Ako funguje multiplikátor napätia pre figuríny. Usmerňovače s násobičom napätia. Zdvojovač napätia: vlastnosti a princíp činnosti

Čoraz častejšie sa rádioamatéri začali zaujímať o silové obvody, ktoré sú postavené na princípe násobenia napätia. Tento záujem súvisí s objavením sa na trhu miniatúrnych kondenzátorov s vysokou kapacitou a rastúcou cenou medeného drôtu, ktorý sa používa na navíjanie cievok transformátora. Ďalšou výhodou spomínaných zariadení sú ich malé rozmery, čo výrazne znižuje výsledné rozmery navrhovaného zariadenia. Čo je to multiplikátor napätia? Toto zariadenie pozostáva z kondenzátorov a diód zapojených určitým spôsobom. V podstate ide o prevodník striedavého napätia z nízkonapäťového zdroja na vysoké jednosmerné napätie. Prečo potrebujete násobič jednosmerného napätia?

Rozsah pôsobnosti

Takéto zariadenie nachádza široké uplatnenie v televíznych zariadeniach (v zdrojoch anódového napätia obrazoviek), zdravotníckych zariadeniach (na napájanie vysokovýkonných laserov) a v meracej technike (prístroje na meranie žiarenia, osciloskopy). Okrem toho sa používa v prístrojoch nočného videnia, elektrošokových prístrojoch, domácich a kancelárskych zariadeniach (kopírky) atď. Násobič napätia si získal takú obľubu vďaka schopnosti generovať napätie až do desiatok, ba až stoviek tisíc voltov, resp. to pri malých rozmeroch a hmotnosti zariadenia. Ďalšou dôležitou výhodou spomínaných zariadení je ich jednoduchá výroba.

Typy obvodov

Uvažované zariadenia sú rozdelené na symetrické a asymetrické, na multiplikátory prvého a druhého druhu. Symetrický násobič napätia sa získa spojením dvoch asymetrických obvodov. V jednom takomto obvode sa mení polarita kondenzátorov (elektrolytov) a vodivosť diód. Najlepšie vlastnosti má symetrický multiplikátor. Jednou z hlavných výhod je dvojnásobná hodnota frekvencie zvlnenia usmerneného napätia.

Princíp fungovania

Fotografia zobrazuje najjednoduchší obvod polovičného vlnového zariadenia. Uvažujme o princípe fungovania. Keď sa aplikuje záporný polcyklus napätia, kondenzátor C1 sa začne nabíjať cez otvorenú diódu D1 na hodnotu amplitúdy použitého napätia. V momente, keď začína perióda kladnej vlny, sa kondenzátor C2 nabije (cez diódu D2) na dvojnásobok použitého napätia. Na začiatku ďalšej fázy negatívneho polcyklu sa nabije kondenzátor C3 - tiež na dvojnásobok hodnoty napätia a pri zmene polcyklu sa nabije aj kondenzátor C4 na stanovenú hodnotu. Zariadenie sa spustí počas niekoľkých úplných periód striedavého napätia. Výstupom je konštantná fyzikálna veličina, ktorá je súčtom napäťových indikátorov po sebe nasledujúcich, neustále nabitých kondenzátorov C2 a C4. V dôsledku toho získame hodnotu štyrikrát väčšiu ako na vstupe. Toto je princíp, na ktorom funguje multiplikátor napätia.

Výpočet obvodu

Pri výpočte je potrebné nastaviť požadované parametre: výstupné napätie, výkon, striedavé vstupné napätie, rozmery. Netreba zanedbávať niektoré obmedzenia: vstupné napätie by nemalo presiahnuť 15 kV, jeho frekvencia sa pohybuje od 5-100 kHz, výstupná hodnota by nemala presiahnuť 150 kV. V praxi sa používajú zariadenia s výstupným výkonom 50 W, aj keď je reálne navrhnúť násobič napätia s výstupnou hodnotou blížiacou sa k 200 W. Hodnota výstupného napätia priamo závisí od záťažového prúdu a je určená vzorcom:

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

I - zaťažovací prúd;

N - počet krokov;

F - frekvencia vstupného napätia;

C je kapacita generátora.

