Umnožavanje napona. Krug množitelja napona
(jednovalni)
udvostručivač napona znači da je napon na njegovom izlazu dvostruko veći nego na izlazu klasičnog ispravljača. Dupleri, kao i konvencionalni ispravljači, dolaze u dvije vrste: poluvalni i puni val. Slika desno prikazuje krug konvencionalnog poluvalnog udvostručitelja s pozitivnim izlaznim naponom. Poluvalni multiplikatori napona imaju iste nedostatke kao i slični ispravljači. Vidljivo je da je frekvencija punjenja kondenzatora C1 jednaka frekvenciji ulaznog napona. Oni. naplaćuje se jednom po razdoblju. Između ovih ciklusa punjenja postoji ciklus pražnjenja istog trajanja. Stoga je u ovoj shemi potrebno ozbiljno shvatiti izglađivanje valova.
Punovalni udvostručivač napona
Ali češći je puni val udvostručivač napona. Mora se odmah reći da se i prethodni krug i ovaj mogu spojiti izravno na mrežu izmjeničnog napona, zaobilazeći transformator. To je ako je potreban napon koji je dvostruko veći od mrežnog napona i nije potrebno galvansko odvajanje od mreže.
U ovom slučaju, sigurnosni zahtjevi su ozbiljno povećani!
(puni val)
Otpornik R0, kao i obično, postavljen je da ograniči strujne impulse u diodama. Njegova vrijednost otpora je mala i, u pravilu, ne prelazi stotine ohma. Otpornici R1 i R2 su izborni. Instaliraju se paralelno s kondenzatorima C1 i C2 kako bi se osiguralo pražnjenje kondenzatora nakon isključivanja iz mreže i od opterećenja. Također, osiguravaju izjednačavanje napona na C1 i C2.
Rad udvostručitelja vrlo je sličan radu konvencionalnog punovalnog ispravljača. Razlika je u tome što se ovdje ispravljač u svakoj od poluperioda opterećuje na svoj kondenzator i puni ga do amplitude vrijednosti izmjeničnog napona. Udvostručeni izlazni napon dobiva se zbrajanjem napona na kondenzatorima.
U trenutku kada je napon u točki A u odnosu na točku B pozitivan, kondenzator C1 se puni preko diode D1. Njegov napon je gotovo jednak amplitudi izmjeničnog napona sekundarnog namota kondenzatora. U sljedećem poluperiodu napon u točki A je negativan u odnosu na točku B. U ovom trenutku struja teče kroz diodu D2 i puni kondenzator C2 do iste vrijednosti amplitude. Budući da su kondenzatori vezani u seriju s obzirom na opterećenje, dobivamo zbroj napona na tim kondenzatorima, tj. dvostruki napon.
Poželjno je da kondenzatori C1 i C2 imaju isti kapacitet. Napon ovih elektrolitskih kondenzatora mora biti veći od vrijednosti amplitude izmjeničnog napona. Vrijednosti otpornika R1 i R2 također moraju biti jednake.
Među različitim strujnim krugovima ispravljačkih uređaja posebnu skupinu čine strujni krugovi u kojima se odgovarajućim uključivanjem ispravljačkih elemenata i kondenzatora ne vrši samo ispravljanje, već se ujedno i višestruko povećava ispravljeni napon.
Prednost takvih sklopova je u mogućnosti izgradnje visokonaponskih beztransformatorskih ispravljača i ispravljača s transformatorima, samo za napajanje strujnih krugova kenotrona. Odsutnost pojačanog namota u energetskom transformatoru uvelike olakšava njegovu proizvodnju i poboljšava rad ispravljača. Nedostaci ovih shema uključuju relativno jaku ovisnost ispravljenog napona o struji u opterećenju i relativne poteškoće u dobivanju velikih snaga.
U rendgenskim instalacijama najviše se koriste ispravljački sklopovi s multiplikacijom napona. U radiotehničkoj praksi uglavnom se koriste za napajanje opreme male snage koja troši struju ne veću od 50-70 mA pri naponu od oko 200 V. No, i ovdje se područje njihove primjene može znatno proširiti izgradnjom, na primjer, dovoljno snažnih bestransformatorskih ispravljača prema shemi s utrostručenjem ili učetverostručenjem napona. Takvi ispravljači s izmjeničnim naponom od 110, 127 ili 220 V omogućuju vam da dobijete konstantni napon od 300-400 V pri struji do 100-150 mA, što osigurava napajanje anodnih krugova prijemnika, niskofrekventnih pojačala. srednje snage.
