोल्टेज गुणक कैसे काम करता है। वोल्टेज गुणक दिष्टकारी. वोल्टेज डबललर: संचालन की विशेषताएं और सिद्धांत

अधिक से अधिक बार, रेडियो शौकीनों की रुचि पावर सर्किट में हो गई है जो वोल्टेज गुणन के सिद्धांत पर बने होते हैं। यह रुचि उच्च क्षमता वाले लघु कैपेसिटर के बाजार में उपस्थिति और तांबे के तार की बढ़ती लागत से जुड़ी है, जिसका उपयोग ट्रांसफार्मर कॉइल को हवा देने के लिए किया जाता है। उल्लिखित उपकरणों का एक अतिरिक्त लाभ उनके छोटे आयाम हैं, जो डिज़ाइन किए गए उपकरणों के अंतिम आयामों को काफी कम कर देते हैं। वोल्टेज गुणक क्या है? इस डिवाइस में एक निश्चित तरीके से जुड़े कैपेसिटर और डायोड होते हैं। मूलतः, यह निम्न-वोल्टेज स्रोत से उच्च प्रत्यक्ष वोल्टेज में प्रत्यावर्ती वोल्टेज का कनवर्टर है। आपको डीसी वोल्टेज गुणक की आवश्यकता क्यों है?

आवेदन का दायरा

इस तरह के उपकरण को टेलीविज़न उपकरण (पिक्चर ट्यूब के एनोड वोल्टेज स्रोतों में), चिकित्सा उपकरण (उच्च-शक्ति लेजर को शक्ति देने के लिए), और मापने की तकनीक (विकिरण मापने वाले उपकरण, ऑसिलोस्कोप) में व्यापक अनुप्रयोग मिला है। इसके अलावा, इसका उपयोग रात्रि दृष्टि उपकरणों, इलेक्ट्रोशॉक उपकरणों, घरेलू और कार्यालय उपकरण (फोटोकॉपियर) आदि में किया जाता है। वोल्टेज गुणक ने दसियों और यहां तक ​​कि सैकड़ों हजारों वोल्ट तक वोल्टेज उत्पन्न करने की क्षमता के कारण इतनी लोकप्रियता हासिल की है, और यह डिवाइस के छोटे आयाम और वजन के साथ है। उल्लिखित उपकरणों का एक अन्य महत्वपूर्ण लाभ उनके निर्माण में आसानी है।

सर्किट के प्रकार

विचाराधीन उपकरणों को पहले और दूसरे प्रकार के गुणकों में सममित और असममित में विभाजित किया गया है। दो असममित सर्किटों को जोड़कर एक सममित वोल्टेज गुणक प्राप्त किया जाता है। ऐसे एक सर्किट में, कैपेसिटर (इलेक्ट्रोलाइट्स) की ध्रुवीयता और डायोड की चालकता बदल जाती है। सममित गुणक में सर्वोत्तम विशेषताएँ होती हैं। मुख्य लाभों में से एक रेक्टिफाइड वोल्टेज की तरंग आवृत्ति का दोगुना मूल्य है।

परिचालन सिद्धांत

फोटो हाफ-वेव डिवाइस का सबसे सरल सर्किट दिखाता है। आइए संचालन के सिद्धांत पर विचार करें। जब वोल्टेज का एक नकारात्मक अर्ध-चक्र लागू किया जाता है, तो कैपेसिटर C1 खुले डायोड D1 के माध्यम से लागू वोल्टेज के आयाम मान तक चार्ज होना शुरू हो जाता है। जिस समय सकारात्मक तरंग की अवधि शुरू होती है, कैपेसिटर C2 को लागू वोल्टेज से दोगुना चार्ज किया जाता है (डायोड D2 के माध्यम से)। नकारात्मक अर्ध-चक्र के अगले चरण की शुरुआत में, कैपेसिटर C3 को वोल्टेज मान से दोगुना चार्ज किया जाता है, और जब अर्ध-चक्र बदलता है, तो कैपेसिटर C4 को भी निर्दिष्ट मूल्य पर चार्ज किया जाता है। यह उपकरण प्रत्यावर्ती धारा वोल्टेज की कई पूर्ण अवधियों में चालू होता है। आउटपुट एक स्थिर भौतिक मात्रा है, जो क्रमिक, लगातार चार्ज किए गए कैपेसिटर C2 और C4 के वोल्टेज संकेतकों का योग है। परिणामस्वरूप, हमें इनपुट से चार गुना अधिक मान प्राप्त होता है। यह वह सिद्धांत है जिस पर वोल्टेज गुणक कार्य करता है।

सर्किट गणना

गणना करते समय, आवश्यक पैरामीटर सेट करना आवश्यक है: आउटपुट वोल्टेज, पावर, वैकल्पिक इनपुट वोल्टेज, आयाम। कुछ प्रतिबंधों की उपेक्षा नहीं की जानी चाहिए: इनपुट वोल्टेज 15 kV से अधिक नहीं होना चाहिए, इसकी आवृत्ति 5-100 kHz के बीच होती है, आउटपुट मान 150 kV से अधिक नहीं होना चाहिए। व्यवहार में, 50 डब्ल्यू की आउटपुट पावर वाले उपकरणों का उपयोग किया जाता है, हालांकि 200 डब्ल्यू के आउटपुट मान के साथ वोल्टेज गुणक को डिजाइन करना यथार्थवादी है। आउटपुट वोल्टेज का मान सीधे लोड करंट पर निर्भर करता है और सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:

यू आउट = एन*यू इन - (आई (एन3 + +9एन2 /4 + एन/2)) / 12एफसी, जहां

मैं - वर्तमान लोड;

एन - चरणों की संख्या;

एफ - इनपुट वोल्टेज आवृत्ति;