Ak teda nastavíte hodnotu výstupného napätia, prúdu, frekvencie a počtu krokov, je možné vypočítať požadované

Zdvojovač napätia používa sa na získanie vyššieho jednosmerného napätia z nižšieho striedavého napätia. Obvod zdvojovača napätia je pomerne jednoduchý a spravidla pozostáva iba zo štyroch komponentov - dvoch usmerňovačov a dvoch.

Popis činnosti zdvojovača napätia

V tomto obvode zdvojovača napätia sa C1 nabíja cez diódu VD1 () každý kladný polcyklus. Napätie na kondenzátore C1 sa približne rovná vstupnému striedavému napätiu vynásobenému faktorom 1,414 (amplitúda U / efektívna U) alebo približne 311 voltov, ak je na vstup privedené striedavé napätie 220 V.

Kapacita C2 sa nabíja cez diódu VD2 každý záporný polcyklus na 311 voltov. Keďže sú oba kondenzátory zapojené do série, na výstupe dostaneme konštantné napätie 622 voltov.

Tento obvod bude pracovať s akýmkoľvek vstupným striedavým napätím pri správnom výbere diód a kondenzátorov. Aby obvod správne fungoval, je to nevyhnutné. 200 Ohm je navrhnutý na obmedzenie prúdových rázov pri použití veľkých kondenzátorov. Jeho hodnota nie je kritická.

Tiež napätie odobraté zo sekundárneho vinutia usmerňovača môže byť použité ako zdroj striedavého napätia. Táto možnosť bola použitá pri návrhu.

Pozornosť. Keďže obvod zdvojovača napätia je zostavený bez transformátora, je potrebné dávať veľký pozor, aby nedošlo k úrazu elektrickým prúdom.

Násobiče napätia boli donedávna nedocenené. Mnohí dizajnéri sa na tieto obvody pozerajú z hľadiska technológie elektrónok, a preto premeškajú niektoré skvelé príležitosti. Je dobre známe, akým úspešným riešením bolo použitie trojnásobku a štvornásobku napätia v televízoroch. Našťastie nemusíme riešiť röntgenové problémy v SMPS, ale napäťový multiplikačný obvod môže byť často užitočný na ďalšie zmenšenie veľkosti, keď sa dosiahne zrejmý limit konvenčnými metódami pomocou vysokofrekvenčného prepínania a 60 Hz transformátorov. boli odstránené. V iných prípadoch môžu multiplikátory napätia poskytnúť elegantný spôsob, ako vytvoriť dodatočné výstupné napätie pomocou jediného sekundárneho transformátora.

Mnoho učebníc sa podrobne zaoberá nevýhodami multiplikátorov napätia. Hovorí sa, že majú slabú stabilitu napätia a sú príliš zložité. Konštatovanie týchto nedostatkov má svoj základ, ale vychádza zo skúseností s používaním elektrónkových obvodov, ktoré vždy pracovali so sínusovým napätím s frekvenciou 60 Hz. Vlastnosti napäťových multiplikátorov sa výrazne zlepšia, keď pracujú so štvorcovými vlnami a nie so sínusovým napätím, a najmä pri prevádzke pri vysokých frekvenciách. Pri spínacej frekvencii 1 kHz a ešte viac pri 20 kHz si násobič napätia zaslúži prehodnotenie svojich schopností. Ak vezmeme do úvahy, že pre štvorcovú vlnu sú vrcholové a stredné štvorcové hodnoty rovnaké, kondenzátory v multiplikačnom obvode majú oveľa dlhší čas akumulácie náboja v porovnaní s prípadom sínusových oscilácií. Výsledkom je zvýšená stabilita napätia a lepšia filtrácia. Je známe, že veľmi dobrá stabilita je možná pri sínusovom napätí, ale len vďaka veľkým kondenzátorom. Niektoré užitočné obvody multiplikátora napätia sú znázornené na obr. 16.4. Dva rôzne obrázky toho istého obvodu na obr. (A) ukazuje, že spôsob, akým je diagram nakreslený, môže byť niekedy zavádzajúci.

