Схема умножителя на диодах и конденсаторах: УМНОЖИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

Содержание

УМНОЖИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

УМНОЖИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ


В статье описаны основные варианты умножителей

напряжения, применяемых в самых различных электронных

устройствах, и приведены расчетные соотношения. Этот

материал будет интересен радиолюбителям, занимающимся

разработкой аппаратуры, в которой применяются умножители.

  В современных радиоэлектронных устройствах умножители нашли широкое
применение. Они используются в телевизионной и медицинской аппаратуре (источники
анодного напряжения кинескопов, питания маломощных лазеров), в измерительной
технике (осциллографы, приборы для измерения уровня и доз радиоактивного
излучения), в приборах ночного видения и электрошоковых устройствах, бытовых и
офисных электронных устройствах (ионизаторы, «люстра Чижевского»,
ксерокопировальные аппараты) и многих других областях техники. Произошло это
благодаря главным свойствам умножителей — возможности формировать высокое, до
нескольких десятков и сотен тысяч вольт, напряжение при малых габаритах и массе.
Еще одно их важное преимущество — простота расчета и изготовления. Умножитель напряжения состоит из включенных определенным образом диодов и конденсаторов и представляет собой преобразователь напряжения переменного тока низковольтного источника в высокое напряжение постоянного тока.

  Принцип его работы понятен из рис. 1, на котором приведена схема однополупериодного умножителя. Рассмотрим происходящие в нем процессы поэтапно. Во время действия отрицательного полупериода напряжения конденсатор С1 заряжается через открытый диод VD1 до амплитудного значения приложенного напряжения Uа. Когда к входу умножителя приложено напряжение положительного полупериода, конденсатор С2 через открытый диод VD2 заряжается до напряжения 2Uа. Во время следующего этапа — отрицательного полупериода — через диод VD3 до напряжения 2Uа заряжается конденсатор С3. И, наконец, при очередном положительном полупериоде до напряжения 2Uа заряжается конденсатор С4. Очевидно, что запуск умножителя происходит за несколько периодов переменного напряжения. Постоянное выходное напряжение складывается из напряжений на последовательно включенных и постоянно подзаряжаемых конденсаторах С2 и С4 и составляет 4Uа.

  Изображенный на рис. 1 умножитель относится к
последовательным умножителям. Существуют также параллельные умножители
напряжения, для которых требуется меньшая емкость конденсатора на ступень
умножения. На рис. 2 приведена схема такого однополупериодного умножителя.

  Наиболее часто применяют последовательные умножители. Они
более универсальны, напряжение на диодах и конденсаторах распределены
равномерно, можно реализовать большее число ступеней умножения. Имеют свои
достоинства и параллельные умножители. Однако такой их недостаток, как
увеличение напряжения на конденсаторах с увеличением числа ступеней умножения,
ограничивает их применение до выходного напряжения примерно 20 кВ.

 

  На рис. 3 и 4 приведены схемы двухполупериодных умножителей. К достоинствам первого (рис. 3) следует отнести следующие: к конденсаторам С1, С3 приложено только амплитудное напряжение, нагрузка на диоды равномерна, достигается хорошая стабильность выходного напряжения. Второй умножитель, схема которого приведена на рис. 4, отличают такие качества, как возможность обеспечения высокой мощности, простота в изготовлении, равномерное распределение нагрузки между компонентами, большое число ступеней умножения.

  При расчете умножителя следует задать его основные параметры: выходное
напряжение, выходную мощность, входное переменное напряжение, требуемые габариты, условия работы (температура, влажность). В таблице приведены типовые значения параметров и область применения
умножителей напряжения.

Выходное напряжение, В Выходная мощность, Вт Типовые значения входного напряжения, В Однополу-
периодный умножитель
Двухполу-
периодный умножитель
1000 < 50
50. ..200
> 200
200…500
500
500
+ +
+
2500 < 50
50…200
> 200
250…500
1000
1000
+ +
+
5000 < 50
50…200
> 200
250…2500
2500
2500
+ +
+
10000 < 50
50…200
> 200
2500…5000
5000
5000
+ +
+
20000 < 50
50…200
> 200
2500…10000
5000…10000
5000…10000
+ +
+
30000 < 50
50…200
> 200
2500…10000
5000…10000
5000…10000 
+ +
+
50000 < 30
30. ..100
> 100
5000…10000
5000…10000
5000…15000
+ +
+
75000 < 30
>= 30
7500…15000
более 5000
+ +
100000 < 30
>= 30
7500…15000
более 5000
+ +
150000 < 30
>= 30
7500…15000
более 5000
+ +

  Кроме того, необходимо учесть некоторые ограничения: входное напряжение может
быть не более 15 кВ, частота переменного напряжения ограничена в пределах
5…100 кГц, выходное напряжение — не более 150 кВ, интервал рабочей температуры
от -55 до +125 град. С, а влажности — 0… 100 %. На практике разрабатывают и
применяют умножители с выходной мощностью до 50 Вт, хотя реально достижимы
значения в 200 Вт и более.

  Выходное напряжение умножителя зависит от тока нагрузки. При условии, что
входное напряжение и частота постоянны, оно определяется формулой: Uвых = N Uвх — [ I ( N3 + 9 N2 / 4 + N / 2 ) / 12 F C , где
I — ток нагрузки, А; N — число ступеней умножителя; F — частота входного
напряжения, Гц; С — емкость конденсатора ступени, Ф. Задавая выходное
напряжение, ток, частоту и число ступеней, из нее вычисляют требуемую емкость
конденсатора ступени.

  Эта формула приведена для расчета последовательного умножителя. В
параллельном для получения того же выходного тока необходимая емкость меньше.
Так, если в последовательном емкость конденсатора 1000 пф, то для
трехступенчатого параллельного умножителя потребуется емкость 1000 пФ / 3 = 333
пФ. В каждой последующей ступени такого умножителя следует применять
конденсаторы с большим номинальным напряжением. Обратное напряжение на диодах и рабочее напряжение конденсаторов в последовательном умножителе равно полному размаху входного напряжения.

  При практической реализации умножителя следует уделить особое внимание выбору его элементов, их размещению и изоляционным материалам. Конструкция должна
обеспечивать надежную изоляцию во избежание возникновения коронного разряда,
который снижает надежность умножителя, приводит к выходу его из строя. Если требуется изменить полярность выходного напряжения, полярность включения
диодов следует изменить на обратную.