C जनरेटर क्षमता है।

इस प्रकार, यदि आप आउटपुट वोल्टेज, करंट, आवृत्ति और चरणों की संख्या का मान निर्धारित करते हैं, तो आवश्यक गणना करना संभव है

वोल्टेज डबलरनिम्न AC वोल्टेज से उच्च DC वोल्टेज प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है। वोल्टेज डबललर सर्किट काफी सरल है और, एक नियम के रूप में, इसमें केवल चार घटक होते हैं - दो रेक्टिफायर और दो।

वोल्टेज डबललर ऑपरेशन का विवरण

इस वोल्टेज डबललर सर्किट में, C1 को प्रत्येक सकारात्मक आधे चक्र में डायोड VD1 () के माध्यम से चार्ज किया जाता है। कैपेसिटर C1 पर वोल्टेज लगभग 1.414 (यू आयाम / यू प्रभावी) के कारक से गुणा किए गए इनपुट वैकल्पिक वोल्टेज के बराबर है या यदि इनपुट पर 220 वी वैकल्पिक वोल्टेज लागू किया जाता है तो लगभग 311 वोल्ट होता है।

कैपेसिटेंस C2 को डायोड VD2 के माध्यम से प्रत्येक नकारात्मक आधे चक्र में 311 वोल्ट तक चार्ज किया जाता है। चूँकि दोनों कैपेसिटर श्रृंखला में जुड़े हुए हैं, हमें आउटपुट पर 622 वोल्ट का निरंतर वोल्टेज मिलता है।

डायोड और कैपेसिटर के सही चयन को देखते हुए यह सर्किट किसी भी एसी इनपुट वोल्टेज के साथ काम करेगा। सर्किट के ठीक से काम करने के लिए यह आवश्यक है। 200 ओम को बड़े कैपेसिटर का उपयोग करते समय वर्तमान उछाल को सीमित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसका मूल्य महत्वपूर्ण नहीं है.

इसके अलावा, रेक्टिफायर की द्वितीयक वाइंडिंग से लिए गए वोल्टेज को वैकल्पिक वोल्टेज के स्रोत के रूप में उपयोग किया जा सकता है। डिज़ाइन में इस विकल्प का उपयोग किया गया था.

ध्यान।चूंकि वोल्टेज डबललर सर्किट ट्रांसफार्मर के बिना बनाया गया है, इसलिए बिजली के झटके से बचने के लिए अत्यधिक सावधानी बरतनी चाहिए।

हाल तक, वोल्टेज मल्टीप्लायरों की कम सराहना की जाती थी। कई डिज़ाइनर इन सर्किटों को ट्यूब प्रौद्योगिकी के नजरिए से देखते हैं और इसलिए कुछ बेहतरीन अवसर चूक जाते हैं। यह सर्वविदित है कि टेलीविज़न में वोल्टेज ट्रिपलर्स और क्वाड्रुपलर का उपयोग कितना सफल समाधान था। सौभाग्य से, हमें एसएमपीएस में एक्स-रे समस्याओं को हल करने की ज़रूरत नहीं है, लेकिन उच्च-आवृत्ति स्विचिंग और 60 हर्ट्ज ट्रांसफार्मर का उपयोग करके पारंपरिक तरीकों द्वारा स्पष्ट सीमा तक पहुंचने के बाद एक वोल्टेज गुणक सर्किट अक्सर आकार में और कमी के लिए उपयोगी हो सकता है। हटा दिए गए हैं. अन्य मामलों में, वोल्टेज मल्टीप्लायर एकल ट्रांसफार्मर सेकेंडरी का उपयोग करके अतिरिक्त आउटपुट वोल्टेज उत्पन्न करने का एक शानदार तरीका प्रदान कर सकते हैं।

कई पाठ्यपुस्तकें वोल्टेज मल्टीप्लायरों के नुकसानों पर विस्तार से बताती हैं। ऐसा कहा जाता है कि उनमें वोल्टेज स्थिरता ख़राब होती है और वे बहुत जटिल होते हैं। इन कमियों के बयान का एक आधार है, लेकिन यह ट्यूब सर्किट का उपयोग करने के अनुभव पर आधारित है, जो हमेशा 60 हर्ट्ज की आवृत्ति के साथ साइनसॉइडल वोल्टेज के साथ काम करता है। वोल्टेज मल्टीप्लायरों के गुणों में काफी सुधार होता है जब वे साइनसॉइडल वोल्टेज के बजाय वर्ग तरंग के साथ काम करते हैं, और विशेष रूप से जब उच्च आवृत्तियों पर काम करते हैं। 1 kHz की स्विचिंग आवृत्ति पर, और इससे भी अधिक 20 kHz पर, वोल्टेज गुणक अपनी क्षमताओं के पुनर्मूल्यांकन के योग्य है। यह ध्यान में रखते हुए कि एक वर्ग तरंग के लिए शिखर और मूल माध्य वर्ग मान समान हैं, गुणक सर्किट में कैपेसिटर में साइनसॉइडल दोलनों की तुलना में चार्ज संचय का समय बहुत लंबा होता है। इसके परिणामस्वरूप वोल्टेज स्थिरता में वृद्धि होती है और निस्पंदन में सुधार होता है। यह ज्ञात है कि साइनसॉइडल वोल्टेज के साथ बहुत अच्छी स्थिरता संभव है, लेकिन केवल बड़े कैपेसिटर के कारण। कुछ उपयोगी वोल्टेज गुणक सर्किट चित्र में दिखाए गए हैं। 16.4. चित्र में एक ही सर्किट की दो अलग-अलग छवियां। (ए) से पता चलता है कि जिस तरह से चित्र बनाया गया है वह कभी-कभी भ्रामक हो सकता है।