Hoci stabilita už nie je veľký problém v násobičoch napätia, veľmi dobrá stabilita nie je potrebná v systéme, kde sa o konečnú stabilizáciu výstupného jednosmerného napätia stará jedna alebo viac spätnoväzbových slučiek. Najmä niektoré násobiče napätia fungujú veľmi dobre pri 50-percentnom pracovnom cykle meniča. Vhodné násobiče napätia sa odporúčajú ako neregulovaný napájací zdroj, zvyčajne pred obvodom stabilizácie spätnej väzby. Typicky je toto použitie spojené s DC/DC meničom. Napríklad sieťové napätie 60 Hz možno usmerniť a zdvojnásobiť. Toto jednosmerné napätie sa potom používa vo vysokovýkonnom DC-DC meniči, ktorý môže byť navrhnutý ako spínací regulátor. Všimnite si, že táto metóda umožňuje vysoké výstupné napätie bez transformátora pracujúceho pri 60 Hz.

Násobič napätia uľahčuje vytvorenie dobrého meniča. Invertorový transformátor funguje najlepšie s transformačným pomerom približne jedna. Významné odchýlky od tejto hodnoty, najmä so zvyšujúcim sa napätím, často vedú k vzniku pomerne veľkej únikovej indukčnosti vo vinutí transformátora, čo spôsobuje nestabilnú prevádzku meniča. Tí, ktorí experimentovali s invertormi a meničmi, teda dobre vedia, že najpravdepodobnejšou poruchou pri prevádzke aj jednoduchého obvodu sú kmity, ktorých frekvencia sa líši od vypočítanej. A úniková indukčnosť môže ľahko viesť k zničeniu spínacích tranzistorov. Tomuto problému sa dá vyhnúť použitím násobiteľa napätia na použitie transformátora s transformačným pomerom približne jedna.

Ryža. 16.4. Obvody multiplikátora napätia. Oba diagramy na obr. (A) sú elektricky identické. Venujte pozornosť prijateľným a zakázaným možnostiam uzemnenia pre rôzne obvody - v niektorých prípadoch generátor a záťaž nemusia zdieľať rovnaký uzemňovací bod.

Keď sa zaoberáme sínusovými napätiami, musíme si uvedomiť, že násobiče napätia pracujú na špičkovej hodnote napätia. Takzvaný zdvojovač napätia pracujúci so vstupným napätím s efektívnou hodnotou 100 V bude produkovať výstupné napätie naprázdno 2 x 1,41 x 100 = 282 V. Ak je teda hodnota kondenzátora veľká a zaťaženie je relatívne svetlo, potom je výsledok skôr ako strojnásobenie hodnoty vstupného efektívneho napätia. Podobné úvahy platia aj pre iné multiplikátory.

Ak vezmeme kapacitu všetkých kondenzátorov a sínusové napätie na vstupe rovnú, potom násobiče napätia musia mať hodnotu (ocr aspoň 100, kde (0 = 2K /, pracovná frekvencia je vyjadrená v hertzoch, kapacita je vo faradoch, a je efektívny odpor v ohmoch, zodpovedajúci nízkoimpedančnej záťaži, ktorú možno pripojiť V tomto prípade bude výstupné napätie minimálne 90 % maximálneho dosiahnuteľného jednosmerného napätia a bude sa meniť relatívne málo obdĺžnikové napätie, hodnota cocr môže byť výrazne nižšia ako 100.

Pri výbere obvodu multiplikátora napätia by sa mala venovať pozornosť uzemneniu. Na obr. 16.4 symbol generátora zvyčajne predstavuje sekundárne vinutie transformátora. Všimnite si, že ak musí byť jedna zo svoriek záťaže uzemnená, potom v obvodoch s polovičnou vlnou je možné uzemniť jednu svorku transformátora, ale v obvodoch s plnou vlnou to nie je možné. Obvody s plnou vlnou sú užitočné na výrobu bipolárnych výstupných zdrojov, v ktorých je jeden výstup kladný voči zemi a druhý záporný a každý výstup má polovičné plné výstupné napätie.

