Aptallar için voltaj çarpanı nasıl çalışır? Gerilim çarpanı redresörleri. Gerilim katlayıcı: özellikleri ve çalışma prensibi

Radyo amatörleri, voltajın çoğaltılması ilkesine dayanan güç kaynağı devreleriyle giderek daha fazla ilgilenmeye başladı. Bu ilgi, yüksek kapasitanslı minyatür kapasitörlerin piyasada ortaya çıkması ve transformatör bobinlerini sarmak için kullanılan bakır telin artan maliyeti ile ilişkilidir. Bahsedilen cihazların ek bir avantajı, tasarlanan ekipmanın son boyutlarını önemli ölçüde azaltan küçük boyutlarıdır. Gerilim çarpanı nedir? Bu cihaz belirli bir şekilde bağlanan kapasitörlerden ve diyotlardan oluşur. Temel olarak, alternatif voltajın düşük voltajlı bir kaynaktan yüksek doğrudan voltaja dönüştürülmesidir. Neden bir DC voltaj çarpanına ihtiyacınız var?

Uygulama kapsamı

Böyle bir cihaz, televizyon ekipmanlarında (resim tüplerinin anot voltaj kaynaklarında), tıbbi ekipmanlarda (yüksek güçlü lazerlere güç sağlamak için) ve ölçüm teknolojisinde (radyasyon ölçüm cihazları, osiloskoplar) geniş uygulama alanı bulmuştur. Ayrıca gece görüş cihazlarında, elektroşok cihazlarında, ev ve ofis ekipmanlarında (fotokopi makineleri) vb. Kullanılır. Voltaj çarpanı, onlarca hatta yüzbinlerce volta kadar voltaj üretme yeteneği nedeniyle bu kadar popülerlik kazanmıştır ve bu, cihazın küçük boyutları ve ağırlığı ile sağlanır. Bahsi geçen cihazların bir diğer önemli avantajı ise imalat kolaylığıdır.

Devre türleri

Söz konusu cihazlar simetrik ve asimetrik olarak birinci ve ikinci türden çarpanlara bölünmüştür. İki asimetrik devrenin bağlanmasıyla simetrik bir voltaj çarpanı elde edilir. Böyle bir devrede kapasitörlerin (elektrolitler) polaritesi ve diyotların iletkenliği değişir. Simetrik çarpan en iyi özelliklere sahiptir. Ana avantajlardan biri, düzeltilmiş voltajın dalgalanma frekansının iki katına çıkarılmasıdır.

Çalışma prensibi

Fotoğraf yarım dalga cihazının en basit devresini göstermektedir. Çalışma prensibini ele alalım. Negatif bir yarı-döngülü voltaj uygulandığında, C1 kondansatörü açık diyot D1 üzerinden uygulanan voltajın genlik değerine kadar şarj olmaya başlar. Pozitif dalga periyodunun başladığı anda, C2 kapasitörü (D2 diyotu aracılığıyla) uygulanan voltajın iki katına kadar şarj edilir. Negatif yarı döngünün bir sonraki aşamasının başlangıcında, C3 kondansatörü de voltaj değerinin iki katına kadar şarj edilir ve yarım döngü değiştiğinde, C4 kondansatörü de belirtilen değere kadar şarj edilir. Cihaz, birkaç tam alternatif akım voltajı periyodunda çalışmaya başlar. Çıkış, ardışık, sürekli şarj edilen C2 ve C4 kapasitörlerinin voltaj göstergelerinin toplamı olan sabit bir fiziksel miktardır. Sonuç olarak girişteki değerin dört katı daha büyük bir değer elde ediyoruz. Bu, voltaj çarpanının çalışma prensibidir.

Devre hesaplaması

Hesaplarken gerekli parametreleri ayarlamak gerekir: çıkış voltajı, güç, alternatif giriş voltajı, boyutlar. Bazı kısıtlamalar göz ardı edilmemelidir: giriş voltajı 15 kV'u geçmemeli, frekans aralığı 5-100 kHz arasında olmalı, çıkış değeri 150 kV'u geçmemelidir. Pratikte çıkış gücü 50 W olan cihazlar kullanılmaktadır, ancak çıkış değeri 200 W'a yaklaşan bir voltaj çarpanı tasarlamak gerçekçi olacaktır. Çıkış voltajının değeri doğrudan yük akımına bağlıdır ve aşağıdaki formülle belirlenir:

U çıkış = N*U giriş - (I (N3 + +9N2 /4 + N/2)) / 12FC, burada

I - yük akımı;

N - adım sayısı;

F - giriş voltajı frekansı;

C jeneratör kapasitesidir.