Značajka rada ispravljača s multiplikacijom napona je korištenje svojstava kondenzatora za neko vrijeme akumulacije i pohranjivanja električne energije. Kada ispravljač radi iz konvencionalne mreže izmjenične struje s 50 perioda, vrijeme tijekom kojeg kondenzator mora zadržati naboj ne prelazi 0,02 sekunde. Što je veći kapacitet (kondenzatori uključeni u krug, to više električne energije pohranjuju i veći ispravljeni napon se dobiva s istim opterećenjem. Stoga je u takvim ispravljačima najprikladnije koristiti elektrolitske kondenzatore, koji, imaju male dimenzije, imaju!Značajan kapacitet .
Dolje je opisan niz praktičnih ispravljačkih krugova multiplikatora napona, a većina njih prikazuje karakteristike opterećenja uzete pri različitim kapacitetima kondenzatora za pohranu. Takve karakteristike omogućuju prilično potpunu procjenu mogućih područja primjene određenog kruga, kao i odabir ispravljačkog kruga i određivanje osnovnih podataka njegovih dijelova na temelju zadane ispravljene struje, ispravljenog napona i napona mreže.
SHEME ISPRAVLJAČA S MNOŽENJEM NAPONA
Krugovi za udvostručenje napona. Krugovi ispravljača za udvostručenje napona, koji se najčešće koriste u radioamaterskoj praksi, prikazani su na sl. 1.
sl. 1. Principske sheme ispravljača s udvostručenjem napona.
a - dijagram punovalnog ispravljača; b - krug poluvalnog ispravljača.
Kako bismo mogli u dovoljnoj mjeri usporediti i ocijeniti prednosti i nedostatke obje sheme, na Sl. 2 prikazuje njihove karakteristike opterećenja. Karakteristike su uzete s različitim kapacitetima kondenzatora C1 i C2. Ispravljači su koristili selenske stupce B1 i B2, svaki sastavljene od 13 podložaka promjera 45 mm. Mrežni napon održavan je na 120 V. Kako bi se ograničila početna struja, koja zbog kapacitivne prirode opterećenja može doseći značajne vrijednosti, otpor R jednak 20 ohma uključen je serijski u strujni krug. Time su stvoreni povoljniji uvjeti za rad ispravljača.
sl. 2. Karakteristike opterećenja ispravljača s udvostručenjem napona (uzeto pri naponu napajanja od 120 V).
a - karakteristike punovalnog ispravljača; b - karakteristike poluvalnog ispravljača.
Uspoređujući karakteristike opterećenja oba ispravljača, uzete na isti način (iste vrijednosti kapaciteta kondenzatora C1 i C2), možete vidjeti da su za ispravljački krug s punim valom one znatno veće nego za jednopolu- valnog kruga Stoga se ispravljeni napon na opterećenju pri istoj struji pokazuje većim za prvu shemu (slika 1a) nego za drugu (slika 1b).
Gore navedene karakteristike također omogućuju procjenu stvarnih radnih napona na kojima rade kondenzatori kruga.
Zbog činjenice da je frekvencija valovitosti s ispravljanjem punog vala dvostruko veća nego kod ispravljanja s jednim poluvalom, za prvi krug (slika 1, a), daljnje filtriranje ispravljenog napona znatno je olakšano, au Osim toga, koeficijent valovitosti koji pokazuje koji je dio ispravljenog napona na izlaznom ispravljaču amplituda promjenjive komponente ovog napona) za isto opterećenje i iste vrijednosti kapaciteta kondenzatora C1 i C2 je nešto manji. Tako, na primjer, s otporom opterećenja od 2000 ohma i kapacitetom kondenzatora C1 i C2 od po 48 μF, koeficijent valovitosti za prvi krug bio je 6,5%, a za drugi - 7,6% (unatoč činjenici da je u prvi krug ukupni kapacitet na izlaznom ispravljaču je dva puta manji nego u drugom).
Također treba napomenuti da su radni naponi na kondenzatorima u prvom krugu jednaki i jednaki polovici ispravljenog napona, tj. ne prelaze 150 V (osim ako ispravljač ne radi bez opterećenja), dok u drugom krug samo kondenzator C1 kondenzator C2 je pod punim ispravljenim naponom i stoga mora biti naznačen za radni napon od najmanje 300 V.
Kod rada ispravljača s udvostručenjem napona bez opterećenja, tj. u praznom hodu, ispravljeni napon je približno jednak dvostrukoj vrijednosti amplitude mrežnog napona, pa stoga može prijeći 350 V (ako je efektivni mrežni napon 127 V). Takav porast napona može dovesti do kvara kondenzatora, selenskih podložaka ili izolacije između žarne niti i katode u kenotronima. Stoga, ako specifikacije zahtijevaju da ispravljač radi bez opterećenja ili za opterećenje s vrlo visokim otporom, tada dijelovi koji se koriste u njemu moraju biti projektirani za odgovarajući radni napon. Potonji uvjet također se odnosi na sheme dane u sljedećim odjeljcima brošure.