Obvody znázornené na obr. 16.4(A) sú identické a sú to celovlnné usmerňovače so zdvojnásobením napätia. Schéma na obr. B je polvlnový usmerňovač so zdvojnásobením napätia. Schéma Obr. C funguje ako polvlnový tripler. Celovlnný štvornásobok je znázornený na obr. D a polvlnový štvornásobok na obr. E. Podobné násobiče napätia sú široko používané v televíznych napájacích zdrojoch, ktoré poskytujú obrazové trubice s vysokým napätím. Používajú sa aj v Geigerových počítačoch, laseroch, elektrostatických separátoroch atď.

Hoci celovlnné násobiče napätia majú lepšiu stabilitu a nižšie zvlnenie ako polvlnové násobiče napätia, prakticky sa rozdiely zmenšia, keď sa použijú vysokofrekvenčné štvorcové vlny. Použitie veľkých kondenzátorov môže vždy zlepšiť stabilitu napätia a znížiť zvlnenie. Vo všeobecnosti platí, že pri frekvenciách 20 kHz a vyšších má na výber projektanta rozhodujúci vplyv prítomnosť spoločného uzemňovacieho bodu pre polvlnové násobiče.

Pripojením veľkého počtu elementárnych stupňov možno získať veľmi vysoké jednosmerné napätie. Hoci táto metóda nie je nová, v skutočnosti sa jej implementácia pomocou polovodičových diód ukázala ako jednoduchšia ako u predchádzajúcich elektrónkových usmerňovačov, ktoré boli komplikované problémami s izoláciou a nákladmi v dôsledku vláknových obvodov. Dva príklady viacstupňových násobičov napätia sú znázornené na obr. 16.5. Osemkrát vynásobia hodnotu amplitúdy vstupného striedavého napätia. V diagrame na obr. 16,5A, napätie na žiadnom kondenzátore nepresahuje 2K Charakteristický znak obvodu znázorneného na obr. 16,5 V je spoločný uzemňovací bod pre vstup a výstup. Hodnoty napätia kondenzátorov sa však musia postupne zvyšovať, keď sa blížia k výstupu obvodu. Hoci to pri frekvencii 60 Hz vedie k zväčšeniu veľkosti a nákladov, pri vysokých frekvenciách sú tieto nevýhody menej citlivé. Diódy v oboch obvodoch musia odolať špičkovému vstupnému napätiu E, ale kvôli spoľahlivosti by sa mali použiť diódy s menovitým napätím aspoň niekoľkonásobne vyšším ako E. Tieto obvody zvyčajne používajú kondenzátory, ktoré majú rovnakú kapacitu. Čím väčšia kapacita kondenzátora, tým lepšia stabilita a menšie zvlnenie. Veľké kondenzátory však kladú zvýšené požiadavky na diódy z hľadiska maximálnych hodnôt prúdu.

Schéma znázornená na obr. 16.6 sa ukázal ako veľmi užitočný pre elektronické aplikácie. Všimnite si, že funguje z unipolárneho sledu impulzov. Toto je Cockroft-Waltonov obvod multiplikátora napätia, ktorý sa často nachádza v literatúre. Hoci všetky kondenzátory môžu mať rovnakú kapacitu a rovnaké menovité napätie E, je lepšie použiť nasledujúci prístup:

Najprv vypočítame kapacitu výstupného kondenzátora

kde /q je výstupný prúd v ampéroch a / je trvanie unipolárneho impulzu v mikrosekundách. Nech = 40 mA ako príklad. Ak predpokladáte, že frekvencia je 20 kHz, potom t je polovica prevrátenej hodnoty 20 kHz, resp.

Maximálna hodnota zvlnenia sa berie ako napätie V. Hodnota 100 mV sa môže považovať za primeranú

Ryža. 16.5. Dve možnosti pre viacstupňový násobič napätia. (A) V tomto obvode nemá žiadny kondenzátor napätie vyššie ako 2E. (B) Charakteristickým znakom tohto obvodu je spoločný uzemňovací bod pre vstup a výstup.

Ako sa blížite k vstupu obvodu, kapacita kondenzátorov sa postupne niekoľkonásobne zvyšuje v porovnaní s kapacitou posledného kondenzátora C^. Tieto výpočty sú jednoduché, ale môžu byť nesprávne, ak im nevenujete veľkú pozornosť. Označte čísla vedľa kondenzátorov v obvode na obr. 16.6. Toto sú koeficienty, ktorými sa musí kapacita C^ vynásobiť, aby sa získala skutočná hodnota kapacity. Kapacita kondenzátora označeného číslom 2 sa teda rovná 2C^ alebo v našom príklade 10 μF x 2 = 20 μF. Kondenzátor má kapacitu 5C^ alebo 50 µF. A prvý kondenzátor má kapacitu IIC^ alebo PO μF.