Böylece çıkış voltajı, akımı, frekansı ve adım sayısı değerini ayarlarsanız gerekli hesaplamayı yapmak mümkündür.

Gerilim katlayıcı Daha düşük bir AC voltajından daha yüksek bir DC voltajı elde etmek için kullanılır. Gerilim katlayıcının devresi oldukça basittir ve kural olarak yalnızca dört bileşenden oluşur - iki doğrultucu ve iki.

Gerilim katlayıcı işleminin açıklaması

Bu voltaj çiftleyici devrede C1, her pozitif yarım döngüde VD1 () diyotu aracılığıyla şarj edilir. C1 kapasitörü üzerindeki voltaj yaklaşık olarak giriş alternatif voltajının 1,414 (U genliği / U etkili) faktörüyle çarpımına eşittir veya girişe 220 V alternatif voltaj uygulanırsa yaklaşık 311 volttur.

Kapasitans C2, her negatif yarım döngüde VD2 diyotu aracılığıyla 311 volta kadar şarj edilir. Her iki kapasitör de seri bağlı olduğundan çıkışta 622 voltluk sabit bir voltaj elde ederiz.

Bu devre, doğru diyot ve kapasitör seçimi göz önüne alındığında, herhangi bir AC giriş voltajıyla çalışacaktır. Devrenin düzgün çalışması için gereklidir. 200 Ohm, büyük kapasitörler kullanıldığında akım dalgalanmalarını sınırlamak için tasarlanmıştır. Değeri kritik değildir.

Ayrıca redresörün sekonder sargısından alınan voltaj, alternatif voltaj kaynağı olarak kullanılabilir. Bu seçenek tasarımda kullanıldı.

Dikkat. Gerilim katlayıcı devre transformatörsüz yapıldığından elektrik çarpmasını önlemek için son derece dikkatli olunmalıdır.

Yakın zamana kadar voltaj çarpanları yeterince takdir edilmiyordu. Birçok tasarımcı bu devrelere tüp teknolojisi perspektifinden bakıyor ve bu nedenle bazı büyük fırsatları kaçırıyor. Televizyonlarda voltaj üçlü ve dörtlülerin kullanılmasının ne kadar başarılı bir çözüm olduğu iyi bilinmektedir. Neyse ki, SMPS'de X-ışını problemlerini çözmek zorunda değiliz, ancak yüksek frekanslı anahtarlama ve 60 Hz transformatörleri kullanan geleneksel yöntemlerle belirgin sınıra ulaşıldığında, boyutun daha da küçültülmesi için bir voltaj çarpan devresi genellikle yararlı olabilir. kaldırıldı. Diğer durumlarda voltaj çarpanları, tek bir sekonder transformatör kullanarak ek çıkış voltajı üretmenin zarif bir yolunu sağlayabilir.

Pek çok ders kitabı voltaj çarpanlarının dezavantajları üzerinde ayrıntılı olarak durmaktadır. Zayıf voltaj stabilitesine sahip oldukları ve çok karmaşık oldukları söyleniyor. Bu eksikliklerin ifadesinin bir temeli vardır, ancak her zaman 60 Hz frekanslı sinüzoidal voltajlarla çalışan tüp devrelerinin kullanılması deneyimine dayanmaktadır. Gerilim çarpanlarının özellikleri, sinüzoidal gerilimler yerine kare dalga ile çalıştıklarında ve özellikle yüksek frekanslarda çalıştıklarında büyük ölçüde geliştirilir. 1 kHz'lik bir anahtarlama frekansında ve hatta 20 kHz'de daha da fazlası, voltaj çarpanı yeteneklerinin yeniden değerlendirilmesini hak ediyor. Bir kare dalga için tepe ve kök ortalama kare değerlerinin eşit olduğu göz önüne alındığında, çarpan devresindeki kapasitörlerin yük biriktirme süresi sinüzoidal salınımlara göre çok daha uzundur. Bu, artan voltaj kararlılığı ve geliştirilmiş filtreleme ile sonuçlanır. Sinüzoidal voltajla çok iyi bir kararlılığın mümkün olduğu, ancak bunun yalnızca büyük kapasitörler sayesinde mümkün olduğu bilinmektedir. Bazı yararlı voltaj çarpan devreleri Şekil 2'de gösterilmektedir. 16.4. Şekil 2'de aynı devrenin iki farklı görüntüsü bulunmaktadır. (A), diyagramın çizilme şeklinin bazen yanıltıcı olabileceğini göstermektedir.