Д. САДЧЕНКОВ
г. Москва
Радио №10, 2000




Источник: shems.h2.ru

Умножители напряжения на диодах — схемы включения, варианты подключения, утроители, умножители на 4, 5, 6, 8 | РадиоДом

Умножитель напряжения — схема выпрямителя особого типа, амплитуда напряжение на выходе которой теоретически в целое число раз выше, чем на входе. То есть, с помощью удвоителя напряжения можно получить 200 вольт постоянного тока из 100 вольт переменного тока источника, а с помощью умножителя на восемь — 800 вольт постоянного. Это если не учитывать падение напряжения на диодах (0,7 вольт на каждом).
В практике на схемах любая нагрузка будет немного уменьшенной от полученных расчетов. Умножитель содержит в себе конденсаторы и диоды. Нагрузочная способность умножителя пропорциональна частоте, величине емкости входящих в его состав конденсаторов и обратно пропорциональна количеству звеньев.


1. Удвоитель напряжения Латура-Делона-Гренашера

Примечание: отличная нагрузочная способность.


2. Несимметричный умножитель напряжения (Кокрофта-Уолтона)

Примечание: универсальность.
Генераторы Кокрофта-Уолтона применяются во многих областях техники, в частности, в лазерных системах, в источниках высокого напряжения, в системах рентгеновского излучения, подсветке жидкокристаллических экранов, лампах бегущей волны, ионных насосах, электростатических системах, ионизаторах воздуха, ускорителях частиц, копировальных аппаратах, осциллографах, телевизорах и во многих других устройствах, где необходимо одновременно высокое напряжение и постоянный ток.


3. Утроитель, 1-й вариант

Отличная нагрузочная способность.


4. Утроитель, 2-й вариант

Отличная нагрузочная способность.


5. Утроитель, 3-й вариант

Отличная нагрузочная способность.


6. Умножитель на 4, 1-й вариант

Симметричная схема, хорошая нагрузочная способность.


7. Умножитель на 4, 2-й вариант

Симметричная схема, хорошая нагрузочная способность.


8. Умножитель на 4, 3-й вариант

Симметричная схема, хорошая нагрузочная способность, две полярности относительно общей точки.


9. Умножитель на 5

Отличная нагрузочная способность.


10. Умножитель на 6, вариант первый

отличная  нагрузочная способность.


11. Умножитель на 6, вариант второй

Симметричная схема, отличная нагрузочная способность, две полярности относительно общей точки.


12. Умножитель на 8, первая схема подключения

Симметричная схема, отличная нагрузочная способность.


13. Умножитель на 8, вторая схема подключения

Симметричная схема, отличная нагрузочная способность, две полярности относительно общей точки.


14. Умножитель напряжения Шенкеля – Вилларда

Превосходная нагрузочная способность, ступенчатое увеличение напряжения на каждом звене.


15. Умножитель со ступенчатой нагрузочной способностью

Нагрузочная характеристика имеет две области — область низкой мощности – в диапазоне выходных напряжений от 2U до U и область повышенной мощности – при выходном напряжении ниже U.


16. Выпрямитель с вольт добавкой

Наличие дополнительного маломощного выхода с удвоенным напряжением питания.


17. Умножитель из диодных мостов

Хорошая нагрузочная способность. Одна из классических схем умножения напряжения в высоковольтных источниках питания для физических экспериментов. На рисунке изображен удвоитель напряжения, но число каскадов в умножителе может быть увеличено.

Умножитель напряжения на диодах и конденсаторах

Определение умножителя напряжения

Их применяют в радиоэлектронике: медицинской и телевизионной аппаратуре, измерительной технике, бытовой технике и др. Умножитель напряжения составляют диоды и конденсаторы, которые соединяют специальным образом. Умножители способны сформировать напряжение до вольт, при этом имеют небольшую массу и размер. Умножители просты в изготовлении, их несложно рассчитываются.

Однополупериодный умножитель

На рис.1 приведена схема однополупериодного последовательного умножителя.

В течение отрицательного полупериода напряжения происходит зарядка конденсатора через диод , который открыт. Конденсатор заряжается до амплитудной величины приложенного напряжения . В течение положительного полупериода заряжается конденсатор через диод до разности потенциалов . Далее в отрицательный полупериод конденсатор заряжается через диод до разности потенциалов . В очередной положительный полупериод конденсатор заряжается до напряжения . При этом умножитель запускается за несколько периодов изменения напряжения. Напряжение на выходе постоянное и оно является суммой напряжений на конденсаторах и , которые постоянно заряжаются, то есть составляет величину, равную .

Обратное напряжение на диодах и рабочее напряжение конденсаторов в таком умножителе равно полной амплитуде входного напряжения. При практической реализации умножителя следует обращать внимание на изоляцию элементов, чтобы не допускать коронного разряда, который может вывести прибор из строя. Если необходимо изменить полярность напряжения на выходе, то меняют полярность диодов при соединении.

Последовательные умножители применяют особенно часто, так как они универсальны, имеют равномерное распределение напряжения на диодах и конденсаторах. С их помощью можно реализовать большое количество ступеней умножения.

Применяют, также параллельные умножители напряжения. Для них необходима меньшая емкость конденсатора на одну ступень умножения. Но, их недостатком считают увеличение напряжения на конденсаторах с ростом количества ступеней умножения, что создает ограничение в их использовании до напряжения выхода около 20 кВ. На рис. 2 приведена схема однополупериодного параллельного умножителя напряжения.

Для того чтобы рассчитать умножитель следует знать основные параметры: входное переменное напряжение, напряжение и мощность выхода, необходимые размеры (или ограничения в размерах), условия при которых умножитель будет работать. При этом следует учесть, что напряжение входа должно быть менее чем 15 кВ, частота от 5 до 100 кГц, напряжение выхода менее 150 кВ. Температурный интервал обычно составляет -55. Обычно мощность умножителя составляет до 50 Вт, но встречаются и более 200 Вт.

Для последовательного умножителя, если частота на входе в умножитель постоянна, то выходное напряжение вычисляют при помощи формулы:

   

где — входное напряжение; – частота напряжения на входе; N – число ступеней умножения; C – емкость конденсатора ступени; I – сила тока нагрузки.

Примеры решения задач

Расчет умножителя напряжения на диодах и конденсаторах

А не забацать ли нам с утреца электроэффлювиальный излучатель? Наполнить атмосферу лёгким отрицательным аэроионом – чтоб не слабее воздуха гор, соснового леса или морского прибоя.
Что ещё надо человеку, чтобы встретить безмятежную старость?
А надо-то всего ничего – фруктовый кефир и источник напряжения на пару-тройку десятков киловольт.

Трансформатор на такие напряжения – штука нешуточная, специфическая, подвластная не каждому энтузиасту. Значительно более простым решением будет использование умножителей напряжения, находящих место не только в радиолюбительских поделках, но и широко применяющихся в электронных устройствах промышленного производства.
Происходит это благодаря приятным свойствам умножителей – возможности формировать высокое, до нескольких десятков и сотен тысяч вольт, напряжение при малых габаритах, массе и простоте расчёта и изготовления.

Приведём основные типы умножителей напряжения.