हालाँकि वोल्टेज मल्टीप्लायरों में स्थिरता अब कोई बड़ा मुद्दा नहीं है, ऐसे सिस्टम में बहुत अच्छी स्थिरता आवश्यक नहीं है जहाँ एक या अधिक फीडबैक लूप डीसी आउटपुट वोल्टेज के अंतिम स्थिरीकरण का ख्याल रखते हैं। विशेष रूप से, कुछ वोल्टेज मल्टीप्लायर 50 प्रतिशत इन्वर्टर ड्यूटी चक्र पर बहुत अच्छा प्रदर्शन करते हैं। उपयुक्त वोल्टेज मल्टीप्लायरों को एक अनियमित बिजली आपूर्ति के रूप में अनुशंसित किया जाता है, जो आमतौर पर फीडबैक लूप स्थिरीकरण सर्किट से पहले होता है। आमतौर पर यह उपयोग DC/DC कनवर्टर से जुड़ा होता है। उदाहरण के लिए, 60 हर्ट्ज मुख्य वोल्टेज को सुधारा और दोगुना किया जा सकता है। इस डीसी वोल्टेज का उपयोग उच्च-शक्ति डीसी-डीसी कनवर्टर में किया जाता है, जिसे स्विचिंग नियामक के रूप में डिज़ाइन किया जा सकता है। ध्यान दें कि यह विधि 60 हर्ट्ज पर संचालित ट्रांसफार्मर के बिना उच्च आउटपुट वोल्टेज की अनुमति देती है।

एक वोल्टेज गुणक एक अच्छा इन्वर्टर बनाना आसान बनाता है। इन्वर्टर ट्रांसफार्मर लगभग एकता के परिवर्तन अनुपात के साथ सबसे अच्छा काम करता है। इस मान से महत्वपूर्ण विचलन, विशेष रूप से बढ़ते वोल्टेज के साथ, अक्सर ट्रांसफार्मर वाइंडिंग्स में काफी बड़े रिसाव अधिष्ठापन की उपस्थिति का कारण बनता है, जो इन्वर्टर के अस्थिर संचालन का कारण बनता है। इस प्रकार, जिन लोगों ने इनवर्टर और कन्वर्टर्स के साथ प्रयोग किया है, वे अच्छी तरह से जानते हैं कि एक साधारण सर्किट के संचालन में सबसे अधिक संभावित विफलता दोलन है जिनकी आवृत्ति गणना की गई आवृत्ति से भिन्न होती है। और लीकेज इंडक्शन आसानी से स्विचिंग ट्रांजिस्टर के विनाश का कारण बन सकता है। लगभग एकता के परिवर्तन अनुपात वाले ट्रांसफार्मर का उपयोग करने के लिए वोल्टेज गुणक का उपयोग करके इस समस्या से बचा जा सकता है।

चावल। 16.4. वोल्टेज गुणक सर्किट. चित्र में दोनों आरेख। (ए) विद्युत रूप से समान हैं। विभिन्न सर्किटों के लिए स्वीकार्य और निषिद्ध ग्राउंडिंग विकल्पों पर ध्यान दें - कुछ मामलों में, जनरेटर और लोड समान ग्राउंडिंग बिंदु साझा नहीं कर सकते हैं।

जब हम साइनसॉइडल वोल्टेज से निपट रहे हैं, तो हमें याद रखना चाहिए कि वोल्टेज मल्टीप्लायर पीक वोल्टेज मान पर काम करते हैं। इस प्रकार, 100 वी के प्रभावी मूल्य वाले इनपुट वोल्टेज के साथ काम करने वाला एक तथाकथित वोल्टेज डबलर 2 x 1.41 x 100 = 282 वी का आउटपुट ओपन सर्किट वोल्टेज उत्पन्न करेगा। इस प्रकार, यदि संधारित्र मूल्य बड़ा है और लोड अपेक्षाकृत है प्रकाश, तो परिणाम इनपुट प्रभावी वोल्टेज मान को तीन गुना करने जैसा है। इसी तरह का तर्क अन्य गुणकों के लिए भी मान्य है।

यदि हम सभी कैपेसिटर की कैपेसिटेंस और इनपुट पर साइनसॉइडल वोल्टेज को बराबर लेते हैं, तो वोल्टेज मल्टीप्लायरों का मान होना चाहिए (ओसीआर कम से कम 100, जहां (0 = 2K /, ऑपरेटिंग आवृत्ति हर्ट्ज में व्यक्त की जाती है, कैपेसिटेंस है) फैराड में, और ओम में प्रभावी प्रतिरोध है, जो कम-प्रतिबाधा लोड के अनुरूप है जिसे जोड़ा जा सकता है, इस मामले में, आउटपुट वोल्टेज अधिकतम प्राप्त करने योग्य डीसी वोल्टेज का कम से कम 90% होगा और अपेक्षाकृत कम भिन्न होगा आयताकार वोल्टेज, सीओसीआर मान 100 से काफी कम हो सकता है।

वोल्टेज गुणक सर्किट चुनते समय ग्राउंडिंग पर ध्यान देना चाहिए। चित्र में. 16.4, जनरेटर प्रतीक आमतौर पर एक ट्रांसफार्मर की द्वितीयक वाइंडिंग का प्रतिनिधित्व करता है। ध्यान दें कि यदि लोड टर्मिनलों में से एक को ग्राउंड किया जाना है, तो हाफ-वेव सर्किट में ट्रांसफार्मर के एक टर्मिनल को ग्राउंड करना संभव है, लेकिन फुल-वेव सर्किट में यह संभव नहीं है। पूर्ण-तरंग सर्किट द्विध्रुवी आउटपुट स्रोतों के उत्पादन के लिए उपयोगी होते हैं जिनमें एक आउटपुट जमीन पर सकारात्मक होता है और दूसरा नकारात्मक होता है, और प्रत्येक आउटपुट में पूर्ण आउटपुट वोल्टेज का आधा होता है।