Neka prednost poluvalnog kruga je mogućnost vrlo jednostavnog prebacivanja na napajanje iz mreže s naponom od 220 V. Za izradu takve sklopke potrebno je serijski spojiti elemente ispravljača B1 i B2 i kratko spojiti kondenzator C1. U tom slučaju, ispravljač će raditi u shemi poluvalnog ispravljanja bez udvostručenja napona. U ovom slučaju, karakteristike opterećenja ispravljača teško će se promijeniti.
Opseg gore opisanih krugova ispravljača je napajanje 4 ... 5 cijevnih prijemnika (s izlaznom snagom ne većom od 2-3 W), niskofrekventnih pojačala male snage i mjerne opreme s niskim cijevima.
U svim tim slučajevima najprikladnije je koristiti 30Ts6S kenotron kao ispravljački element, čija je žarna nit povezana u seriju s nitima drugih svjetiljki aparata. Ispravljač s ovim kenotronom i kondenzatorima C1 i C2 kapaciteta 20-40 mikrofarada svaki daje napon od 200-220 V pri struji od oko 70 mA. Korištenjem umjesto 30Ts6S kenotrona, stupaca selena sastavljenih od podložaka promjera 35 ili 45 mm i većih kondenzatora, možete lagano povećati ispravljeni napon i dobiti struju dva puta (za podloške promjera 35 mm) i tri puta (za podloške promjera 45 mm) više. Ispravljači u ovom slučaju mogu napajati jače prijamnike (do 4 vata izlazne snage), niskofrekventna pojačala, niskocijevne televizore itd.
sl. 3. Principijelna shema ispravljača s utrostručenjem napona.
sl. 4. Karakteristike opterećenja ispravljača s utrostručenjem napona (uzeto pri mrežnom naponu 120 V).
Trostruki naponski krug. Krug ispravljača za utrostručenje napona prikazan je na sl. 3. To je kombinacija dvaju poluvalnih ispravljačkih sklopova: kruga za udvostručenje napona i kruga bez umnožavanja. Oba kruga su paralelno spojena na mrežu, a njihovi izlazi (ispravljeni naponi) serijski. Dakle, napon na izlazu ispravljača, jednak zbroju ispravljenih napona (dvostruki mrežni napon na kondenzatoru C2 i jednostruki - na kondenzatoru C3), ispada da je približno tri puta veći od mrežnog napona.
Karakteristike opterećenja ispravljača prikazane na sl. 4 pokazuju da pri struji od oko 200 mA takav ispravljač može isporučiti napon veći od 300 V. Karakteristike su uzete pri otporu R = 10 ohma iz ispravljača u kojem su (kao elementi ispravljača B1, B2 i B3 korišteni isti selenski stupovi, svaki sastavljeni u 13 podložaka promjera 45 mm.
Mrežni napon održavan je jednakim 120 V, a kapaciteti kondenzatora C1, C2 i C3 varirali su od 32 do 100 mikrofarada.
Priroda valovitosti ispravljenog napona ovog kruga, s jednakim vrijednostima kapaciteta sva tri kondenzatora, ista je kao u punovalnom krugu ispravljanja, a koeficijent valovitosti pri opterećenju ispravljača s otporom od 2000 ohma a kapacitet kondenzatora od 50 mikrofarada je oko 7%. Radni naponi na kondenzatorima C1 i C3 ne prelaze 150 V, a na kondenzatoru C2 - 300 V.
Treba imati na umu da u krugu trostrukog napona bez opterećenja i napona napajanja od 120-127 V, ispravljeni napon prelazi 500 V.
Gornji podaci pokazuju da se ispravljač s utrostručenjem napona može koristiti čak i šire od udvostručenja napona. Izbor ispravljačkih elemenata za takav ispravljač bit će razmotren u nastavku.
Sheme s učetverostrukim naponom. Ispravljački krug s četverostrukim naponom može biti dva tipa: simetričan i asimetričan.
Simetrični krug prikazan na sl. Slika 5 je kombinacija dvaju poluvalnih ispravljačkih krugova koji rade u različitim poluciklusima mrežnog napona. Rad ovog kruga je sljedeći: Tijekom poluciklusa jednog predznaka, kondenzatori C1 i C4 se pune, a napon na kondenzatoru C1 doseže približno jednostruku, a na kondenzatoru C4 - dvostruku efektivnu vrijednost napona mreže (kondenzator C4 se puni pomoću već postojećeg naboja na kondenzatoru C2). Tijekom poluciklusa suprotnog predznaka, kondenzatori C2 i C3 se pune na isti način. Ispravljeni napon se uklanja s odgovarajućih polova kondenzatora C3 i C4, spojenih u seriju. Dakle, udvostručuje se drugi put.
sl. 5. Simetrični ispravljački sklop s četverostrukim naponom.