Рис.1 Рис.2

Изображённый на Рис.1 умножитель напряжения относится к последовательным несимметричным умножителям (или несимметричным умножителям 2-го рода). Подобные устройства наиболее универсальны, напряжение на диодах и конденсаторах распределены равномерно, можно реализовать большое число ступеней умножения.
В данной схеме все конденсаторы, за исключением С1, заряжаются до удвоенного амплитудного напряжения 2×U, к конденсатору С1 приложено амплитудное напряжение U, таким образом, рабочее напряжение конденсаторов и диодов получается достаточно низким.

Необходимая ёмкость конденсаторов в этой схеме определяется по приближенной формуле:

N—кратность умножения напряжения;
Iн — ток нагрузки, мА;
Кп — допустимый коэффициент пульсаций выходного напряжения, %;
Uвыx—выходное напряжение, В.

Ёмкость конденсатора С1 должна в 4 раза превышать расчётное значение С.
Максимально-допустимый ток через диоды должен как минимум в 2 раза превышать ток нагрузки Iн.

На Рис.2 приведена схема параллельного несимметричного умножителя (или несимметричного умножителя 1-го рода). Для этого вида умножителей требуются меньшие значения ёмкостей конденсаторов по сравнению с последовательными аналогами, однако такой их недостаток, как пропорциональный рост напряжения на конденсаторах с увеличением числа ступеней, ограничивает их применение в устройствах со значительными величинами выходных напряжений.

При одинаковых выходных токах, величины ёмкостей конденсаторов C4 и C6 в параллельном умножителе меньше, чем в последовательном кратно количеству ступеней. Так, если в последовательном ёмкость конденсатора С6 – 100 МкФ, то для трёхступенчатого параллельного умножителя потребуется ёмкость 100 / 3 = 33 МкФ.

Представленная формула расчёта ёмкостей умножителей верна для частоты напряжения сети – 50Гц. Однако, наиболее эффективно использование умножителей напряжения при их питании напряжением высокой частоты от специального преобразователя. В этом случае величины ёмкостей уменьшаются пропорционально кратности увеличения частоты преобразователя.

Приведу для наглядности калькулятор для расчёта элементов умножителей напряжения.
Здесь Rн = Uвых / Iн, либо Rн = Uвых² / Pн.

Количество ступеней умножителя нельзя увеличивать до бесконечности – с ростом числа секций их вклад в увеличение выходного напряжения быстро уменьшается. К тому же представленные несимметричные умножители напряжения являются однополупериодными и не обладают высокой нагрузочной способностью.

В связи с этим, при необходимости дальнейшего наращивания выходного напряжения и мощности, подводимой к нагрузке свыше 50 Вт – прямая дорога у нас лежит к симметричным двухполупериодным умножителям напряжения.
Симметричная схема умножения напряжения получается, если запараллелить входы двух несимметричных схем, рассчитанных в таблице, у одной из которых необходимо сменить полярность подключения электролитических конденсаторов и диодов.
В результате вырисовываются следующие схемы.

Рис.3 Рис.4

На Рис.3 приведена схема последовательного симметричного двухполупериодного умножителя, на Рис.4 – схема параллельного симметричного двухполупериодного умножителя напряжения.

При необходимости поиметь двуполярное питание, точку 0U следует подключить к земляной шине.

Повышение напряжения без трансформатора. Умножители. Рассчитать онлайн. Преобразование переменного и постоянного тока (10+)

Бестрансформаторные источники питания – Повышающие

Этот процесс иллюстрирует рисунок:

Синим помечена область, где конденсаторы C заряжаются, а красным, где они отдают накопленный заряд в конденсатор C1 и в нагрузку.

Вашему вниманию подборки материалов:

Конструирование источников питания и преобразователей напряжения Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Повышающие преобразователи

Повышающие преобразователи переменного тока

Если на выходе надо получить напряжение выше, чем на входе, то обычно применяются умножители напряжения. Совсем просто выглядит умножитель, если на входе переменное напряжение:

Это схема умножителя Латура-Делона-Гренашера. На выходе мы имеем амплитудное значение входного напряжения, умноженное на количество конденсаторов. Диоды и конденсаторы в схеме должны быть рассчитаны на удвоенную величину амплитудного значения входного напряжения, то есть для осветительной сети они должны выдерживать 620 В с запасом.

Расчет умножителя онлайн

Рассчитаем номинал конденсаторов в умножителе напряжения:

[Емкость каждого конденсатора, Ф] = [Количество конденсаторов] * [Сила выходного тока, А] / [Максимально допустимая амплитуда пульсаций выходного напряжения, В] / [Входная частота, Гц] / 2

Максимально допустимую амплитуду пульсаций выходного напряжения следует выбирать не более 5% от требуемого выходного напряжения, иначе схема не будет работать.

Повышающие преобразователи постоянного тока

Если нам необходимо повысить напряжение постоянного тока, то его сначала надо преобразовать в переменный. Для этого можно применить, например, эту схему:

Здесь используется релаксационный генератор на операционном усилителе, который раскачивает усилитель мощности на транзисторах. С выхода усилителя мощности сигнал подается на умножитель напряжения (S), собранный по схеме, приведенной выше. Нужно только иметь ввиду, что на выходе усилителя амплитудное значение сигнала, которое нужно брать для расчета умножителя, рано половине питающего.

Частота генератора задается конденсатором C1 и резистором R9. Если емкость конденсатора 0.06 мкФ, сопротивление резистора 10 кОм, то частота составит около 500 Гц.

Резисторы R7, R8 – по 50 кОм, Конденсаторы C2, C3 – по 1000 мкФ. Они служат для формирования средней точки между плюсом и минусом питания.

Резисторы R1, R2 – по 1 кОм

Резисторы R3, R4 – по 200 Ом

Резисторы R11, R12 – по 10 кОм

Резистор R10 – 3 кОм

Резисторы R5, R6 – по 100 Ом. Они ограничивают силу тока базы транзисторов VT3, VT4.

Резистор R13 – 3 Ом, 1 Вт. Этот резистор ограничивает токовые всплески при переключении транзисторов. Он необходим, так как усилитель работает на емкостную нагрузку, а выходной сигнал имеет прямоугольную форму, для которой характерны броски тока при заряде конденсатора в нагрузке.

Транзисторы VT3, VT4 – КТ815, КТ814.

Операционный усилитель D1 – К544УД1.

Схема может отдавать в умножитель ток до 1 А, питается от 15 В.

Столь замысловатая схема раскачки силового усилителя применена для того, чтобы на выходе получить размах напряжения, близкий к напряжению питания при том, что напряжение на выходе операционного усилителя не доходит до напряжения питания.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Добрый вечер. Как ни старался, не смог по приведенным формулам для рис 1.2 получить значения ёмкостей конденсаторов С1 и С2 при приведенных значениях данных в вашей таблице (Uвх

220V, Uвых 15V, Iвых 100мА, f 50Hz). У меня проблема, включить катушку малогабаритного реле постоянного тока на рабочее напряжение -25V в сеть

220V, рабочий ток катушки I= 35мА. Возможно я что то не Читать ответ.

Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное. Принцип действия.
Принцип действия, сборка и наладка преобразователя однофазного напряжения в трех.

Инвертор, преобразователь, чистая синусоида, синус.
Как получить чистую синусоиду 220 вольт от автомобильного аккумулятора, чтобы за.

Резонансный инвертор, преобразователь напряжения повышающий. Принцип р.
Сборка и наладка повышающего преобразователя напряжения. Описание принципа работ.

Источник высокого напряжения для озонатора, ионизатора, экспериментов.
Как изготовить преобразователь с высоким выходным напряжением для формирования и.

Микроконтроллеры. Питание, визуализация, показ информации. Диагностика.
Как питать микро-контроллеры – тонкости. Визуальное представление (Как подключит.

Обратноходовый импульсный преобразователь напряжения, источник питания.
Как работает обратноходовый стабилизатор напряжения. Где он применяется. Описани.

Умножитель напряжения – схема выпрямителя особого типа, амплитуда напряжение на выходе которой теоретически в целое число раз выше, чем на входе. То есть, с помощью удвоителя напряжения можно получить 200 В постоянного тока из 100 В переменного тока источника, а с помощью умножителя на четыре — 400 В постоянного. Это если не учитывать падение напряжения на диодах (0,7В на каждом).

В реальных схемах любая нагрузка будет уменьшать полученное напряжение. Умножитель содержит в себе конденсаторы и диоды. Нагрузочная способность умножителя пропорциональна частоте, величине емкости входящих в его состав конденсаторов и обратно пропорциональна числу звеньев.

А теперь, к Вашему вниманию – «экспонаты» коллекции:

  • Удвоитель напряжения Латура-Делона-Гренашера

Особенности: хорошая нагрузочная способность.

Несимметричный умножитель напряжения (Кокрофта-Уолтона)

Особенности: универсальность, низкая нагрузочная способность.

Генераторы Кокрофта-Уолтона применяются во многих областях техники, в частности, в лазерных системах, в источниках высокого напряжения, в системах рентгеновского излучения, подсветке жидкокристаллических экранов, лампах бегущей волны, ионных насосах, электростатических системах, ионизаторах воздуха, ускорителях частиц, копировальных аппаратах, осциллографах, телевизорах и во многих других устройствах, где необходимо одновременно высокое напряжение и постоянный ток.

  • Утроитель, 1-й вариант

Особенности: хорошая нагрузочная способность.

Утроитель, 2-й вариант

Особенности: хорошая нагрузочная способность.

Утроитель, 3-й вариант

Особенности: хорошая нагрузочная способность.

Умножитель на 4, 1-й вариант

Особенности: симметричная схема, хорошая нагрузочная способность.

Умножитель на 4, 2-й вариант

Особенности: симметричная схема, хорошая нагрузочная способность.

Умножитель на 4, 3-й вариант

Особенности: симметричная схема, хорошая нагрузочная способность, две полярности относительно общей точки.

Умножитель на 5, 1-й вариант

Особенности: хорошая нагрузочная способность.

Умножитель на 6, 1-й вариант

Особенности: хорошая нагрузочная способность.

Умножитель на 6, 2-й вариант

Особенности: симметричная схема, хорошая нагрузочная способность, две полярности относительно общей точки.

Умножитель на 8, 1-й вариант

Особенности: симметричная схема, хорошая нагрузочная способность.

Умножитель на 8, 2-й вариант

Особенности: симметричная схема, хорошая нагрузочная способность, две полярности относительно общей точки.

Умножитель напряжения Шенкеля – Вилларда

Особенности: симметричная схема, превосходная нагрузочная способность, ступенчатое увеличение напряжения на каждом звене.

Умножитель со ступенчатой нагрузочной способностью

Особенности: нагрузочная характеристика имеет две области – область низкой мощности – в диапазоне выходных напряжений от 2U до U и область повышенной мощности – при выходном напряжении ниже U.

Выпрямитель с вольтодобавкой

Особенности: наличие дополнительного маломощного выхода с удвоенным напряжением питания.

Умножитель из диодных мостов

Особенности: хорошая нагрузочная способность. Одна из классических схем умножения напряжения в высоковольтных источниках питания для физических экспериментов. На рисунке изображен удвоитель напряжения, но число каскадов в умножителе может быть увеличено.

Автор: Павел (Admin)

Схема мостового умножения напряжения. Умножители напряжения

Все чаще и чаще радиолюбители стали интересоваться схемами питания, которые построены по принципу умножения напряжения. Этот интерес связан с появлением на рынке миниатюрных конденсаторов с большой емкостью и повышением стоимости медного провода, который используется для намотки катушек трансформаторов. Дополнительным плюсом упомянутых устройств являются их малые габариты, что значительно снижает конечные размеры проектируемой аппаратуры. А что же представляет собой умножитель напряжения? Этот прибор состоит из подключенных определенным образом конденсаторов и диодов. По сути, это преобразователь переменного напряжения низковольтного источника в высокое постоянное напряжение. А зачем нужен умножитель напряжения постоянного тока?

Область применения

Такое устройство нашло широкое применение в телевизионной аппаратуре (в источниках анодного напряжения кинескопов), медицинском оборудовании (при питании мощных лазеров), в измерительной технике (приборы измерения радиации, осциллографы). Кроме того, оно используется в устройствах ночного видения, в электрошоковых приборах, бытовой и офисной аппаратуре (ксерокопировальные аппараты) и т. д. Умножитель напряжения завоевал такую популярность благодаря возможности формировать напряжение до десятков и даже сотен тысяч вольт, и это при незначительных размерах и массе устройства. Еще один немаловажный плюс упомянутых приборов — это простота изготовления.

Типы схем

Рассматриваемые устройства делятся на симметричные и несимметричные, на умножители первого и второго рода. Симметричный умножитель напряжения получается путем соединения двух несимметричных схем. У одной такой схемы меняется полярность конденсаторов (электролитов) и проводимость диодов. Симметричный умножитель обладает лучшими характеристиками. Одним из главных достоинств является удвоенное значение частоты пульсаций выпрямляемого напряжения.

Принцип работы

На фото показана простейшая схема однополупериодного прибора. Рассмотрим принцип работы. При действии отрицательного полупериода напряжения через открытый диод Д1 начинает заряжаться конденсатор С1 до амплитудного значения поданного напряжения. В тот момент, когда наступает период положительной волны, заряжается (через диод Д2) конденсатор С2 до удвоенного значения поданного напряжения. При начале следующего этапа отрицательного полупериода происходит заряд конденсатора С3 — также до удвоенного значения напряжения, а при смене полупериода и конденсатор С4 также заряжается до указанного значения. Запуск устройства осуществляется за несколько полных периодов напряжения переменного тока. На выходе получается постоянная физическая величина, которая складывается из показателей напряжений последовательных, постоянно заряжаемых конденсаторов С2 и С4. В результате получим величину, в четыре раза большую, чем на входе. Вот по такому принципу и работает умножитель напряжения.