चित्र में दिखाए गए सर्किट। 16.4(ए) समान हैं और वोल्टेज दोहरीकरण के साथ पूर्ण-तरंग रेक्टिफायर हैं। चित्र में योजना। बी वोल्टेज दोगुना करने वाला एक अर्ध-तरंग रेक्टिफायर है। योजना चित्र. C हाफ-वेव ट्रिपलर के रूप में काम करता है। एक पूर्ण-तरंग चतुर्भुज चित्र में दिखाया गया है। डी, और चित्र में अर्ध-तरंग चतुर्भुज। ई. इसी तरह के वोल्टेज मल्टीप्लायरों का व्यापक रूप से टेलीविजन फ्लाईबैक बिजली आपूर्ति में उपयोग किया जाता है जो उच्च वोल्टेज के साथ पिक्चर ट्यूब प्रदान करते हैं। इनका उपयोग गीजर काउंटर, लेजर, इलेक्ट्रोस्टैटिक सेपरेटर आदि में भी किया जाता है।

यद्यपि फुल-वेव वोल्टेज मल्टीप्लायरों में हाफ-वेव वोल्टेज मल्टीप्लायरों की तुलना में बेहतर स्थिरता और कम तरंग होती है, लेकिन जब उच्च-आवृत्ति वर्ग तरंगों का उपयोग किया जाता है तो व्यावहारिक रूप से अंतर छोटा हो जाता है। बड़े कैपेसिटर का उपयोग करने से हमेशा वोल्टेज स्थिरता में सुधार हो सकता है और तरंग कम हो सकती है। सामान्य तौर पर, 20 किलोहर्ट्ज़ और उससे अधिक की आवृत्तियों पर, आधे-तरंग मल्टीप्लायरों के लिए एक सामान्य ग्राउंडिंग बिंदु की उपस्थिति डिजाइनर की पसंद पर निर्णायक प्रभाव डालती है।

बड़ी संख्या में प्राथमिक चरणों को जोड़कर, बहुत उच्च डीसी वोल्टेज प्राप्त किया जा सकता है। हालाँकि यह विधि नई नहीं है, वास्तव में सेमीकंडक्टर डायोड का उपयोग करके इसे लागू करना पिछले ट्यूब रेक्टिफायर की तुलना में आसान साबित हुआ है, जो फिलामेंट सर्किट के कारण इन्सुलेशन मुद्दों और लागत से जटिल थे। मल्टीस्टेज वोल्टेज मल्टीप्लायरों के दो उदाहरण चित्र में दिखाए गए हैं। 16.5. वे इनपुट एसी वोल्टेज के आयाम मान को आठ गुना बढ़ा देते हैं। चित्र में दिए गए चित्र में। 16.5ए, किसी भी संधारित्र पर वोल्टेज 2के से अधिक नहीं है। चित्र में दिखाए गए सर्किट की एक विशिष्ट विशेषता। 16.5V इनपुट और आउटपुट के लिए सामान्य ग्राउंड पॉइंट है। हालाँकि, कैपेसिटर की वोल्टेज रेटिंग को धीरे-धीरे बढ़ाया जाना चाहिए क्योंकि वे सर्किट के आउटपुट के करीब पहुंचते हैं। हालाँकि 60 हर्ट्ज़ की आवृत्ति पर इससे आकार और लागत में वृद्धि होती है, उच्च आवृत्तियों पर ये नुकसान कम संवेदनशील होते हैं। दोनों सर्किट में डायोड को चरम इनपुट वोल्टेज ई का सामना करना होगा, लेकिन विश्वसनीयता के लिए, ई से कम से कम कई गुना अधिक वोल्टेज रेटिंग वाले डायोड का उपयोग किया जाना चाहिए। ये सर्किट आमतौर पर समान कैपेसिटेंस वाले कैपेसिटर का उपयोग करते हैं। संधारित्र क्षमता जितनी बड़ी होगी, स्थिरता उतनी ही बेहतर होगी और तरंग कम होगी। हालाँकि, बड़े कैपेसिटर अधिकतम वर्तमान मूल्यों के संदर्भ में डायोड पर बढ़ी हुई आवश्यकताओं को लागू करते हैं।

चित्र में दिखाया गया चित्र। 16.6 इलेक्ट्रॉनिक्स अनुप्रयोगों के लिए बहुत उपयोगी साबित हुआ है। ध्यान दें कि यह एकध्रुवीय पल्स ट्रेन से संचालित होता है। यह एक कॉक्रॉफ्ट-वाल्टन वोल्टेज गुणक सर्किट है जो अक्सर साहित्य में पाया जाता है। यद्यपि सभी कैपेसिटर में समान कैपेसिटेंस और समान नाममात्र वोल्टेज ई हो सकता है, निम्नलिखित दृष्टिकोण का उपयोग करना बेहतर है:

सबसे पहले हम आउटपुट कैपेसिटर की कैपेसिटेंस की गणना करते हैं

जहां /q एम्पीयर में आउटपुट करंट है, और / माइक्रोसेकंड में एकध्रुवीय पल्स की अवधि है। उदाहरण के तौर पर मान लीजिए = 40 mA। यदि आप मानते हैं कि आवृत्ति 20 kHz है, तो t 20 kHz के व्युत्क्रम का आधा है, या

अधिकतम तरंग मान को वोल्टेज V के रूप में लिया जाता है। 100 एमवी का मान उचित माना जा सकता है

चावल। 16.5. मल्टीस्टेज वोल्टेज गुणक के लिए दो विकल्प। (ए) इस सर्किट में, किसी भी कैपेसिटर का वोल्टेज 2E से अधिक नहीं है। (बी) इस सर्किट की एक विशेषता इनपुट और आउटपुट के लिए सामान्य ग्राउंड पॉइंट है।