Gerilim çarpanlarında kararlılık artık büyük bir sorun olmasa da, bir veya daha fazla geri besleme döngüsünün DC çıkış geriliminin son stabilizasyonuyla ilgilendiği bir sistemde çok iyi bir kararlılık gerekli değildir. Özellikle bazı voltaj çarpanları yüzde 50 invertör görev döngüsünde çok iyi performans gösterir. Düzenlenmemiş bir güç kaynağı olarak, genellikle geri besleme döngüsü düzenleme devresinden önce uygun voltaj çarpanları önerilir. Tipik olarak bu kullanım bir DC/DC dönüştürücüyle ilişkilidir. Örneğin 60 Hz'lik bir şebeke voltajı düzeltilip iki katına çıkarılabilir. Bu DC voltajı daha sonra anahtarlama regülatörü olarak tasarlanabilen yüksek güçlü bir DC-DC dönüştürücüde kullanılır. Bu yöntemin, 60 Hz'de çalışan bir transformatör olmadan yüksek çıkış voltajına izin verdiğini unutmayın.

Gerilim çarpanı iyi bir invertör oluşturmayı kolaylaştırır. İnvertör transformatörü yaklaşık birlik bir dönüşüm oranıyla en iyi şekilde çalışır. Bu değerden önemli sapmalar, özellikle voltaj arttığında, genellikle transformatör sargılarında oldukça büyük bir kaçak endüktansın ortaya çıkmasına neden olur ve bu da invertörün dengesiz çalışmasına neden olur. Bu nedenle, invertörler ve dönüştürücülerle deney yapanlar, basit bir devrenin bile çalışmasındaki en olası arızanın, frekansı hesaplanandan farklı olan salınımlar olduğunu iyi biliyorlar. Ve kaçak endüktans, anahtarlama transistörlerinin kolayca tahrip olmasına yol açabilir. Bu problem, yaklaşık birlik bir dönüşüm oranına sahip bir transformatör kullanmak için bir voltaj çarpanı kullanılarak önlenebilir.

Pirinç. 16.4. Gerilim çarpan devreleri. Şekil 2'deki her iki diyagram. (A) elektriksel olarak aynıdır. Çeşitli devreler için kabul edilebilir ve yasaklanmış topraklama seçeneklerine dikkat edin; bazı durumlarda jeneratör ve yük aynı topraklama noktasını paylaşmayabilir.

Sinüzoidal gerilimlerle uğraşırken gerilim çarpanlarının tepe gerilim değeri üzerinde çalıştığını unutmamalıyız. Böylece, 100 V etkin değere sahip bir giriş voltajıyla çalışan voltaj katlayıcı olarak adlandırılan bir çıkış, 2 x 1,41 x 100 = 282 V'luk bir açık devre voltajı üretecektir. Dolayısıyla, kapasitör değeri büyükse ve yük nispeten büyükse ışık, o zaman sonuç daha çok giriş etkin voltaj değerinin üç katına çıkması gibidir. Benzer mantık diğer çarpanlar için de geçerlidir.

Tüm kapasitörlerin kapasitansını ve girişteki sinüzoidal voltajı eşit alırsak, voltaj çarpanları bir değere sahip olmalıdır (ocr en az 100, burada (0 = 2K /, çalışma frekansı hertz cinsinden ifade edilir, kapasitans Farad cinsinden ve bağlanabilecek düşük empedanslı yüke karşılık gelen ohm cinsinden etkin dirençtir. Bu durumda çıkış voltajı, ulaşılabilir maksimum DC voltajının en az %90'ı olacaktır ve bir süre için nispeten az değişecektir. Dikdörtgen voltajda cocr değeri 100'den önemli ölçüde az olabilir.

Gerilim çarpan devresi seçerken topraklamaya dikkat edilmelidir. Şek. Şekil 16.4'te jeneratör sembolü genellikle bir transformatörün sekonder sargısını temsil eder. Yük terminallerinden birinin topraklanması gerekiyorsa, yarım dalga devrelerinde transformatörün bir terminalinin topraklanmasının mümkün olduğunu, ancak tam dalga devrelerinde bunun mümkün olmadığını unutmayın. Tam dalga devreleri, bir çıkışın toprağa pozitif ve diğerinin negatif olduğu ve her çıkışın tam çıkış voltajının yarısına sahip olduğu iki kutuplu çıkış kaynakları üretmek için kullanışlıdır.