Расчет схемы

При расчете необходимо задать требуемые параметры: выходное напряжение, мощность, переменное входное напряжение, габариты. Не следует пренебрегать и некоторыми ограничениями: входное напряжение не должно превышать 15 кВ, частота его колеблется в пределах 5-100 кГц, значение на выходе — не более 150 кВ. На практике применяют устройства с выходной мощностью 50 Вт, хотя реально сконструировать умножитель напряжения с выходным показателем, приближающимся к 200 Вт. Значение выходного напряжения напрямую зависит от тока нагрузки и определяется по формуле:

U вых = N*U вх — (I (N3 + +9N2 /4 + N/2)) / 12FC, где

I — ток нагрузки;

N — число ступеней;

F — частота входного напряжения;

С — емкость генератора.

Таким образом, если задать значение выходного напряжения, тока, частоты и количества ступеней, возможно высчитать необходимую

Удвоитель напряжения
применяется для получения из пониженного переменного напряжения более высокого напряжения постоянного тока. Схема удвоителя напряжения довольно проста и, как правило, состоит всего из четырех компонентов – двух выпрямительных и двух .

Описание работы удвоителя напряжения

В данной схеме удвоителя напряжения, С1 заряжается через диод VD1 () каждый положительный полупериод. Напряжение на конденсаторе С1 равно примерно входному переменному напряжению умноженного на коэффициент 1,414 (U амплитудное / U действующее) или примерно 311 вольт в случае, если на вход подано 220 В переменного напряжения.

Емкость C2 заряжается через диод VD2 каждую отрицательную половину цикла до 311 вольт. Поскольку оба конденсатора подключены последовательно, то на выходе мы получим постоянное напряжение в 622 вольта.

Эта схема будет работать при любом входном переменном напряжении с учетом правильного подбора диодов и конденсаторов. Для того чтобы схема работала исправно, необходимо . на 200 Ом предназначен для ограничения бросков тока при использовании конденсаторов большой емкости. Его значение не является критичным.

Так же в качестве источника переменного напряжения может быть использовано напряжение, снятое с вторичной обмотки выпрямительного . Такой вариант был применен в конструкции .

Внимание.
Поскольку схема удвоителя напряжения построенная без трансформатора, то необходимо соблюдать крайнюю осторожность дабы не получить поражение электрическим током.

При изготовлении электронных устройств, в частности блоков питания, в некоторых случаях возникает необходимость иметь выпрямленное напряжение большей величины, чем на клеммах вторичной обмотке трансформатора или в розетке 220 В. Например, после выпрямления сетевого напряжения 220 В на фильтрующем конденсаторе при очень малой нагрузке можно получить максимум амплитудное значение переменного напряжения 311 В. Следовательно конденсатор зарядится до указанного значения. Однако применяя умножитель напряжения можно повысить его до 1000 В и более.

Схема умножителя напряжения может выполняться в нескольких вариантах, одна принцип действия всех их заключается в следующем. В разные полупериоды переменного тока происходит поочередно зарядка нескольких конденсаторов, а суммарное напряжение на них превышает амплитудное значение на обмотке. Таким образом, за счет увеличения числа конденсаторов и, как далее будет видно, количества диодов, получают напряжение в несколько раз превышающее величину подведенного.

Теперь давайте рассмотрим конкретные примеры и схемные решения.

Схема двухполупериодного умножителя состоит из двух диодов и двух конденсаторов, подключенных со стороны вторичной обмотки трансформатора.

Пусть в начальный момент потенциалы на обмотке имеют такие знаки, что ток протекает от точки 1 к точке 2. Проследим дальнейший путь тока. Он протекает через конденсатор C2, заряжая его, и возвращается к обмотке через диод VD2. В следующий полупериод ЭДС во вторичной обмотке направлена от точки 2 к 1 и через диод VD1 происходит зарядка конденсатора C1 до того же значения, что и С2. Таким образом, за счет последовательного соединения двух конденсаторов C1 и C2 на сопротивлении нагрузки получается удвоенное напряжение.

Если измерить значение переменного напряжения на обмотке и постоянное на одном из конденсаторов, то они буде отличаться почти в 1,41 раза. Например при действующем значении на вторичной обмотке, равном 10 В, на конденсаторе будет приблизительно 14 В. Это поясняется тем, что конденсатор заряжается до амплитудного, а не до действующего значения переменного напряжения. А амплитудное значения, как известно в 1,41 раза выше действующего. К тому же мультиметром возможно измерить лишь действующие значения переменных величин.

Рассмотрим еще один вариант. Здесь для умножения напряжения используется несколько иной подход. Когда потенциал точки 2 выше потенциал т.1 под действием протекающего тока заряжается конденсатор С1, а цепь замыкается через VD2.

После изменения направления тока, вторичная обмотка W2 и конденсатор С1 можно представить, как два последовательно соединенные источника питания с равными значениями амплитуды, поэтому конденсатор С2 зарядится до их суммарного напряжения, т.е. на его обкладках оно будет в два раза больше, чем на выводах вторичной обмотки. Во время тога, как конденсатор С2 будет заряжаться, С1 наоборот, будет разряжаться. Затем все повторится снова.

Умножитель напряжения многократный

Процессы в схеме утроения напряжения протекают в такой последовательности: сначала заряжаются конденсаторы С1 и С3 через сопротивление R и соответствующие диоды VD1 и VD3. В следующий полупериод С2 через VD2 заряжается до удвоенного напряжения (С1 + обмотка) и на сопротивлении нагрузки получается утроенное значение.

Больший интерес имеет следующий умножитель напряжения. Рассмотрим принцип его работы. Когда потенциал точки 1 положителен относительно точки 2 ток протекает по пути через VD1 и С1 заряжая конденсатор.

В следующий полупериод, когда ток изменил свое направление, заряжается второй конденсатор через второй диод до величины, равного сумме напряжений на С1 и обмотке трансформатора. При этом С1 разрядится. В третий полупериод, когда первый конденсатор снова начнет заряжаться, С2 через третий диод разрядится на С3, зарядив его до двойного значения относительно выводов обмотки.

К концу третьего полупериода на нагрузку будет подано суммарное напряжение заряженных конденсаторов С1 и С3, т. е. примерно утроенное значение.

Если данную схему применить без трансформатора, непосредственно подключить к 220 В, то на выходе получим приблизительно 930 В.

По аналогии с рассмотренными схемами могут быть построены схемы с большей кратностью умножения. Но следует помнить, что с увеличением числа умножений по причине большего содержание в схеме диодов и конденсаторов возрастает внутренне сопротивление выпрямителя, что приводит к дополнительной просадке напряжения.