Odkiaľ pochádzajú tieto čísla? Predstavujú relatívne hodnoty prúdov pozdĺž obvodu. Ak sa vedľa kondenzátorov zobrazených na obr. 16.6, Môžete ich určiť pomocou výrazu (2/1-1). Tu n predstavuje multiplikačný faktor vstupného napätia. Je zrejmé, že v šesťnásobnom multiplikátore je l = 6. Začnete so vstupným kondenzátorom a zistíte, že 2n-\ = 11. Potom pokračujte pozdĺž spodného radu kondenzátorov, pričom získate 2/1-3, 2/2-5, 2/1 v poradí -7, 2/2-9 a nakoniec pre – (2/2-11). Potom podľa tohto postupu začneme s prvým kondenzátorom vľavo v hornom rade. Tentoraz sú násobiče C^: 2/2-2, 2/2-4, 2/2-6, 2/2-8 a nakoniec pre pravý koncový kondenzátor 2/2-10.

Ryža. 16.6. Násobič napätia šiestimi, pracujúci zo zdroja unipolárnych impulzov. Význam čísel vedľa kondenzátorov je vysvetlený v texte.

Skutočnosť, že kondenzátory v blízkosti vstupu majú väčšiu kapacitu ako tie, ktoré sú bližšie k výstupu, je spôsobená prenosom náboja, ktorý by prirodzene mal byť na vstupe dosť veľký. Počas jedného cyklu dôjde k prenosu 2/2-1 náboja. Pri každom z týchto presunov dochádza k prirodzenému úbytku energie. Tieto straty energie sú minimálne, ak sú kondenzátory navrhnuté tak, ako je uvedené vyššie.

Prvý test akéhokoľvek násobiča napätia by mal byť s variabilným autotransformátorom alebo nejakým iným zariadením, ktoré umožňuje postupné zvyšovanie vstupného napätia. V opačnom prípade môže prúdový ráz zničiť diódy. Prísnosť tohto pravidla závisí od faktorov, ako je kapacita kondenzátora, úroveň výkonu, frekvencia, ESR kondenzátora a samozrejme špičkový prúd diódy. Môže byť potrebné umiestniť termistor alebo odpor zapnutý pomocou relé na vstup multiplikátora. Na druhej strane sa v mnohých prípadoch zaobídete úplne bez akejkoľvek ochrany, pretože diódy, ktoré zvládajú vysoké špičkové prúdy, sú ľahko dostupné. Niekedy je ochrana „neviditeľná“, napríklad vstupný transformátor jednoducho nedokáže zabezpečiť veľký prúdový ráz.

Pri práci s vysokým napätím nie je veľkosť poklesu napätia na diódach podstatná. Pri nízkych napätiach môže akumulovaný pokles napätia na diódach zabrániť dosiahnutiu požadovaného výstupného napätia a výrazne znížiť účinnosť. násobič napätia. Uistite sa, že doba spätného zotavenia diód je kompatibilná s frekvenciou vstupného napätia. V opačnom prípade bude „záhadne“ chýbať vypočítaný multiplikačný faktor napätia.

Pri riešení problémov s návrhom obvodov sú chvíle, kedy je potrebné vyhnúť sa použitiu transformátorov na zvýšenie výstupného napätia. Dôvodom je najčastejšie nemožnosť zahrnutia zosilňovačov do zariadení z dôvodu ich hmotnosti a veľkosti. V takejto situácii je riešením použiť multiplikačný obvod.

Násobič napätia - definícia

Zariadenie, ktoré sa označuje ako násobič elektriny, je obvod, ktorý umožňuje premieňať striedavý prúd alebo pulzujúce napätie na jednosmerné napätie, avšak vyššej hodnoty. Nárast hodnoty parametra na výstupe zariadenia je priamo úmerný počtu stupňov obvodu. Najzákladnejší existujúci násobič napätia vynašli vedci Cockroft a Walton.