Şekil 2'de gösterilen devreler 16.4(A) aynıdır ve voltajı iki katına çıkaran tam dalga doğrultuculardır. Şekil 2'deki şema. B, voltajı iki katına çıkaran yarım dalga doğrultucudur. Şema Şek. C yarım dalga üçlü olarak çalışır. Şekil 2'de tam dalgalı bir dörtlü gösterilmektedir. D ve Şekil 2'deki yarım dalga dörtlü. E. Bu tür voltaj çarpanları, resim tüplerine yüksek voltaj sağlayan televizyon geri dönüş güç kaynaklarında yaygın olarak kullanılır. Ayrıca Geiger sayaçlarında, lazerlerde, elektrostatik ayırıcılarda vb. de kullanılırlar.

Tam dalga gerilim çarpanları, yarım dalga gerilim çarpanlarına göre daha iyi stabiliteye ve daha düşük dalgalanmaya sahip olmasına rağmen, yüksek frekanslı kare dalgalar kullanıldığında pratikte farklar küçük hale gelir. Büyük kapasitörlerin kullanılması her zaman voltaj kararlılığını artırabilir ve dalgalanmayı azaltabilir. Genel olarak 20 kHz ve üzeri frekanslarda, yarım dalga çarpanları için ortak bir topraklama noktasının varlığı, tasarımcının seçiminde belirleyici bir etkiye sahiptir.

Çok sayıda temel aşamanın bağlanmasıyla çok yüksek DC gerilimleri elde edilebilir. Bu yöntem yeni olmasa da, yarı iletken diyotlar kullanılarak uygulanmasının, izolasyon sorunları ve filaman devreleri nedeniyle maliyet nedeniyle karmaşık hale gelen önceki tüp doğrultuculara göre daha kolay olduğu kanıtlanmıştır. Çok kademeli voltaj çarpanlarının iki örneği Şekil 1'de gösterilmektedir. 16.5. Giriş AC voltajının genlik değerini sekiz kat çarparlar. Şekil 2'deki diyagramda. 16,5A, kapasitörsüz voltaj 2K'yı geçmez. Şekil 1'de gösterilen devrenin ayırt edici bir özelliği. 16,5V giriş ve çıkış için ortak toprak noktasıdır. Ancak kapasitörlerin voltaj değerleri devrenin çıkışına yaklaştıkça kademeli olarak artırılmalıdır. Her ne kadar 60 Hz frekansında bu, boyutun ve maliyetin artmasına neden olsa da, yüksek frekanslarda bu dezavantajlar daha az hassastır. Her iki devredeki diyotlar, E tepe giriş voltajına dayanmalıdır, ancak güvenilirlik için, E'den en az birkaç kat daha yüksek voltaj değerine sahip diyotlar kullanılmalıdır. Bu devreler genellikle aynı kapasitansa sahip kapasitörler kullanır. Kapasitör kapasitesi ne kadar büyük olursa, stabilite o kadar iyi olur ve dalgalanma azalır. Bununla birlikte, büyük kapasitörler, maksimum akım değerleri açısından diyotlara artan gereksinimler getirmektedir.

Şekil 2'de gösterilen diyagram. 16.6'nın elektronik uygulamalar için çok faydalı olduğu kanıtlanmıştır. Tek kutuplu bir darbe katarından çalıştığını unutmayın. Bu, literatürde sıklıkla bulunan bir Cockroft-Walton voltaj çarpanı devresidir. Tüm kapasitörler aynı kapasitansa ve aynı nominal gerilime (E) sahip olabilse de, aşağıdaki yaklaşımı kullanmak daha iyidir:

İlk önce çıkış kapasitörünün kapasitansını hesaplıyoruz

burada /q amper cinsinden çıkış akımıdır ve / mikrosaniye cinsinden tek kutuplu darbenin süresidir. Örnek olarak = 40 mA olsun. Frekansın 20 kHz olduğunu varsayarsak t, 20 kHz'in karşılığının yarısıdır veya

Maksimum dalgalanma değeri V voltajı olarak alınır. 100 mV değeri makul kabul edilebilir, bu durumda

Pirinç. 16.5. Çok kademeli voltaj çarpanı için iki seçenek. (A) Bu devrede hiçbir kapasitörün voltajı 2E'den yüksek değildir. (B) Bu devrenin bir özelliği giriş ve çıkış için ortak toprak noktasıdır.