Схемы с умножением напряжения применяются для питания малой нагрузки, т.е. сопротивление нагрузки должно быть высоким. В противном случае нужно использовать неполярные конденсаторы большой емкости, рассчитанные на высокое напряжение. Это связано с тем, что при значительном токе нагрузки конденсаторы будут быстро разряжаться, что вызовет недопустимо большие пульсации на нагрузке.

Изготавливая умножитель напряжения, следует всегда помнить о том, что конденсаторы и диоды должны быть рассчитаны на соответствующие напряжения.


(однополупериодный)

Удвоитель напряжения
означает, что напряжение на его выходе в два раза выше чем на выходе обычного выпрямителя . Удвоители, также как и обычные выпрямители, бывают двух типов: однополупериодные и двухполупериодные. На рисунке справа представлена схема обычного однополупериодного удвоителя с положительным напряжением на выходе. Однополупериодным умножителям напряжения присущи теже недостатки, что и аналогичным выпрямителям. Можно увидеть, что частота заряда конденсатора C1 равна частоте входного напряжения. Т.е. он заряжается один раз за период. Между этими циклами зарядки идёт цикл разрядки такой же длительности. Поэтому в этой схеме необходимо серьёзно отнестись к сглаживанию пульсаций.

Двухполупериодный удвоитель напряжения

Но более распространён двухполупериодный удвоитель напряжения
. Сразу надо сказать, что как предыдущая схема, так и эта, может быть подключена к сети переменного напряжения напрямую, минуя трансформатор . Это если требуется напряжение, вдвое превышающее сетевое и не требуется гальваническая развязка с сетью.
В этом случае серьёзно повышаются требования к соблюдению техники безопасности!


(двухполупериодный)

Резистор R0, как обычно, установлен для ограничения импульсов тока в диодах. Его значение сопротивления невелико и, как правило не превышает сотен ом. Резисторы R1 и R2 необязательны. Они установлены параллельно конденсаторам C1 и C2 для того, чтобы обеспечить разряд конденсаторов после отключения от сети и от нагрузки. Также, они обеспечивают выравнивание напряжения на C1 и C2.

Работа удвоителя очень похожа на работу обычного двухполупериодного выпрямителя. Разница в том, что здесь выпрямитель в каждом из полупериодов нагружен на свой конденсатор и заряжает его до амплитудного значения переменного напряжения. Удвоенное выходное напряжение получается путём сложения напряжения на конденсаторах.

В тот момент, когда напряжение в точке А относительно точки B положительно, через диод D1 заряжается конденсатор C1. Его напряжение практически равно амплитуде переменного напряжения вторичной обмотки конденсатора. В следующий полупериод напряжение в точке А отрицательно по отношению к точке B. В этом момент ток идёт через диод D2 и заряжает конденсатор C2 до такого же амплитудного значения. Так как конденсаторы соединены последовательно по отношению к нагрузке, то мы получаем сумму напряжений на этих конденсаторах, т.е. удвоенное напряжение.

Конденсаторы C1 и C2 желательно должны иметь одинаковую ёмкость. Напряжение этих электролитических конденсаторов должно превышать амплитудное значение переменного напряжения. Также должны быть равны и номиналы резисторов R1 и R2.

До недавнего времени умножители напряжения недооценивали. Многие разработчики рассматривают эти схемы с точки зрения ламповой техно­логии, и поэтому упускают некоторые прекрасные возможности. Хоро­шо известно, каким удачным решением стало применение утроителей и учетверителей напряжения в телевизорах. К счастью, нам не надо ре­шать задачи, касающиеся рентгеновского излучения в ИИП, но схема умножения напряжения часто может быть полезна для дальнейшего со­кращения габаритов после того, как достигнут очевидный предел обыч­ными методами, использующими высокочастотную коммутацию и удале­ны трансформаторы, работающие с частотой 60 Гц. В других случаях умножители напряжения могут обеспечить изящный способ получения дополнительного выходного напряжения, используя одну вторичную об­мотку трансформатора.

Многие учебники подробно останавливаются на недостатках умножи­телей напряжения. Утверждается, что у них плохая стабильность напряже­ния и они слишком сложны. Констатация этих недостатков имеет под со­бой почву, но основана она на опыте применения ламповых схем, которые всегда работали с синусоидальными напряжениями с частотой 60 Гц. Свой­ства умножителей напряжения значительно улучшаются, когда они рабо­тают с прямоугольными, а не с синусоидальными напряжениями, и осо­бенно при работе с высокими частотами. При частоте переключения 1 кГц, и тем более при 20 кГц, умножитель напряжения заслуживает переоценки его возможностей. Учитывая, что для прямоугольного колебания пиковое и среднее квадратичное значение равны, конденсаторы в схеме умножите­ля имеют намного большее время накопления заряда, по сравнению со случаем синусоидальных колебаний. Это проявляется в повышении ста­бильности напряжения и улучшении фильтрации. Известно, что очень хо­рошая стабильность возможна и при синусоидальном напряжении, но толь­ко за счет конденсаторов большой емкости. Некоторые полезные схемы умножителей напряжения показаны на рис. 16.4. Два различных изображе­ния одной и той же схемы на рис. (А) показывает, что способ начертания схемы может иногда вводить в заблуждение.

Хотя стабильность теперь не является большой проблемой в умно­жителях напряжения, очень хорошая стабильность вовсе не обязательна в системе, где об окончательной стабилизации выходного постоянного напряжения позаботятся один или несколько контуров обратной связи. В частности, некоторые умножители напряжения очень хорошо работа­ют при 50-процентном рабочем цикле инвертора. Соответствующие ум­ножители напряжения рекомендуются в качестве нестабилизированного источника питания, обычно предшествующего схеме стабилизации с пет­лей обратной связи. Как правило, такое использование связано с преоб­разователем постоянного напряжения в постоянное. Например, напря­жение сети с частотой 60 Гц можно выпрямить и удвоить. Затем это постоянное напряжение используется в мощном преобразователе посто­янного напряжения в постоянное, который можно выполнить в виде импульсного стабилизатора. Заметьте, что этот метод дает возможность получить высокое выходное напряжение без трансформатора, работаю­щего на частоте 60 Гц.

Умножитель напряжения облегчает создание хорошего инвертора. Трансформатор инвертора лучше всего работает с коэффициентом трансформации около единицы. Значительные отклонения от этой вели­чины, особенно при повышении напряжения, часто приводят к появле­нию достаточно большой индуктивности рассеяния в обмотках транс­форматора, что вызывает неустойчивую работу инвертора. Так, те, кто экспериментировали с инверторами и преобразователями хорошо знают, что наиболее вероятным сбоем в работе даже простой схемы являются колебания, частота которых отличается от расчетной. А индуктивность рассеяния может легко привести к разрушению переключающих транзи­сторов. Этой проблемы можно избежать, применяя умножитель напря­жения, чтобы использовать трансформатор с коэффициентом трансфор­мации около единицы.