जैसे-जैसे आप सर्किट के इनपुट के पास पहुंचते हैं, कैपेसिटर की कैपेसिटेंस अंतिम कैपेसिटर C^ की कैपेसिटेंस की तुलना में धीरे-धीरे कई गुना बढ़ जाती है। ये गणनाएँ सरल हैं, लेकिन यदि आप इन पर ध्यान नहीं देंगे तो गलत हो सकती हैं। चित्र में सर्किट में कैपेसिटर के आगे संख्याओं को चिह्नित करें। 16.6. ये वे गुणांक हैं जिनसे धारिता का वास्तविक मान प्राप्त करने के लिए धारिता C^ को गुणा किया जाना चाहिए। इस प्रकार, संख्या 2 द्वारा निर्दिष्ट संधारित्र की धारिता 2C^ के बराबर है या हमारे उदाहरण में 10 μF x 2 = 20 μF है। संधारित्र की क्षमता 5C^ या 50 µF है। और पहले संधारित्र की धारिता IIC^ या PO μF है।

ये संख्याएँ कहाँ से आती हैं? वे एक सर्किट के साथ धाराओं के सापेक्ष मूल्यों का प्रतिनिधित्व करते हैं। यदि चित्र में दिखाए गए कैपेसिटर के आगे कोई संख्या नहीं है। 16.6, आप अभिव्यक्ति (2/1-1) का उपयोग करके उन्हें निर्धारित कर सकते हैं। यहाँ n इनपुट वोल्टेज गुणन कारक का प्रतिनिधित्व करता है। जाहिर है, छह गुना गुणक में, एल = 6. आप इनपुट कैपेसिटर से शुरू करते हैं और पाते हैं कि 2n-\ = 11. फिर कैपेसिटर की निचली पंक्ति के साथ जारी रखें, 2/1-3, 2/2-5 प्राप्त करें, 2/1 क्रम में -7, 2/2-9 और अंत में - (2/2-11) के लिए। फिर, इस प्रक्रिया का पालन करते हुए, हम शीर्ष पंक्ति में बाईं ओर पहले संधारित्र से शुरू करते हैं। इस बार, C^ गुणक हैं: 2/2-2, 2/2-4, 2/2-6, 2/2-8 और अंत में दाएँ अंत संधारित्र के लिए 2/2-10।

चावल। 16.6. वोल्टेज गुणक छह से, एकध्रुवीय दालों के स्रोत से संचालित होता है। कैपेसिटर के आगे की संख्याओं का अर्थ पाठ में बताया गया है।

तथ्य यह है कि इनपुट के पास के कैपेसिटर की क्षमता आउटपुट के करीब के कैपेसिटर की तुलना में अधिक होती है, यह चार्ज के स्थानांतरण के कारण होता है, जो स्वाभाविक रूप से इनपुट पर काफी बड़ा होना चाहिए। एक चक्र के दौरान, 2/2-1 चार्ज ट्रांसफर होते हैं। इनमें से प्रत्येक स्थानांतरण के साथ, ऊर्जा की स्वाभाविक हानि होती है। यदि कैपेसिटर ऊपर बताए अनुसार डिज़ाइन किए गए हैं तो ये ऊर्जा हानि न्यूनतम है।

किसी भी वोल्टेज गुणक का पहला परीक्षण एक वैरिएबल ऑटोट्रांसफॉर्मर या किसी अन्य उपकरण के साथ होना चाहिए जो इनपुट वोल्टेज को धीरे-धीरे बढ़ाने की अनुमति देता है। अन्यथा, वर्तमान उछाल डायोड को नष्ट कर सकता है। इस नियम की सख्ती कैपेसिटर कैपेसिटेंस, पावर लेवल, फ़्रीक्वेंसी, कैपेसिटर ईएसआर और निश्चित रूप से, डायोड पीक करंट रेटिंग जैसे कारकों पर निर्भर करती है। मल्टीप्लायर इनपुट पर रिले का उपयोग करके चालू किए गए थर्मिस्टर या रेसिस्टर को लगाना आवश्यक हो सकता है। दूसरी ओर, कई मामलों में आप बिना किसी सुरक्षा के काम कर सकते हैं, क्योंकि उच्च शिखर धाराओं को संभालने वाले डायोड आसानी से उपलब्ध हैं। कभी-कभी, सुरक्षा "अदृश्य" होती है, उदाहरण के लिए, इनपुट ट्रांसफार्मर बस एक बड़ा करंट उछाल प्रदान नहीं कर सकता है।

उच्च वोल्टेज के साथ काम करते समय, डायोड में आगे वोल्टेज ड्रॉप का परिमाण महत्वपूर्ण नहीं है। कम वोल्टेज पर, डायोड में संचित वोल्टेज ड्रॉप आवश्यक आउटपुट वोल्टेज को प्राप्त होने से रोक सकता है और दक्षता को काफी कम कर सकता है। वोल्टेज गुणक. सुनिश्चित करें कि डायोड का रिवर्स रिकवरी समय इनपुट वोल्टेज की आवृत्ति के साथ संगत है। अन्यथा, परिकलित वोल्टेज गुणन कारक "रहस्यमय तरीके से" गायब हो जाएगा।

सर्किट डिज़ाइन समस्याओं को हल करते समय, ऐसे समय होते हैं जब आउटपुट वोल्टेज बढ़ाने के लिए ट्रांसफार्मर के उपयोग से बचना आवश्यक होता है। इसका कारण अक्सर उनके वजन और आकार के कारण उपकरणों में बूस्ट कन्वर्टर्स को शामिल करने में असमर्थता है। ऐसी स्थिति में, समाधान मल्टीप्लायर सर्किट का उपयोग करना है।

वोल्टेज गुणक - परिभाषा

उपकरण, जिसे बिजली गुणक के रूप में जाना जाता है, एक सर्किट है जो आपको प्रत्यावर्ती धारा या स्पंदित वोल्टेज को प्रत्यक्ष वोल्टेज में परिवर्तित करने की अनुमति देता है, लेकिन उच्च मूल्य का। डिवाइस के आउटपुट पर पैरामीटर के मूल्य में वृद्धि सर्किट के चरणों की संख्या के सीधे आनुपातिक है। अस्तित्व में सबसे बुनियादी वोल्टेज गुणक का आविष्कार वैज्ञानिकों कॉक्रॉफ्ट और वाल्टन द्वारा किया गया था।

इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग द्वारा विकसित आधुनिक कैपेसिटर की विशेषता उनके छोटे आकार और अपेक्षाकृत बड़ी क्षमता है। इससे कई सर्किटों का पुनर्निर्माण करना और उत्पाद को विभिन्न उपकरणों में लागू करना संभव हो गया। एक वोल्टेज गुणक को अपने क्रम में जुड़े डायोड और कैपेसिटर का उपयोग करके इकट्ठा किया जाता है।

बिजली बढ़ाने के कार्य के अलावा, मल्टीप्लायर एक साथ इसे वैकल्पिक से प्रत्यक्ष में परिवर्तित करते हैं। यह सुविधाजनक है क्योंकि डिवाइस की समग्र सर्किटरी सरल हो जाती है और अधिक विश्वसनीय और कॉम्पैक्ट हो जाती है। डिवाइस का उपयोग करके, आप कई हजार वोल्ट तक की वृद्धि प्राप्त कर सकते हैं।

उपकरण का उपयोग कहाँ किया जाता है?

मल्टीप्लायरों ने विभिन्न प्रकार के उपकरणों में अपना अनुप्रयोग पाया है, ये हैं: लेजर पंपिंग सिस्टम, उनकी उच्च वोल्टेज इकाइयों में एक्स-रे तरंग विकिरण उपकरण, लिक्विड क्रिस्टल संरचना, आयन पंप, ट्रैवलिंग वेव लैंप, एयर आयनाइज़र, इलेक्ट्रोस्टैटिक सिस्टम के रोशन प्रदर्शन के लिए , कण त्वरक, कॉपियर, टेलीविज़न और पिक्चर ट्यूब वाले ऑसिलोस्कोप, साथ ही जहां कम धारा की उच्च प्रत्यक्ष बिजली की आवश्यकता होती है।

वोल्टेज गुणक का संचालन सिद्धांत

यह समझने के लिए कि सर्किट कैसे कार्य करता है, तथाकथित सार्वभौमिक उपकरण के संचालन को देखना बेहतर है। यहां चरणों की संख्या सटीक रूप से निर्दिष्ट नहीं है, और आउटपुट बिजली सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है: n*Uin = Uout, जहां:

• n मौजूद सर्किट चरणों की संख्या है;
• यूइन डिवाइस इनपुट को आपूर्ति किया गया वोल्टेज है।

समय के प्रारंभिक क्षण में, जब पहली, मान लीजिए, सकारात्मक अर्ध-तरंग सर्किट में आती है, तो इनपुट चरण डायोड इसे अपने संधारित्र तक भेजता है। उत्तरार्द्ध को आने वाली बिजली के आयाम से चार्ज किया जाता है। दूसरे नकारात्मक अर्ध-तरंग पर, पहला डायोड बंद हो जाता है, और दूसरे चरण का अर्धचालक इसे अपने संधारित्र को भेजता है, जो चार्ज भी होता है। साथ ही, दूसरे के साथ श्रृंखला में जुड़े पहले संधारित्र के वोल्टेज को अंतिम के साथ जोड़ दिया जाता है और कैस्केड का आउटपुट दोगुनी बिजली पैदा करता है।

प्रत्येक आगामी चरण में भी यही होता है - यह वोल्टेज गुणक का सिद्धांत है। और यदि आप प्रगति को अंत तक देखते हैं, तो यह पता चलता है कि आउटपुट बिजली एक निश्चित संख्या में इनपुट बिजली से अधिक है। लेकिन एक ट्रांसफार्मर की तरह, संभावित अंतर बढ़ने पर यहां धारा की ताकत कम हो जाएगी - ऊर्जा संरक्षण का नियम भी काम करता है।

गुणक निर्माण आरेख

पूरे सर्किट सर्किट को कई लिंक से इकट्ठा किया गया है। संधारित्र पर एक वोल्टेज गुणक लिंक एक अर्ध-तरंग दिष्टकारी है। डिवाइस प्राप्त करने के लिए, आपके पास दो श्रृंखला-जुड़े लिंक होने चाहिए, जिनमें से प्रत्येक में एक डायोड और एक कैपेसिटर हो। यह सर्किट एक बिजली डबललर है।

क्लासिक संस्करण में वोल्टेज गुणक डिवाइस का ग्राफिकल प्रतिनिधित्व डायोड की विकर्ण स्थिति के साथ दिखता है। जिस दिशा में अर्धचालकों को चालू किया जाता है वह यह निर्धारित करता है कि कौन सी क्षमता - नकारात्मक या सकारात्मक - गुणक के आउटपुट पर उसके सामान्य बिंदु के सापेक्ष मौजूद होगी।

जब नकारात्मक और सकारात्मक क्षमता वाले सर्किट को डिवाइस के आउटपुट पर संयोजित किया जाता है, तो एक द्विध्रुवी सर्किट प्राप्त होता है। इस डिज़ाइन की ख़ासियत यह है कि यदि आप ध्रुव और सामान्य बिंदु के बीच बिजली के स्तर को मापते हैं और यह इनपुट वोल्टेज से अधिक है। 4 गुना, तो ध्रुवों के बीच का आयाम 8 गुना बढ़ जाएगा।

गुणक में, सामान्य बिंदु (जो सामान्य तार से जुड़ा होता है) वह होगा जहां पावर स्रोत का आउटपुट कैपेसिटर के आउटपुट से जुड़ा होता है, जो श्रृंखला में जुड़े अन्य कैपेसिटर के साथ एक समूह में संयुक्त होता है। उनके अंत में, आउटपुट बिजली को सम तत्वों पर लिया जाता है - एक सम गुणांक के साथ, विषम कैपेसिटर पर, एक विषम गुणांक के साथ।