Devrenin girişine yaklaştıkça, kapasitörlerin kapasitansı, son kapasitör C^'nin kapasitansına kıyasla kademeli olarak birkaç kat artar. Bu hesaplamalar basittir ancak bunlara çok dikkat etmezseniz yanlış olabilir. Şekil 2'deki devredeki kapasitörlerin yanındaki sayıları işaretleyin. 16.6. Bunlar, kapasitansın gerçek değerini elde etmek için C^ kapasitansının çarpılması gereken katsayılardır. Dolayısıyla 2 rakamıyla gösterilen kapasitörün kapasitansı 2C^'ye veya örneğimizde 10 μF x 2 = 20 μF'ye eşittir. Kapasitörün kapasitesi 5C^ veya 50 µF'dir. Ve ilk kapasitörün IIC^ veya PO μF kapasitansı vardır.

Bu sayılar nereden geliyor? Bir devre boyunca akımların göreceli değerlerini temsil ederler. Şekil 2'de gösterilen kapasitörlerin yanında numara yoksa. 16.6, (2/1-1) ifadesini kullanarak bunları belirleyebilirsiniz. Burada n, giriş voltajı çarpım faktörünü temsil eder. Açıkçası, altı çarpanda l = 6. Giriş kapasitörüyle başlarsınız ve 2n-\ = 11'i bulursunuz. Daha sonra kapasitörlerin alt sırası boyunca devam ederek 2/1-3, 2/2-5, 2/ elde edersiniz. 1 sırasıyla -7, 2/2-9 ve son olarak – (2/2-11) için. Daha sonra bu işlemi takip ederek üst sıranın sol tarafındaki ilk kapasitörle başlıyoruz. Bu sefer C^ çarpanları şöyledir: 2/2-2, 2/2-4, 2/2-6, 2/2-8 ve son olarak sağ uç kapasitör için 2/2-10.

Pirinç. 16.6. Tek kutuplu bir darbe kaynağından çalışan altı kat voltaj çarpanı. Kondansatörlerin yanındaki sayıların anlamları metinde açıklanmıştır.

Girişe yakın kapasitörlerin çıkışa yakın olanlara göre daha büyük kapasiteye sahip olması, girişte doğal olarak oldukça büyük olması gereken yük aktarımından kaynaklanmaktadır. Bir çevrim sırasında 2/2-1 yük aktarımı meydana gelir. Bu transferlerin her birinde doğal bir enerji kaybı yaşanır. Kondansatörlerin yukarıda belirtildiği gibi tasarlanması durumunda bu enerji kayıpları minimum düzeydedir.

Herhangi bir voltaj çarpanının ilk testi, değişken bir ototransformatör veya giriş voltajının kademeli olarak arttırılmasına izin veren başka bir cihazla yapılmalıdır. Aksi takdirde akım dalgalanması diyotlara zarar verebilir. Bu kuralın katılığı kapasitör kapasitansı, güç seviyesi, frekans, kapasitör ESR'si ve elbette diyotların tepe akım değeri gibi faktörlere bağlıdır. Çarpan girişine bir termistör veya röle kullanılarak çalıştırılan bir direnç yerleştirmek gerekebilir. Öte yandan, çoğu durumda hiçbir koruma olmadan da yapabilirsiniz çünkü yüksek tepe akımlarını kaldırabilen diyotlar kolaylıkla temin edilebilir. Bazen koruma "görünmezdir", örneğin giriş transformatörü büyük bir akım dalgalanması sağlayamaz.

Yüksek voltajlarla çalışırken diyotlar arasındaki ileri voltaj düşüşünün büyüklüğü önemli değildir. Düşük voltajlarda, diyotlar boyunca biriken voltaj düşüşü, gerekli çıkış voltajının elde edilmesini engelleyebilir ve verimliliği önemli ölçüde azaltabilir. voltaj çarpanı. Diyotların ters toparlanma süresinin giriş voltajının frekansı ile uyumlu olduğundan emin olun. Aksi takdirde hesaplanan gerilim çarpım faktörü "gizemli bir şekilde" eksik olacaktır.

Devre tasarımı problemlerini çözerken, çıkış voltajını artırmak için transformatör kullanımından kaçınmanın gerekli olduğu durumlar vardır. Bunun nedeni çoğunlukla ağırlıkları ve boyutları nedeniyle cihazlara boost dönüştürücülerin dahil edilememesidir. Böyle bir durumda çözüm çarpan devresi kullanmaktır.