Moderné kondenzátory vyvinuté elektronickým priemyslom sa vyznačujú malými rozmermi a relatívne veľkou kapacitou. To umožnilo prestavať mnoho obvodov a implementovať produkt do rôznych zariadení. Násobič napätia je zostavený pomocou diód a kondenzátorov zapojených v ich vlastnom poradí.

Okrem funkcie zvyšovania elektriny ju multiplikátory súčasne premieňajú zo striedavej na priamu. Je to výhodné, pretože celkový obvod zariadenia je zjednodušený a stáva sa spoľahlivejším a kompaktnejším. Pomocou zariadenia môžete dosiahnuť zvýšenie až o niekoľko tisíc voltov.

Kde sa zariadenie používa?

Multiplikátory našli uplatnenie v rôznych typoch zariadení, sú to: laserové čerpacie systémy, zariadenia na vyžarovanie röntgenových vĺn v ich vysokonapäťových jednotkách, na osvetlenie displejov štruktúry tekutých kryštálov, iónové čerpadlá, lampy s postupnou vlnou, ionizátory vzduchu, elektrostatické systémy , urýchľovače častíc, kopírky, televízory a osciloskopy s obrazovkami, ako aj tam, kde sa vyžaduje vysoká jednosmerná elektrina s nízkym prúdom.

Princíp činnosti multiplikátora napätia

Aby sme pochopili, ako obvod funguje, je lepšie pozrieť sa na fungovanie takzvaného univerzálneho zariadenia. Počet stupňov tu nie je presne špecifikovaný a výstupná elektrina je určená vzorcom: n*Uin = Uout, kde:

• n je počet prítomných stupňov obvodu;
• Uin je napätie privádzané na vstup zariadenia.

V počiatočnom okamihu, keď prvá, povedzme, kladná polvlna dorazí do obvodu, dióda vstupného stupňa ju odovzdá svojmu kondenzátoru. Ten sa nabíja na amplitúdu prichádzajúcej elektriny. Pri druhej zápornej polvlne je prvá dióda uzavretá a polovodič druhého stupňa ju posiela do svojho kondenzátora, ktorý je tiež nabitý. Navyše, napätie prvého kondenzátora, zapojeného do série s druhým, sa sčítava s posledným a výstup kaskády produkuje dvojnásobok elektriny.

To isté sa deje v každej ďalšej fáze - to je princíp multiplikátora napätia. A ak sa pozriete cez postup až do konca, ukáže sa, že výstupná elektrina prevyšuje vstupnú elektrinu o určitý počet krát. Ale ako v transformátore, prúdová sila tu bude klesať, keď sa zvýši potenciálny rozdiel - funguje aj zákon zachovania energie.

Schéma konštrukcie multiplikátora

Celý obvod obvodu je zostavený z niekoľkých článkov. Jeden článok multiplikátora napätia na kondenzátore je polvlnový usmerňovač. Na získanie zariadenia musíte mať dve sériovo zapojené linky, z ktorých každá má diódu a kondenzátor. Tento obvod je zdvojovač elektriny.

Grafické znázornenie zariadenia násobiča napätia v klasickej verzii vyzerá s diagonálnou polohou diód. Smer, v ktorom sú polovodiče zapnuté, určuje, ktorý potenciál - negatívny alebo pozitívny - bude prítomný na výstupe multiplikátora vzhľadom na jeho spoločný bod.

Keď sa na výstupe zariadenia kombinujú obvody s negatívnym a pozitívnym potenciálom, získa sa bipolárny obvod. Zvláštnosťou tohto dizajnu je, že ak zmeriate úroveň elektriny medzi pólom a spoločným bodom, prekročí vstupné napätie o. 4-krát, potom sa amplitúda medzi pólmi zvýši 8-krát.

V multiplikátore bude spoločný bod (ktorý je pripojený k spoločnému vodiču) ten, kde je výstup zdroja energie pripojený k výstupu kondenzátora, kombinovaného v skupine s inými kondenzátormi zapojenými do série. Na ich konci sa výstupná elektrina odoberá na párnych prvkoch - s párnym koeficientom, na nepárnych kondenzátoroch, respektíve s nepárnym koeficientom.