एक गुणक में कैपेसिटर पंप करना

दूसरे शब्दों में, निरंतर वोल्टेज गुणक के उपकरण में घोषित एक के अनुरूप आउटपुट पैरामीटर स्थापित करने की एक निश्चित क्षणिक प्रक्रिया होती है। इसे देखने का सबसे आसान तरीका बिजली को दोगुना करना है। जब कैपेसिटर C1 को सेमीकंडक्टर D1 के माध्यम से उसके पूर्ण मान पर चार्ज किया जाता है, तो अगली अर्ध-तरंग में यह, बिजली के स्रोत के साथ, दूसरे कैपेसिटर को भी चार्ज करता है। C1 के पास C2 को अपना चार्ज पूरी तरह से छोड़ने का समय नहीं है, इसलिए पहले तो आउटपुट पर कोई दोगुना संभावित अंतर नहीं है।

तीसरी अर्ध-तरंग पर, पहले संधारित्र को रिचार्ज किया जाता है और फिर C2 पर क्षमता लागू की जाती है। लेकिन दूसरे संधारित्र पर वोल्टेज पहले से ही पहले से विपरीत दिशा में है। इसलिए, आउटपुट कैपेसिटर पूरी तरह से रिचार्ज नहीं होता है। प्रत्येक नए चक्र के साथ, तत्व C1 पर बिजली इनपुट वोल्टेज की ओर प्रवृत्त होगी, और C2 पर वोल्टेज इसके मूल्य को दोगुना कर देगा।

गुणक की गणना कैसे करें

गुणन उपकरण की गणना करते समय, प्रारंभिक डेटा से शुरू करना आवश्यक है, जो हैं: लोड के लिए आवश्यक वर्तमान (इन), आउटपुट वोल्टेज (यूआउट), और रिपल फैक्टर (केपी)। संधारित्र तत्वों की धारिता का न्यूनतम मान, μF में व्यक्त, सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है: C(n)=2.85*n*In/(Kp*Uout), जहां:

• n वह संख्या है जिससे इनपुट बिजली कितनी गुना बढ़ जाती है;
• इन - लोड में प्रवाहित धारा (एमए);
• केपी - धड़कन गुणांक (%);
• यूआउट डिवाइस आउटपुट (वी) पर प्राप्त वोल्टेज है।

गणना द्वारा प्राप्त धारिता को दो या तीन गुना बढ़ाकर सर्किट C1 के इनपुट पर संधारित्र की धारिता का मान प्राप्त किया जाता है। यह तत्व रेटिंग आपको निश्चित संख्या में अवधि बीतने तक प्रतीक्षा करने के बजाय आउटपुट पर तुरंत पूर्ण वोल्टेज मान प्राप्त करने की अनुमति देती है। जब लोड ऑपरेशन नाममात्र आउटपुट में बिजली की वृद्धि की दर पर निर्भर नहीं होता है, तो कैपेसिटर की कैपेसिटेंस को गणना मूल्यों के समान लिया जा सकता है।

यह लोड के लिए सबसे अच्छा है यदि डायोड पर वोल्टेज गुणक का तरंग कारक 0.1% से अधिक न हो। 3% तक स्पन्दन की उपस्थिति भी संतोषजनक है। सर्किट के सभी डायोड का चयन इसलिए किया जाता है ताकि वे लोड में इसके मूल्य से दोगुनी वर्तमान ताकत को आसानी से झेल सकें। अत्यधिक सटीकता के साथ डिवाइस की गणना करने का सूत्र इस प्रकार दिखता है: n*Uin - (In*(n3 + 9*n2/4 + n/2)/(12 *f* C))=Uout, जहां:

• एफ डिवाइस इनपुट (हर्ट्ज) पर वोल्टेज आवृत्ति है;
• सी - संधारित्र समाई (एफ)।

फायदे और नुकसान

वोल्टेज गुणक के फायदों के बारे में बोलते हुए, निम्नलिखित पर ध्यान दिया जा सकता है:

• आउटपुट पर महत्वपूर्ण मात्रा में बिजली प्राप्त करने की क्षमता - श्रृंखला में जितने अधिक लिंक होंगे, गुणन कारक उतना ही अधिक होगा।

• डिज़ाइन की सरलता - सब कुछ मानक लिंक और विश्वसनीय रेडियो तत्वों का उपयोग करके इकट्ठा किया जाता है जो शायद ही कभी विफल होते हैं।
• वजन और आयाम - बिजली ट्रांसफार्मर जैसे भारी तत्वों की अनुपस्थिति, सर्किट के आकार और वजन को कम कर देती है।

किसी भी मल्टीप्लायर सर्किट का सबसे बड़ा दोष यह है कि यह लोड को पावर देने के लिए बड़े आउटपुट करंट का उत्पादन नहीं कर सकता है।

निष्कर्ष

किसी विशिष्ट उपकरण के लिए वोल्टेज गुणक चुनना। यह जानना महत्वपूर्ण है कि सममित सर्किट में असममित सर्किट की तुलना में तरंग गुणांक के संदर्भ में बेहतर पैरामीटर होते हैं। इसलिए, संवेदनशील उपकरणों के लिए अधिक स्थिर मल्टीप्लायरों का उपयोग करना अधिक उचित है। असममित निर्माण करना आसान होता है और इसमें कम तत्व होते हैं।

क्या होगा यदि आप कैपेसिटर को समानांतर में या एक समय में एक चार्ज करते हैं, और फिर उन्हें श्रृंखला में जोड़ते हैं और परिणामस्वरूप बैटरी को उच्च वोल्टेज स्रोत के रूप में उपयोग करते हैं? लेकिन यह वोल्टेज बढ़ाने की एक प्रसिद्ध विधि है, जिसे गुणन कहा जाता है।