Gerilim çarpanı - tanım

Elektrik çarpanı olarak adlandırılan cihaz, alternatif akımı veya darbeli voltajı doğrudan voltaja ancak daha yüksek değere dönüştürmenizi sağlayan bir devredir. Cihazın çıkışındaki parametre değerinin artması devrenin kademe sayısı ile doğru orantılıdır. Var olan en temel voltaj çarpanı bilim adamları Cockcroft ve Walton tarafından icat edildi.

Elektronik endüstrisi tarafından geliştirilen modern kapasitörler, küçük boyutları ve nispeten büyük kapasiteleri ile karakterize edilir. Bu, birçok devrenin yeniden inşa edilmesini ve ürünün farklı cihazlara uygulanmasını mümkün kıldı. Kendi sıralarına göre bağlanan diyotlar ve kapasitörler kullanılarak bir voltaj çarpanı monte edilir.

Çarpanlar, elektriği artırma işlevine ek olarak, aynı anda onu alternatiften direkte dönüştürür. Bu kullanışlıdır çünkü cihazın genel devresi basitleştirilmiştir ve daha güvenilir ve kompakt hale gelmiştir. Cihazı kullanarak birkaç bin volta kadar bir artış elde edebilirsiniz.

Cihaz nerede kullanılıyor?

Çoğaltıcılar farklı cihaz türlerinde uygulamalarını bulmuşlardır; bunlar: lazer pompalama sistemleri, yüksek voltaj ünitelerindeki X-ışını dalga radyasyon cihazları, sıvı kristal yapının aydınlatılması için ekranlar, iyon pompaları, hareketli dalga lambaları, hava iyonlaştırıcıları, elektrostatik sistemler parçacık hızlandırıcılar, fotokopi makineleri, televizyonlar ve resim tüplü osiloskopların yanı sıra düşük akımlı yüksek doğrudan elektriğin gerekli olduğu yerler.

Gerilim çarpanının çalışma prensibi

Devrenin nasıl çalıştığını anlamak için evrensel cihaz denilen cihazın çalışmasına bakmak daha iyidir. Burada aşama sayısı kesin olarak belirtilmemiştir ve çıkış elektriği şu formülle belirlenir: n*Uin = Uout, burada:

• n, mevcut devre aşamalarının sayısıdır;
• Uin, cihaz girişine sağlanan voltajdır.

Zamanın ilk anında, diyelim ki ilk pozitif yarım dalga devreye ulaştığında, giriş katı diyotu onu kapasitörüne iletir. İkincisi, gelen elektriğin genliğine göre ücretlendirilir. İkinci negatif yarı dalgada, birinci diyot kapatılır ve ikinci kademenin yarı iletkeni onu yine yüklü olan kapasitörüne gönderir. Ayrıca, ikinciye seri bağlanan ilk kapasitörün voltajı sonuncuyla toplanır ve kademenin çıkışı iki kat elektrik üretir.

Aynı şey sonraki her aşamada olur - bu, voltaj çarpanının prensibidir. Ve eğer sonuna kadar ilerleyişine bakarsanız, çıkış elektriğinin giriş elektriğini belirli sayıda aştığı ortaya çıkıyor. Ancak bir transformatörde olduğu gibi, potansiyel fark arttıkça buradaki akım gücü azalacaktır - enerjinin korunumu yasası da işe yarar.

Çarpan yapım şeması

Tüm devre devresi birkaç bağlantıdan monte edilir. Kapasitör üzerindeki bir voltaj çarpanı bağlantısı yarım dalga doğrultucudur. Cihazı elde etmek için, her biri bir diyot ve bir kapasitöre sahip olan iki seri bağlı bağlantıya sahip olmanız gerekir. Bu devre bir elektrik katlayıcıdır.

Klasik versiyondaki voltaj çarpanı cihazının grafiksel gösterimi, diyotların çapraz konumu ile görünür. Yarı iletkenlerin açıldığı yön, çarpanın çıkışında ortak noktasına göre hangi potansiyelin (negatif veya pozitif) bulunacağını belirler.

Cihazın çıkışında negatif ve pozitif potansiyelli devreler birleştirildiğinde iki kutuplu bir devre elde edilir. Bu tasarımın özelliği, kutup ile ortak nokta arasındaki elektrik seviyesini ölçerseniz ve giriş voltajını aşıyorsa. 4 kat daha sonra kutuplar arasındaki genlik 8 kat artacaktır.