Рис. 16.4. Схемы умножителей напряжения. Обе схемы на рис. (А) электрически идентичны. Обратите внимание на допустимые и запре­щенные варианты заземления различных цепей – в некоторых случаях генератор и нагрузка не могут использовать одну и ту же точку зазем­ления.

Когда мы имеем дело с напряжениями синусоидальной формы, сле­дует помнить, что умножители напряжения оперируют с пиковым значе­нием напряжения. Таким образом, так называемый удвоитель напряжения, работающий с входным напряжением, имеющим эффективное значение 100 В, даст на выходе напряжение холостого хода 2 х 1,41 х 100 = 282 В. Таким образом, если емкость конденсаторов велика, а нагрузка относи­тельно небольшая, то результат больше похож на утроение входного эф­фективного значения напряжения. Подобное рассуждение справедливо и для других умножителей.

Если принять равными емкости всех конденсаторов и синусоидаль­ное напряжение на входе, то умножители напряжения должны иметь ве­личину (ocr не менее 100, где (0=2К /, рабочая частота выражена в гер­цах, емкость в фарадах, а – эффективное сопротивление в омах, соответствующее самой низкоомной нагрузке, которая может быть под­ключена. В этом случае выходное напряжение составит не менее 90% от максимально достижимого постоянного напряжения и будет относитель­но слабо изменяться. Для напряжения прямоугольной формы величина cocr может быть значительно меньше 100.

При выборе схемы умножения напряжения следует уделить внима­ние заземлению. На рис. 16.4, символ генератора обычно представляет вторичную обмотку трансформатора. Заметьте, что если один из выво­дов нагрузки должен быть заземлен, то в однополупериодных схемах возможно заземление одного вывода трансформатора, а в двухполупери­одных вариантах нет. Двухполупериодные схемы удобны для получения источников с двуполярным выходом, у которых один выход имеет поло­жительный потенциал относительно земли, а другой – отрицательный, и на каждом выходе имеется половина полного выходного напряжения.

Схемы, показанные на рис. 16.4(A), идентичны и являются двухполу­периодными выпрямителя с удвоением напряжения. Схема на рис. В представляет собой однополупериодный выпрямитель с удвоением на­пряжения. Схема рис. С работает как однополупериодный утроитель. Двухполупериодный учетверитель показан на рис. D, а однополупериод­ный учетверитель на рис. Е. Подобные умножители напряжения, нахо­дят широкое применение в телевизионных источниках питания обратно­го хода, обеспечивающих кинескопы высоким напряжением. Они используются также в счетчиках Гейгера, лазерах, электростатических сепараторах и т.д.

Хотя двухполупериодные умножители напряжения имеют лучшую стабильность и меньшие пульсации, чем однополупериодные, практи­чески различия становятся небольшими, если используются прямоу­гольные колебания высокой частоты. Используя конденсаторы большой емкости, всегда можно улучшить стабильность напряжения и уменьшить пульсации. Вообще, при частоте 20 кГц и выше, наличие у однополупе­риодных умножителей общей точки заземления оказывает определяю­щее влияние на выбор конструктора.

Соединяя большое число элементарных каскадов, можно получать очень высокие постоянные напряжения. Хотя этот способ не нов, ре­ально осуществить его, используя полупроводниковые диоды, оказалось проще, чем с прежними ламповыми выпрямителями, которые осложня­ли задачи изоляции и стоимости из-за цепей накала. Два примера много­каскадных умножителей напряжения показаны на рис. 16.5. Они умно­жают амплитудное значение входного переменного напряжения в восемь раз. В схеме на рис. 16.5А, ни на одном конденсаторе напряжение не превышает величины 2К Отличительной особенностью схемы, изобра­женной на рис. 16.5В является общая точка земли для входа и выхода. Однако номинальные напряжения конденсаторов должны постепенно повышаться по мере того, как они приближаются к выходу схемы. Хотя при частоте 60 Гц это приводит к увеличению габаритов и стоимость, но при высоких частотах эти недостатки менее чувствительны. Диоды в обе­их схемах должны выдержать пиковое входное напряжение Е, но для на­дежности следует применять диоды с номинальным напряжением, по крайней мере, в несколько раз выше, чем Е, В этих схемах обычно ис­пользуются конденсаторы, имеющие одинаковые емкости. Чем больше емкость конденсаторов, тем лучше стабильность и меньше пульсации. Однако конденсаторы большой емкости накладывают повышенные тре­бования к диодам в отношении максимальных значений токов.

Схема, показанная на рис. 16.6, оказалась очень полезной для при­менения в электронике. Заметьте, что она работает от однополярной последовательности импульсов. Это схема умножителя напряжения Кок-рофта-Уолтона, которая часто встречается в литературе. Хотя все кон­денсаторы могут иметь одну и ту же емкость и одно и то же номиналь­ное напряжение Е, но лучше воспользоваться следующим подходом:

Сначала рассчитываем емкость выходного конденсатора

где /q — выходной ток в амперах, а / – длительность однополярного им­пульса в микросекундах. , следующие: 2/2-2, 2/2-4, 2/2-6, 2/2-8 и, наконец, для правого замыкающего конденсатора 2/2-10.

Рис. 16.6. Умножитель напряжения на шесть, работающий от источ­ника однополярных импульсов. Назначение чисел рядом с конденса­торами объяснено в тексте.

То, что конденсаторы около входа имеют большую емкость, чем те, ко­торые ближе к выходу, связано, с перекачкой заряда, который естественно должен быть достаточно большим на входе. В течение одного цикла про­исходит 2/2-1 переносов заряда. При каждом из таких переносов, происхо­дит естественная потеря энергии. Эти потери энергии минимальны, если емкости конденсаторов рассчитаны так, как было сказано выше.

Первое испытание любого умножителя напряжения должно прово­диться с переменным автотрансформатором или с каким-нибудь другим устройством, позволяющим плавно повышать входное напряжение. В противном случае скачком тока могут быть разрушены диоды. Строгость соблюдения этого правила зависит от таких факторов, как емкость кон­денсаторов, уровень мощности, частота, ESR конденсаторов и, конечно, номинальный пиковый ток диодов. Возможно, на входе умножителя не­обходимо поместить терморезистор, или резистор, включаемый с помо­щью реле. С другой стороны, во многих случаях можно обойтись вообще без защиты, потому что вполне доступны диоды, работающие с большими пиковыми токами. Иногда, защита «невидима», например, трансформатор на входе просто не может обеспечить большой скачок тока.

При работе с высокими напряжениями величина прямого падения напряжения на диодах не существенна. При низком напряжении накап­ливающееся падение напряжения на диодах может помешать достиже­нию требуемого выходного напряжения и существенно понизить к.п.д. умножителя напряжения. Следует убедиться, что время обратного вос­становления диодов совместимо с частотой входного напряжения. Ина­че, рассчитанный коэффициент умножения напряжения будет «загадоч­но» отсутствовать.