वोल्टेज गुणक का उपयोग करके, आप इस उद्देश्य के लिए स्टेप-अप ट्रांसफार्मर का सहारा लिए बिना कम वोल्टेज स्रोत से उच्च वोल्टेज प्राप्त कर सकते हैं। कुछ अनुप्रयोगों में, ट्रांसफार्मर बिल्कुल भी काम नहीं करेगा, और कभी-कभी वोल्टेज बढ़ाने के लिए मल्टीप्लायर का उपयोग करना अधिक सुविधाजनक होता है।

उदाहरण के लिए, यूएसएसआर में उत्पादित टेलीविजन में, लाइन ट्रांसफार्मर से 9 केवी का वोल्टेज प्राप्त किया जा सकता है, और फिर यूएन9/27-1.3 गुणक का उपयोग करके 27 केवी तक बढ़ाया जा सकता है (अंकन इंगित करता है कि 9 केवी इनपुट को आपूर्ति की जाती है, 1,3 एमए की धारा पर 27 केवी आउटपुट पर प्राप्त होता है)।

कल्पना करें कि क्या आपको केवल ट्रांसफार्मर का उपयोग करके सीआरटी टीवी के लिए ऐसा वोल्टेज प्राप्त करना होता? इसकी द्वितीयक वाइंडिंग में कितने फेरे लगाने होंगे और तब तार कितना मोटा होगा? इससे सामग्री की बर्बादी होगी। परिणामस्वरूप, यह पता चलता है कि उच्च वोल्टेज प्राप्त करने के लिए, यदि आवश्यक शक्ति बड़ी नहीं है, तो एक गुणक काफी उपयुक्त है।

एक वोल्टेज गुणक सर्किट, चाहे कम-वोल्टेज या उच्च-वोल्टेज, में केवल दो प्रकार के घटक होते हैं: डायोड और कैपेसिटर।

डायोड का कार्य चार्ज करंट को संबंधित कैपेसिटर में निर्देशित करना है, और फिर संबंधित कैपेसिटर से डिस्चार्ज करंट को सही दिशा में निर्देशित करना है ताकि लक्ष्य (बढ़े हुए वोल्टेज को प्राप्त करना) प्राप्त हो सके।

बेशक, गुणक को एक वैकल्पिक या स्पंदित वोल्टेज के साथ आपूर्ति की जाती है, और अक्सर यह स्रोत वोल्टेज एक ट्रांसफार्मर से लिया जाता है। और गुणक के आउटपुट पर, डायोड के लिए धन्यवाद, वोल्टेज स्थिर रहेगा।

डबललर के उदाहरण का उपयोग करते हुए, आइए गुणक के संचालन के सिद्धांत को देखें। जब शुरुआत में ही करंट स्रोत से नीचे चला जाता है, तो निकटतम ऊपरी संधारित्र C1 को सबसे पहले और सबसे तीव्रता से निकटतम निचले डायोड D1 के माध्यम से चार्ज किया जाता है, जबकि सर्किट में दूसरे संधारित्र को चार्ज प्राप्त नहीं होता है, क्योंकि यह अवरुद्ध है डायोड.

इसके अलावा, चूँकि हमारे यहाँ एक AC स्रोत है, धारा स्रोत से ऊपर की ओर बढ़ती है, लेकिन यहाँ रास्ते में C1 है, जो अब श्रृंखला में स्रोत से जुड़ा है, और डायोड D2 के माध्यम से, कैपेसिटर C2 को एक चार्ज प्राप्त होता है उच्च वोल्टेज, इस प्रकार उस पर वोल्टेज स्रोत आयाम (डायोड, तारों, ढांकता हुआ, आदि में शून्य हानि) से अधिक प्राप्त होता है।

फिर धारा फिर से स्रोत से नीचे की ओर बढ़ती है - कैपेसिटर C1 रिचार्ज हो जाता है। और यदि कोई लोड नहीं है, तो कुछ अवधियों के बाद कैपेसिटर सी 2 पर वोल्टेज लगभग 2 आयाम स्रोत वोल्टेज के स्तर पर बनाए रखा जाएगा। उसी तरह, अधिक अनुभाग जोड़कर, आप उच्च वोल्टेज प्राप्त कर सकते हैं।

हालाँकि, जैसे-जैसे गुणक में चरणों की संख्या बढ़ती है, आउटपुट वोल्टेज शुरू में बड़ा और बड़ा होता जाता है, लेकिन फिर तेजी से घटता जाता है। व्यवहार में, मल्टीप्लायरों में 3 से अधिक चरणों का उपयोग शायद ही कभी किया जाता है। आखिरकार, यदि आप बहुत अधिक चरण स्थापित करते हैं, तो नुकसान बढ़ जाएगा, और दूर के खंडों में वोल्टेज वांछित से कम होगा, ऐसे उत्पाद के वजन और आकार संकेतकों का उल्लेख नहीं करना।

वैसे, माइक्रोवेव ओवन में, वोल्टेज दोहरीकरण (आवृत्ति 50 हर्ट्ज) पारंपरिक रूप से उपयोग किया जाता है, लेकिन यूएन प्रकार के मल्टीप्लायरों में ट्रिपलिंग, उच्च आवृत्ति वोल्टेज पर लागू किया जाता है, जिसे दसियों किलोहर्ट्ज़ में मापा जाता है।

आज, कई तकनीकी क्षेत्रों में जहां कम करंट के साथ उच्च वोल्टेज की आवश्यकता होती है: लेजर और एक्स-रे तकनीक में, डिस्प्ले बैकलाइट सिस्टम में, मैग्नेट्रोन पावर सर्किट में, एयर आयनाइज़र, कण त्वरक में, प्रतिलिपि तकनीक में - मल्टीप्लायरों ने अच्छी तरह से जड़ें जमा ली हैं।