Çarpanda, ortak nokta (ortak kabloya bağlı), güç kaynağının çıkışının, seri bağlı diğer kapasitörlerle bir grupta birleştirilen kapasitörün çıkışına bağlandığı nokta olacaktır. Bunların sonunda, çıkış elektriği çift katsayılı, tek katsayılı, tek katsayılı, çift katsayılı elemanlardan alınır.

Çarpanda kapasitörlerin pompalanması

Başka bir deyişle, sabit voltaj çarpanının cihazında, beyan edilene karşılık gelen çıkış parametresinin oluşturulması için belirli bir geçici süreç vardır. Bunu görmenin en kolay yolu elektriğin iki katına çıkarılmasıdır. C1 kapasitörü D1 yarı iletkeni aracılığıyla tam değerine şarj edildiğinde, bir sonraki yarım dalgada elektrik kaynağıyla birlikte aynı anda ikinci kapasitörü şarj eder. C1'in yükünü C2'ye tamamen bırakacak zamanı yoktur, bu nedenle ilk başta çıkışta çift potansiyel farkı yoktur.

Üçüncü yarım dalgada ilk kapasitör yeniden şarj edilir ve ardından C2'ye potansiyel uygulanır. Ancak ikinci kapasitördeki voltaj zaten birincinin tersi yöndedir. Bu nedenle çıkış kapasitörü tam olarak şarj edilmemiştir. Her yeni çevrimde, C1 elemanındaki elektrik, giriş voltajına yönelecek ve C2'deki voltaj, değerini iki katına çıkarma eğiliminde olacaktır.

Çarpan nasıl hesaplanır

Çarpma cihazını hesaplarken, yük için gereken akım (In), çıkış voltajı (Uout) ve dalgalanma faktörü (Kp) gibi ilk verilerden başlamak gerekir. μF cinsinden ifade edilen kapasitör elemanlarının minimum kapasitans değeri şu formülle belirlenir: C(n)=2,85*n*In/(Kp*Uout), burada:

• n, giriş elektriğinin kaç kat arttığının sayısıdır;
• Yükte akan akım (mA);
• Kp - nabız katsayısı (%);
• Uout, cihaz çıkışında (V) alınan voltajdır.

Hesaplamalarla elde edilen kapasitans iki veya üç kat artırılarak C1 devresinin girişindeki kapasitörün kapasitans değeri elde edilir. Bu eleman değeri, belirli sayıda süre geçene kadar beklemek yerine, çıkıştaki tam voltaj değerini anında almanızı sağlar. Yük çalışması, elektriğin nominal çıkışa artış oranına bağlı olmadığında, kapasitörün kapasitansı hesaplanan değerlerle aynı alınabilir.

Diyotlardaki voltaj çarpanının dalgalanma faktörünün %0,1'i geçmemesi yük için en iyisidir. %3'e varan titreşimlerin varlığı da tatmin edicidir. Devrenin tüm diyotları, yükteki değerinin iki katı akım gücüne kolaylıkla dayanabilecek şekilde seçilmiştir. Cihazı büyük bir doğrulukla hesaplamak için kullanılan formül şuna benzer: n*Uin - (In*(n3 + 9*n2/4 + n/2)/(12 *f* C))=Uout, burada:

• f, cihaz girişindeki voltaj frekansıdır (Hz);
• C - kapasitör kapasitansı (F).

Avantajları ve Dezavantajları

Gerilim çarpanının avantajlarından bahsederken aşağıdakilere dikkat çekilebilir:

• Çıkışta önemli miktarda elektrik elde etme yeteneği - zincirdeki bağlantı sayısı arttıkça çarpma faktörü de artar.

• Tasarımın basitliği - her şey standart bağlantılar ve nadiren arızalanan güvenilir radyo elemanları kullanılarak birleştirilir.
• Ağırlık ve boyutlar - Güç transformatörü gibi hantal elemanların bulunmaması devrenin boyutunu ve ağırlığını azaltır.

Herhangi bir çarpan devresinin en büyük dezavantajı, yüke güç sağlamak için büyük bir çıkış akımı üretememesidir.

Çözüm

Belirli bir cihaz için voltaj çarpanının seçilmesi. Simetrik devrelerin dalgalanma katsayısı açısından asimetrik devrelerden daha iyi parametrelere sahip olduğunu bilmek önemlidir. Bu nedenle hassas cihazlar için daha kararlı çarpanların kullanılması daha tavsiye edilir. Asimetrik olanların üretimi kolaydır ve daha az eleman içerir.