Napon na koji su napunjeni kondenzatori C1 i C2 je to veći što je veći otpor opterećenja, odnosno, što je manja snaga ispravljača. Napon punjenja doseže svoju maksimalnu vrijednost u slučaju odspajanja od ispravljača opterećenja, postajući jednak vrijednosti amplitude mrežnog napona (1,41 puta više od efektivne vrijednosti) na kondenzatorima C1 i C2 i dvostrukoj vrijednosti amplitude (2,82 puta više nego efektivna vrijednost) – na kondenzatorima C3 i C4.
sl. 6. Karakteristike opterećenja ispravljača s četverostrukim naponom (uzeto pri mrežnom naponu jednakom 120 V).
Kako bi se mogli brzo odrediti potrebni kapaciteti kondenzatora C1, C2, C3 i C4, na sl. 6 prikazuje karakteristike opterećenja preuzete iz ispravljača pri različitim vrijednostima ovih kapaciteta (u svim slučajevima C1 = C2 i C3 = C4). Gore navedene karakteristike pokazuju da već s kondenzatorima C1 i C2 s kapacitetom od 60 mikrofarada svaki i C3 i C4 - 16 mikrofarada svaki, napon na izlazu ispravljača pri struji od 150 mA doseže 400 V.
Kondenzatori C1 i C2 moraju biti projektirani za radni napon od najmanje 150 V, a C3 i C4 - najmanje 250 V.
Koeficijent valovitosti ispravljenog napona u slučaju opterećenja ispravljača s otporom od 3000 ohma iznosi približno 6%, a oblik napona na opterećenju je isti kao kod punovalnog ispravljanja.
Imajte na umu da je u krugovima ispravljača sa simetričnim naponskim množiteljem šasija pod relativno visokim potencijalom u odnosu na uzemljenje i napajanje.
sl. 7. Asimetrični ispravljački sklop s četverostrukim naponom.
Krug neuravnoteženog ispravljača s učetverostrukim naponom prikazan je na sl. 7. Radi na nešto drugačijem principu od prethodnog. Ovdje se u poluciklusu odgovarajućeg predznaka kondenzator C1 puni preko ispravljačkog elementa B1 i otpora R, približno do napona mreže. U sljedećem poluperiodu, preko ispravljačkog elementa B2 i otpora R, korištenjem naboja na kondenzatoru C1, do približno dvostrukog napona mreže, puni se kondenzator C3. Na isti napon, kondenzator C2 se puni u sljedećem poluperiodu kroz ispravljački element B3. Istodobno se kondenzator C1 ponovno puni. Tada naboj kondenzatora C2 kroz ispravljački element B4 puni kondenzator C4. Ispravljeni napon se uklanja sa serijski spojenih kondenzatora C3 i C4. Cijeli krug radi na principu poluvalnog ispravljanja.
sl. 8. Karakteristike opterećenja asimetričnog četverostrukog ispravljača (uzeto pri naponu napajanja od 120 V).
Karakteristike opterećenja preuzete iz ispravljača (slika 8) imaju značajan nagib. To ukazuje na nemogućnost korištenja takvih sklopova za radio opremu velike snage. Radni napon raspoređen je na kondenzatorima na vrlo osebujan način, a priroda raspodjele ovisi o veličini opterećenja. U tablici. 1 prikazuje radne napone na kondenzatorima pri dva različita opterećenja i bez opterećenja.
stol 1
| Kondenzatori na dijagramu na Sl. 7 | Kapacitet, mikrofarad | Radni napon pri opterećenju od 2000 Ohma, V | Radni napon pri opterećenju od 7500 Ohma, V | Napon bez opterećenja, in |
| C1 | 60 | 100 | 125 | 170 |
| C2 | 48 | 125 | 220 | 340 |
| C3 | 48 | 175 | 240 | 340 |
| C4 | 48 | 100 | 105 | 340 |
Bilješka. Mrežni napon 120 V.
Takvu neravnomjernu raspodjelu napona prati vrlo neravnomjeran oblik valovitosti, pa je koeficijent valovitosti na izlazu ispravljača oko 10% pri otporu opterećenja od 5000 ohma, a raste na 23% pri otporu opterećenja od 1700 ohma. Zbog toga se asimetrični ispravljački krug s četverostrukim naponom može koristiti samo pri visokim otporima opterećenja, odnosno, drugim riječima, pri maloj potrošnji struje.
Ispravljači sastavljeni prema simetričnom četverostrukom krugu, u kojem se koriste elementi selenskog ispravljača, mogu se široko koristiti za napajanje raznih radiotehničkih uređaja koji zahtijevaju dovoljno visoke napone pri strujama od 150-200 mA.