Čerpacie kondenzátory v multiplikátore

Inými slovami, v zariadení multiplikátora konštantného napätia existuje určitý prechodný proces nastavenia výstupného parametra zodpovedajúceho deklarovanému parametru. Najjednoduchší spôsob, ako to vidieť, je zdvojnásobenie elektriny. Keď je kondenzátor C1 nabitý na svoju plnú hodnotu cez polovodič D1, potom v ďalšej polvlne spolu so zdrojom elektriny súčasne nabíja druhý kondenzátor. C1 nemá čas úplne sa vzdať svojho náboja C2, takže na výstupe najskôr nie je dvojitý potenciálny rozdiel.

Pri tretej polvlne sa prvý kondenzátor dobije a potom aplikuje potenciál na C2. Ale napätie na druhom kondenzátore je už v opačnom smere ako na prvom. Preto nie je výstupný kondenzátor úplne nabitý. S každým novým cyklom bude mať elektrina na prvku C1 tendenciu k vstupnému napätiu a napätie na C2 bude mať tendenciu zdvojnásobiť svoju hodnotu.

Ako vypočítať multiplikátor

Pri výpočte násobiaceho zariadenia je potrebné vychádzať z počiatočných údajov, ktorými sú: prúd potrebný pre záťaž (In), výstupné napätie (Uout) a faktor zvlnenia (Kp). Minimálna hodnota kapacity kondenzátorových prvkov, vyjadrená v μF, je určená vzorcom: C(n)=2,85*n*In/(Kp*Uout), kde:

• n je číslo, o koľko sa zvýši vstupná elektrina;
• In - prúd tečúci v záťaži (mA);
• Kp - pulzačný koeficient (%);
• Uout je napätie prijaté na výstupe zariadenia (V).

Dvojnásobným alebo trojnásobným zvýšením kapacity získanej výpočtami sa získa hodnota kapacity kondenzátora na vstupe obvodu C1. Toto hodnotenie prvku vám umožňuje okamžite získať plnú hodnotu napätia na výstupe a nemusíte čakať, kým uplynie určitý počet období. Keď prevádzka záťaže nezávisí od rýchlosti nárastu elektrickej energie na nominálny výkon, kapacita kondenzátora sa môže považovať za identickú s vypočítanými hodnotami.

Pre záťaž je najlepšie, ak koeficient zvlnenia násobiteľa napätia na diódach nepresiahne 0,1 %. Uspokojivá je aj prítomnosť pulzácií do 3 %. Všetky diódy obvodu sú zvolené tak, aby ľahko odolali sile prúdu dvojnásobku hodnoty v záťaži. Vzorec na výpočet zariadenia s veľkou presnosťou vyzerá takto: n*Uin - (In*(n3 + 9*n2/4 + n/2)/(12 *f* C))=Uout, kde:

• f je frekvencia napätia na vstupe zariadenia (Hz);
• C - kapacita kondenzátora (F).

Výhody a nevýhody

Keď už hovoríme o výhodách multiplikátora napätia, je možné poznamenať:

• Schopnosť získať značné množstvo elektriny na výstupe – čím viac článkov v reťazci, tým väčší multiplikačný faktor.

• Jednoduchosť dizajnu - všetko je zostavené pomocou štandardných prepojení a spoľahlivých rádiových prvkov, ktoré zriedka zlyhajú.
• Hmotnosť a rozmery - absencia objemných prvkov, ako je výkonový transformátor, znižuje veľkosť a hmotnosť obvodu.

Najväčšou nevýhodou akéhokoľvek multiplikačného obvodu je, že nemôže produkovať veľký výstupný prúd na napájanie záťaže.

Záver

Výber násobiteľa napätia pre konkrétne zariadenie. Je dôležité vedieť, že symetrické obvody majú lepšie parametre z hľadiska koeficientu zvlnenia ako asymetrické. Preto je pre citlivé zariadenia vhodnejšie použiť stabilnejšie multiplikátory. Asymetrické sa ľahko vyrábajú a obsahujú menej prvkov.