Kapasitörleri paralel olarak veya teker teker şarj ederseniz ve ardından seri olarak bağlarsanız ve ortaya çıkan pili daha yüksek voltaj kaynağı olarak kullanırsanız ne olur? Ancak bu, çarpma adı verilen, voltajı artırmanın iyi bilinen bir yöntemidir.

Bir voltaj çarpanı kullanarak, bu amaçla yükseltici transformatöre başvurmanıza gerek kalmadan düşük voltajlı bir kaynaktan daha yüksek bir voltaj elde edebilirsiniz. Bazı uygulamalarda transformatör hiç çalışmayacaktır ve bazen voltajı artırmak için çarpan kullanmak çok daha uygundur.

Örneğin, SSCB'de üretilen televizyonlarda, bir hat transformatöründen 9 kV'luk bir voltaj elde edilebilir ve daha sonra UN9 / 27-1.3 çarpanı kullanılarak 27 kV'a yükseltilebilir (işaret, girişe 9 kV'nin beslendiğini gösterir, Çıkışta 1,3 mA akımda 27 kV elde edilir).

Bir CRT TV için böyle bir voltajı yalnızca bir transformatör kullanarak elde etmek zorunda olduğunuzu düşünün? İkincil sargıya kaç tur sarılmalı ve bu durumda tel ne kadar kalın olmalıdır? Bu da malzeme israfına yol açacaktır. Sonuç olarak, gerekli güç büyük değilse, yüksek voltaj elde etmek için çarpanın oldukça uygun olduğu ortaya çıktı.

İster düşük voltaj ister yüksek voltaj olsun, bir voltaj çarpanı devresi yalnızca iki tür bileşen içerir: diyotlar ve kapasitörler.

Diyotların işlevi, şarj akımını ilgili kapasitörlere yönlendirmek ve ardından ilgili kapasitörlerden gelen deşarj akımını doğru yöne yönlendirerek hedefe (yüksek voltaj elde etmek) ulaşmaktır.

Elbette çarpan, alternatif veya titreşimli bir voltajla beslenir ve çoğu zaman bu kaynak voltajı bir transformatörden alınır. Ve çarpanın çıkışında diyotlar sayesinde voltaj sabit olacaktır.

Katlayıcı örneğini kullanarak çarpanın çalışma prensibine bakalım. Akım en başlangıçta kaynaktan aşağıya doğru hareket ettiğinde, en yakın üst kapasitör C1 ilk ve en yoğun şekilde en yakın alt diyot D1 aracılığıyla şarj edilirken devredeki ikinci kapasitör şarj almaz çünkü devrede bloke edilir. diyot.

Ayrıca, burada bir AC kaynağımız olduğundan, akım kaynaktan yukarı doğru hareket eder, ancak burada, şimdi kaynağa seri olarak bağlanan C1 vardır ve D2 diyotu aracılığıyla C2 kondansatörü, bir yük alır. daha yüksek voltaj, dolayısıyla kaynağın genliğinden daha yüksek bir voltaj elde edilir (diyot, teller, dielektrik vb. kayıplar hariç).

Daha sonra akım tekrar kaynaktan aşağıya doğru hareket eder - C1 kapasitörü yeniden şarj edilir. Ve eğer yük yoksa, birkaç süre sonra C2 kapasitöründeki voltaj yaklaşık 2 genlik kaynak voltajı seviyesinde tutulacaktır. Aynı şekilde daha fazla bölüm ekleyerek daha yüksek voltaj elde edebilirsiniz.

Ancak çarpandaki aşama sayısı arttıkça çıkış voltajı başlangıçta giderek büyür, ancak daha sonra hızla azalır. Uygulamada çarpanlarda 3'ten fazla aşama nadiren kullanılmaktadır. Sonuçta, çok fazla aşama kurarsanız, kayıplar artacak ve uzak bölümlerdeki voltaj, böyle bir ürünün ağırlık ve boyut göstergelerinden bahsetmeye bile gerek yok.

Bu arada, mikrodalga fırınlarda geleneksel olarak voltajı ikiye katlama (frekans 50 Hz) kullanılır, ancak UN tipi çarpanlarda üçe katlama, onlarca kilohertz olarak ölçülen yüksek frekanslı voltaja uygulanır.

Bugün, düşük akımla yüksek voltajın gerekli olduğu birçok teknik alanda: lazer ve X-ışını teknolojisinde, ekran arka ışık sistemlerinde, magnetron güç devrelerinde, hava iyonlaştırıcılarında, parçacık hızlandırıcılarında, kopyalama teknolojisinde - çarpanlar iyice kök salmıştır.