Sheme s višestrukim množenjem napona. Načelo četverostrukog ispravljanja napona navedeno gore vrijedi za svaki parni množitelj. Za svako sljedeće povećanje ispravljenog napona za dva puta veći od mrežnog napona potrebno je ispravljački krug dopuniti samo s dva ispravljačka elementa i dva kondenzatora, kao što je prikazano na sl. 9.
Shema prikazana na Sl. 9 radi dobro samo s vrlo malom potrošnjom struje, ali može dati vrlo visok ispravljeni napon. Pogodno ga je koristiti u televizorima za napajanje anode kineskopa itd. Kao ispravljački elementi ovdje se mogu koristiti selenske podloške najmanjeg promjera, sastavljene u stupove tako da je dopušteni povratni napon jednak dvostrukoj amplitudi danog napona pomoću izvora izmjeničnog napona. Svi kondenzatori kruga moraju biti projektirani za isti radni napon, osim (kondenzatora C1, koji je pod naponom izvora jedne amplitude. Budući da je krug projektiran za male radne struje,
sl. 9. Asimetrični ispravljački sklop s višestrukim umnožavanjem napona.
Kapacitivnost kondenzatora može biti mala, u rasponu od 0,25 do 0,5 mikrofarada. Zbog velikog otpora opterećenja, koeficijent valovitosti na izlazu ispravljača je zanemariv čak i kod tako malih vrijednosti kapaciteta. Ukupni napon ispravljača izračunava se za neopterećeni ispravljač množenjem amplitude izmjeničnog napona s brojem pari elemenata strujnog kruga. Kao jedan par elemenata uzeti su kondenzator i ispravljački element.
Na Sl. 10 prikazuje simetrični sklop za višestruko množenje napona, koji u usporedbi sa sklopom ima
sl. 10. Simetrični ispravljački sklop s višestrukim umnožavanjem napona.
smokva 9 iste prednosti kao simetrični naponski četverostruki krug u usporedbi s jednostranim krugom. Ova se shema može preporučiti za ispravljače koji napajaju izlazne stupnjeve amaterskih kratkovalnih odašiljača i uređaja koji zahtijevaju visoke napone i relativno velike struje. U tom slučaju, naravno, ispravljački elementi i ispravljački kondenzatori moraju biti prikladno odabrani.
Za gore navedene ispravljačke krugove, priroda karakteristika opterećenja određena je kapacitetima korištenih kondenzatora. Što su ti kapaciteti veći, to je manji nagib karakteristike, a time i veći napon pri određenom opterećenju.
Za slučaj rada ispravljača bez opterećenja, postoje određene minimalne vrijednosti kapaciteta kondenzatora, ako se one smanje, krugovi s množenjem napona prestaju raditi. U slučajevima kada je potrebno dobiti struju od nekoliko desetaka ili stotina, miliampera iz ispravljača, kondenzatore treba uzeti s najvećim mogućim kapacitetom. Ovo također pomaže u poboljšanju filtriranja ispravljenog napona. Osim toga, odabirom kapaciteta kondenzatora, moguće je učinkovito postaviti anodni napon potreban za način rada snage.
U industrijskim i amaterskim televizorima, krug s množenjem napona, prikazan na Sl. 11. Ova se shema razlikuje od onih ranije danih prisutnošću dodatnih otpora i kapaciteta. Radi na sljedeći način. Tijekom pozitivne poluperiode napona napajanja kondenzator C1 se puni preko ispravljačkog elementa B1 do amplitude vrijednosti napona, a tijekom negativne poluperiode kondenzator C2 se puni preko otpora R1.
sl. 11. Krug množenja napona s otporima.
U sljedećem pozitivnom poluperiodu, napon na kondenzatoru C2 se dodaje naponu napajanja, a ovaj kondenzator se kroz ispravljački element B2 prazni na serijski spojene kondenzatore C1 i C3, s čijih krajeva dolazi dvostruki ispravljeni napon. se dovodi do opterećenja. Povećanjem veza u krugu kao što je prikazano isprekidanom linijom na sl. 11, možete dobiti umnožak napona bilo koje množine.
Prednosti takvog kruga su u olakšavanju radnih uvjeta ispravljačkih elemenata i kondenzatora, budući da obrnuti napon na svakom ispravljačkom elementu ne prelazi dvostruko, a na svakom kondenzatoru - jednostruki amplitudni napon, dovodimo ga do ispravljača. Otpori R1, R2 itd. omogućuju, u slučaju korištenja selenskih stupova, značajno širenje njihovih reverznih otpora.