Čo ak nabíjate kondenzátory paralelne alebo jeden po druhom a potom ich zapojíte do série a výslednú batériu použijete ako zdroj vyššieho napätia? Ale toto je dobre známa metóda zvyšovania napätia, nazývaná násobenie.

Pomocou násobiteľa napätia môžete získať vyššie napätie z nízkonapäťového zdroja bez toho, aby ste sa na tento účel museli uchýliť k zvyšovaciemu transformátoru. V niektorých aplikáciách transformátor nebude fungovať vôbec a niekedy je oveľa pohodlnejšie použiť multiplikátor na zvýšenie napätia.

Napríklad v televízoroch vyrobených v ZSSR bolo možné získať napätie 9 kV z linkového transformátora a potom ho zvýšiť na 27 kV pomocou multiplikátora UN9/27-1,3 (označenie znamená, že na vstup sa privádza 9 kV, 27 kV pri prúde 1,3 mA na výstupe).

Predstavte si, že by ste museli získať takéto napätie pre CRT TV iba pomocou transformátora? Koľko závitov by sa muselo navinúť do jeho sekundárneho vinutia a aký hrubý by potom bol drôt? To by viedlo k plytvaniu materiálom. V dôsledku toho sa ukazuje, že na získanie vysokého napätia, ak požadovaný výkon nie je veľký, je celkom vhodný multiplikátor.

Obvod multiplikátora napätia, či už nízkonapäťový alebo vysokonapäťový, obsahuje iba dva typy komponentov: diódy a kondenzátory.

Funkciou diód je nasmerovať nabíjací prúd do príslušných kondenzátorov a následne nasmerovať vybíjací prúd z príslušných kondenzátorov správnym smerom tak, aby sa dosiahol cieľ (získanie zvýšeného napätia).

Násobič je samozrejme napájaný striedavým alebo pulzujúcim napätím a často sa toto zdrojové napätie odoberá z transformátora. A na výstupe multiplikátora bude vďaka diódam napätie konštantné.

Na príklade zdvojovača sa pozrime na princíp fungovania násobičky. Keď prúd na samom začiatku klesá od zdroja, najbližší horný kondenzátor C1 sa nabíja najskôr a najintenzívnejšie cez najbližšiu spodnú diódu D1, zatiaľ čo druhý kondenzátor v obvode nedostáva náboj, pretože je blokovaný dióda.

Ďalej, keďže tu máme zdroj striedavého prúdu, prúd sa pohybuje smerom nahor od zdroja, ale tu na ceste je C1, ktorý je teraz pripojený k zdroju v sérii, a cez diódu D2 sa kondenzátor C2 nabíja vyššie napätie, tým sa na ňom získa napätie vyššie ako je amplitúda zdroja (mínus straty v dióde, vodičoch, dielektriku a pod.).

Potom sa prúd opäť pohybuje smerom nadol od zdroja - kondenzátor C1 sa dobíja. A ak nie je zaťaženie, potom sa po niekoľkých periódach napätie na kondenzátore C2 udrží na úrovni približne 2 amplitúdových zdrojových napätí. Rovnakým spôsobom pridaním ďalších sekcií môžete získať vyššie napätie.

Keď sa však počet stupňov v multiplikátore zvyšuje, výstupné napätie sa spočiatku zväčšuje a zväčšuje, ale potom rýchlo klesá. V praxi sa málokedy používajú viac ako 3 stupne v multiplikátoroch. Koniec koncov, ak nainštalujete príliš veľa etáp, straty sa zvýšia a napätie vo vzdialených častiach bude menšie, ako je žiaduce, nehovoriac o indikátoroch hmotnosti a veľkosti takéhoto produktu.

Mimochodom, v mikrovlnných rúrach sa tradične používa zdvojnásobenie napätia (frekvencia 50 Hz), ale trojnásobok, v multiplikátoroch typu UN, sa aplikuje na vysokofrekvenčné napätie, merané v desiatkach kilohertzov.

Dnes sa v mnohých technických oblastiach, kde sa vyžaduje vysoké napätie s malým prúdom: v laserovej a röntgenovej technike, v systémoch podsvietenia displejov, v magnetrónových silových obvodoch, v ionizátoroch vzduchu, urýchľovačoch častíc, v kopírovacej technike, dobre zakorenili multiplikátory.