Razmatrana shema prikladna je samo za rad ispravljača s visokim otporom opterećenja. Kondenzatori mogu imati kapacitet reda 500 ... 1000 nF, a otpor oko 2 ... 4 mOhm. Odgovarajući selenski stupovi ili kenotroni mogu se koristiti kao ispravljački elementi, međutim, za napajanje filamenata potonjih na energetskom transformatoru, potrebno je imati odvojene dobro izolirane namote.
U članku su opisane glavne varijante multiplikatora napona koji se koriste u širokom spektru elektroničkih uređaja i dani su izračunati omjeri. Ovaj će materijal biti od interesa za radioamatere koji se bave razvojem opreme koja koristi množitelje.
Multiplikatori se široko koriste u modernim elektroničkim uređajima. Koriste se u televizijskoj i medicinskoj opremi (anodni izvori napona za kineskope, napajanje za lasere male snage), u mjernoj opremi (osciloskopi, uređaji za mjerenje razine i doze radioaktivnog zračenja), u uređajima za noćno gledanje i elektrošokovima, elektronički uređaji za kućanstvo i ured (ionizatori, "Chizhevskyov luster", fotokopirni uređaji) i mnoga druga područja tehnologije. To se dogodilo zbog glavnih svojstava multiplikatora - sposobnosti generiranja visokog, do nekoliko desetaka i stotina tisuća volti, napona s malim dimenzijama i težinom. Druga važna prednost je jednostavnost izračuna i proizvodnje.
Množač napona sastoji se od na određeni način spojenih dioda i kondenzatora i pretvarač je izmjeničnog napona izvora niskog napona u visoki istosmjerni napon.
Princip njegovog rada je jasan sa Sl. 1, koja prikazuje dijagram poluvalnog množitelja. Razmotrite procese koji se u njemu odvijaju u fazama.
Tijekom djelovanja negativnog poluciklusa napona, kondenzator C1 se puni kroz otvorenu diodu VD1 do vrijednosti amplitude primijenjenog napona U. Kada se na ulaz množitelja dovede pozitivni poluciklusni napon, kondenzator C2 se puni na napon od 2Ua kroz otvorenu diodu VD2. Tijekom sljedeće faze - negativnog poluciklusa - kondenzator C3 se puni kroz diodu VD3 do napona od 2U. I konačno, u sljedećem pozitivnom poluciklusu, kondenzator C4 se puni na napon od 2U.
Očito je da se početak rada množitelja događa u nekoliko perioda izmjeničnog napona. Konstantni izlazni napon je zbroj napona na serijski spojenim i stalno punjenim kondenzatorima C2 i C4 i iznosi 4Ua.
Prikazano na sl. 1 množitelj se odnosi na serijske množitelje. Postoje i paralelni multiplikatori napona koji zahtijevaju manji kapacitet po stupnju množenja. Na sl. 2 prikazuje dijagram takvog poluvalnog množitelja.
Najčešće korišteni serijski množitelji. Svestraniji su, napon na diodama i kondenzatorima ravnomjerno je raspoređen i može se implementirati veći broj koraka množenja. Imaju svoje prednosti i paralelne množitelje. Međutim, njihov nedostatak, kao što je povećanje napona na kondenzatorima s povećanjem broja stupnjeva množenja, ograničava njihovu upotrebu na izlazni napon od oko 20 kV.
Na sl. Slike 3 i 4 prikazuju dijagrame punovalnih množitelja. Prednosti prvog (slika 3) uključuju sljedeće: na kondenzatore C1, C3 primjenjuje se samo amplitudni napon, opterećenje dioda je ravnomjerno i postiže se dobra stabilnost izlaznog napona. Drugi multiplikator, čiji je krug prikazan na Sl. 4. odlikuju se takvim kvalitetama kao što su mogućnost pružanja velike snage, jednostavnost izrade, ravnomjerna raspodjela opterećenja između komponenti, veliki broj koraka umnožavanja.
Tablica prikazuje tipične vrijednosti parametara i opseg množitelja napona.
Prilikom izračuna množitelja potrebno je postaviti njegove glavne parametre: izlazni napon, izlaznu snagu, ulazni izmjenični napon, potrebne dimenzije, uvjete rada (temperatura, vlažnost).
Osim toga, moraju se uzeti u obzir neka ograničenja: ulazni napon ne smije biti veći od 15 kV, frekvencija izmjeničnog napona ograničena je unutar 5 ... 100 kHz. izlazni napon - ne više od 150 kV, raspon radne temperature od -55 do +125 * C, a vlažnost - 0 ... 100%. U praksi se razvijaju i koriste multiplikatori izlazne snage do 50 W, iako su realno dostižne vrijednosti od 200 W i više.
Izlazni napon množitelja ovisi o struji opterećenja. Pod uvjetom da su ulazni napon i frekvencija konstantni, određuje se formulom: Uout = N · Nin - /12FC, gdje je I struja opterećenja. A; N je broj stupnjeva množitelja; F je frekvencija ulaznog napona. Hz; C je kapacitet kondenzatora stupnja, f. Podešavanje izlaznog napona, struje. frekvencija i broj koraka, iz kojih se izračunava potreban kapacitet koraka kondenzatora.
Ova formula je dana za izračunavanje serijskog množitelja. Paralelno, da bi se dobila ista izlazna struja, potreban je manji kapacitet. Dakle, ako je kapacitet u seriji 1000 pF, tada će trostupanjski paralelni multiplikator zahtijevati kapacitet od 1000 pF / 3 = 333 pF. U svakom sljedećem stupnju takvog množitelja treba koristiti kondenzatore s velikim nazivnim naponom.
Reverzni napon na diodama i radni napon kondenzatora u serijskom množitelju jednak je punom zamahu ulaznog napona.
U praktičnoj izvedbi množitelja posebnu pozornost treba posvetiti izboru njegovih elemenata, njihovom smještaju i izolacijskim materijalima. Dizajn mora osigurati pouzdanu izolaciju kako bi se izbjeglo koronsko pražnjenje, što smanjuje pouzdanost množitelja i dovodi do njegovog kvara.
Ako želite promijeniti polaritet izlaznog napona, potrebno je obrnuti polaritet dioda.
U amaterskoj radio praksi često je potrebno nekoliko napona za napajanje čvorova niske struje (specijalizirani mikro krugovi, pretpojačala itd.), A postojeće napajanje daje jedan napon. Kako ne biste tražili transformator s dodatnim namotima, možete koristiti krugove množenja napona. Shema ispod:Nudimo još nekoliko shema množenja napona. Prikazan je strujni krug za dvostruki napon mosta. U ovom krugu je frekvencija valovitosti ispravljenog napona jednaka dvostrukoj frekvenciji mreže (fn=2fc), reverzni napon na diodama je 1,5 puta veći od ispravljenog napona, faktor iskorištenja transformatora je 0,64. Može se predstaviti kao dva serijski spojena poluvalna kruga koja rade iz istog namota transformatora i spojena na zajedničko opterećenje. Ako se srednja točka (točka spajanja kondenzatora) spoji na zajedničku žicu, dobit će se bipolarni izvor izlaznog napona ±U.
Drugi krug za udvostručenje napona prikazan je na slici 2, koju možete vidjeti ispod:
U njemu ulaz (sekundarni namot transformatora) i izlaz imaju zajedničku točku, što u nekim slučajevima može biti korisno. Ovdje se tijekom negativnog poluciklusa ulaznog napona kondenzator C1 puni kroz diodu VD2 do napona jednakog vrijednosti amplitude U-1. Tijekom pozitivnog poluperioda dioda VD2 je zatvorena, a kondenzator C1 je spojen u seriju sa sekundarnim namotom T1, pa se kondenzator C2 puni kroz diodu VD1 do dvostrukog napona. Dodavanjem još jedne diode i kondenzatora ovom krugu dobivamo mogućnosti utrostručitelja napona koje su prikazane na sljedećim slikama:
Krug na slici 2 može se kaskadirati i dobiti vrlo visoke napone. Takav kaskadni množitelj prikazan je na slici:
U ovom krugu su svi kondenzatori, osim C1, nabijeni do dvostrukog napona Ui (Uc=2Ui), a C1 samo do Ui. Dakle, radni napon kondenzatora i dioda je prilično nizak. Maksimalna struja kroz diode dana je sa:
gdje je lH struja koju troši opterećenje.
Potreban kapacitet kondenzatora u ovom krugu određen je približnom formulom:
C \u003d 2,85N * In / (Kp * Uout) , Mkf
Gdje je N faktor množenja napona;
IN - struja opterećenja, mA;
Kp - dopušteni faktor valovitosti izlaznog napona, %;
Uvylx-izlazni napon, V.
Kapacitet kondenzatora C1 mora se povećati 4 puta u odnosu na izračunatu vrijednost (iako je u većini slučajeva dovoljno povećanje dva ili tri puta). Kondenzatori moraju biti s minimalnom odvodnom strujom (tip K73 i sl.).
Također možete umnožiti napon pomoću mosnih ispravljača. Dijagram ispod na slici 6:
Ovdje je prikladno uzeti ispravljačke mostove male veličine, na primjer, serije RB156, RB157 i slično. Kondenzatori SZ ... C6 (i dalje) - s kapacitetom od 0,22 ... 0,56 μF. Potrebno je voditi računa o porastu napona na pločama kondenzatora i prema tome odabrati njihov radni napon. Isto vrijedi i za filterske kondenzatore C1, C2.
Pri vrlo niskim strujama opterećenja možete koristiti shemu poluvalnog množitelja:
Ovisno o potrebnom izlaznom naponu Uout = 0,83Uo, broj stupnjeva N određuje se približnom formulom:
Gdje je U1 ulazni napon.
Izračunava se kapacitet C kondenzatora C1 ... C3:
C \u003d 34 In * (T + 2) / U2
gdje je lH struja opterećenja množitelja;
U2 - pad napona na R1 (obično odabran unutar 3...5% od U-1).
Faktor valovitosti u množiteljima napona možete smanjiti korištenjem tranzistorskih filtara (slika 8),
Koji značajno smanjuju valovitost i šum izlaznog napona i karakterizirani su svim malim pokazateljima težine i veličine. Sada se proizvode snažni tranzistori s dopuštenim naponom od 1,5 kV i višim pri struji opterećenja do 10 A. Diode se odabiru iz uvjeta Uobr \u003d 1,5U0 i Imax \u003d 2Iout - izračunava se kapacitet C kondenzatora C1, C2 koristeći približnu formulu:
S=125In/U0
Otpor otpornika R1 odabire se unutar 20 ... 100 ohma. Kapacitet kondenzatora C3 određuje se iz izraza:
S3=0,5*10^6/(m*fc*R1)
Gdje je m broj faza ispravljača (t=2);
fc - radna frekvencija množitelja (fc=50 Hz).
Otpor R2 odabire se eksperimentalno (unutar 51 ... 75 kOhm), budući da ovisi o trenutnom pojačanju tranzistora VT1. Filtar može koristiti domaće tranzistore KT838, KT840, KT872, KT834 i slično.
Raspravite o članku MNOŽITELJI NAPONA
Množač napona - posebna vrsta ispravljačkog sklopa čija je amplituda napona na izlazu teoretski cijeli broj puta veća nego na ulazu. To jest, pomoću udvostručitelja napona možete dobiti 200 volti istosmjerne struje iz izvora od 100 volti izmjenične struje, a korištenjem množitelja za osam - 800 volti istosmjerne struje. To je ako ne uzmete u obzir pad napona na diodama (po 0,7 volti).
U praksi, na dijagramima, svako opterećenje će biti malo smanjeno iz dobivenih izračuna. Multiplikator sadrži kondenzatore i diode. Kapacitet opterećenja multiplikatora proporcionalan je frekvenciji, vrijednosti kapaciteta kondenzatora koji su u njemu uključeni i obrnuto proporcionalan broju veza.
Napomena: izvrsna nosivost. 2. Neuravnoteženi multiplikator napona (Cockcroft-Walton)
Napomena: svestranost.
Cockcroft-Walton generatori se koriste u mnogim područjima tehnologije, posebno u laserskim sustavima, izvorima visokog napona, X-zrakama, LCD pozadinskim osvjetljenjem, lampama s putujućim valom, ionskim pumpama, elektrostatskim sustavima, ionizatorima zraka, akceleratorima čestica, kopirnim strojevima, osciloskopima , televizori i mnogi drugi uređaji koji zahtijevaju i visoki napon i istosmjernu struju. 3. Trostruka, 1. opcija
Izvrsna nosivost. 4. Trostruka, 2. opcija
Izvrsna nosivost. 5. Trostruka, 3. opcija
Izvrsna nosivost. 6. Množilac s 4, 1. opcija
Simetričan krug, dobra nosivost. 7. Množilac s 4, 2. opcija
Simetričan krug, dobra nosivost. 8. Množilac s 4, 3. opcija
Simetričan krug, dobra nosivost, dva polariteta u odnosu na zajedničku točku. 9. Množilac s 5
Izvrsna nosivost. 10. Množilac sa 6, prva opcija
Izvrsna nosivost. 11. Množilac sa 6, opcija dva
Simetričan krug, odlična nosivost, dva polariteta na zajedničkoj točki. 12. Množitelj s 8, prvi dijagram povezivanja
Simetričan krug, izvrsna nosivost. 13. Množilac za 8, drugi dijagram ožičenja
Simetričan krug, odlična nosivost, dva polariteta na zajedničkoj točki. 14. Schenkel-Villardov multiplikator napona
Izvrsna nosivost, stepenasto povećanje napona na svakoj vezi. 15. Koračni množitelj opterećenja
Karakteristika opterećenja ima dva područja - područje male snage - u području izlaznog napona od 2U do U i područje velike snage - pri izlaznom naponu ispod U. 16. Ispravljač s dodatkom volta
Prisutnost dodatnog izlaza male snage s dvostrukim naponom napajanja. 17. Množač diodnog mosta
Dobra nosivost. Jedan od klasičnih sklopova za množenje napona u visokonaponskim izvorima napajanja za fizičke eksperimente. Na slici je prikazan udvostručitelj napona, ali se broj stupnjeva u množitelju može povećati.