Принцип работы умножителя напряжения

Модели для подсветок

Удвоители для подсветок работают только при малой частоте, а номинальное напряжение, как правило, составляет около 10 В. У моделей могут устанавливаться конденсаторы разных типов. Расчет удвоителя напряжения осуществляется исходя из величины выходной проводимости и сопротивления.

Коэффициент перегрузки в основном равняется 2 А. Фильтры устанавливаются на изоляторах и обладают хорошей защищенностью. У многих моделей применяется несколько обкладок. Стабилизаторы встречаются не сильно часто. Резисторы используются как с переходником, так и без него. Найти модификации для подсветки на рынке довольно просто. Показатель фазового сопротивления у них стартует от 30 Ом.

Умножитель напряжения на диодах и конденсаторах

Определение умножителя напряжения

Их применяют в радиоэлектронике: медицинской и телевизионной аппаратуре, измерительной технике, бытовой технике и др. Умножитель напряжения составляют диоды и конденсаторы, которые соединяют специальным образом. Умножители способны сформировать напряжение до вольт, при этом имеют небольшую массу и размер. Умножители просты в изготовлении, их несложно рассчитываются.

Однополупериодный умножитель

На рис.1 приведена схема однополупериодного последовательного умножителя.

В течение отрицательного полупериода напряжения происходит зарядка конденсатора через диод , который открыт. Конденсатор заряжается до амплитудной величины приложенного напряжения . В течение положительного полупериода заряжается конденсатор через диод до разности потенциалов . Далее в отрицательный полупериод конденсатор заряжается через диод до разности потенциалов . В очередной положительный полупериод конденсатор заряжается до напряжения . При этом умножитель запускается за несколько периодов изменения напряжения. Напряжение на выходе постоянное и оно является суммой напряжений на конденсаторах и , которые постоянно заряжаются, то есть составляет величину, равную .

Обратное напряжение на диодах и рабочее напряжение конденсаторов в таком умножителе равно полной амплитуде входного напряжения

При практической реализации умножителя следует обращать внимание на изоляцию элементов, чтобы не допускать коронного разряда, который может вывести прибор из строя. Если необходимо изменить полярность напряжения на выходе, то меняют полярность диодов при соединении

Последовательные умножители применяют особенно часто, так как они универсальны, имеют равномерное распределение напряжения на диодах и конденсаторах. С их помощью можно реализовать большое количество ступеней умножения.

Применяют, также параллельные умножители напряжения. Для них необходима меньшая емкость конденсатора на одну ступень умножения. Но, их недостатком считают увеличение напряжения на конденсаторах с ростом количества ступеней умножения, что создает ограничение в их использовании до напряжения выхода около 20 кВ. На рис. 2 приведена схема однополупериодного параллельного умножителя напряжения.

Для того чтобы рассчитать умножитель следует знать основные параметры: входное переменное напряжение, напряжение и мощность выхода, необходимые размеры (или ограничения в размерах), условия при которых умножитель будет работать. При этом следует учесть, что напряжение входа должно быть менее чем 15 кВ, частота от 5 до 100 кГц, напряжение выхода менее 150 кВ. Температурный интервал обычно составляет -55. Обычно мощность умножителя составляет до 50 Вт, но встречаются и более 200 Вт.

Для последовательного умножителя, если частота на входе в умножитель постоянна, то выходное напряжение вычисляют при помощи формулы:

   

где — входное напряжение; – частота напряжения на входе; N – число ступеней умножения; C – емкость конденсатора ступени; I – сила тока нагрузки.

Умножители напряжения параллельные, последовательные, двухполупериодные, однополупериодные

А не забацать ли нам с утреца электроэффлювиальный излучатель?
Наполнить атмосферу лёгким отрицательным аэроионом —
чтоб не слабее воздуха гор, соснового леса или морского прибоя.
Что ещё надо человеку, чтобы встретить безмятежную старость?
А надо-то всего ничего — фруктовый кефир и источник напряжения на пару-тройку десятков киловольт.

Трансформатор на такие напряжения — штука нешуточная, специфическая, подвластная не каждому энтузиасту.
Значительно более простым решением будет использование умножителей напряжения, находящих место не только в радиолюбительских
поделках, но и широко применяющихся в электронных устройствах промышленного производства.
Происходит это благодаря приятным свойствам умножителей — возможности формировать высокое, до нескольких десятков и сотен тысяч вольт,
напряжение при малых габаритах, массе и простоте расчёта и изготовления.

Приведём основные типы умножителей напряжения.

Рис.1 Рис.2

Изображённый на Рис.1 умножитель напряжения относится к последовательным несимметричным умножителям (или несимметричным умножителям
2-го рода).
Подобные устройства наиболее универсальны, напряжение на диодах и конденсаторах распределены равномерно, можно реализовать большое
число ступеней умножения.
В данной схеме все конденсаторы, за исключением С1, заряжаются до удвоенного амплитудного напряжения 2×U, к конденсатору С1 приложено
амплитудное напряжение U, таким образом, рабочее напряжение конденсаторов и диодов получается достаточно низким.

Необходимая ёмкость конденсаторов в этой схеме определяется по приближенной формуле:

С = 2,85×N×Iн / (Кп×Uвых) = 2,85×N / (Кп×Rн),  Мкф ,
где

N—кратность умножения напряжения;
Iн — ток нагрузки, мА;
Кп — допустимый коэффициент пульсаций выходного напряжения, %;
Uвыx—выходное напряжение, В.

Ёмкость конденсатора С1 должна в 4 раза превышать расчётное значение С.
Максимально-допустимый ток через диоды должен как минимум в 2 раза превышать ток нагрузки Iн.

На Рис.2 приведена схема параллельного несимметричного умножителя (или несимметричного умножителя 1-го рода).
Для этого вида умножителей требуются меньшие значения ёмкостей конденсаторов по сравнению с последовательными аналогами,
однако такой их недостаток, как пропорциональный рост напряжения на конденсаторах с увеличением числа ступеней, ограничивает
их применение в устройствах со значительными величинами выходных напряжений.

При одинаковых выходных токах, величины ёмкостей конденсаторов C4 и C6 в параллельном умножителе меньше, чем в последовательном
кратно количеству ступеней. Так, если в последовательном ёмкость конденсатора С6 — 100 МкФ, то для трёхступенчатого параллельного
умножителя потребуется ёмкость 100 / 3 = 33 МкФ.

Представленная формула расчёта ёмкостей умножителей верна для частоты напряжения сети — 50Гц.

Однако, наиболее эффективно использование умножителей напряжения при их питании напряжением высокой частоты от специального преобразователя.
В этом случае величины ёмкостей уменьшаются пропорционально кратности увеличения частоты преобразователя.

Приведу для наглядности калькулятор для расчёта элементов умножителей напряжения.
Здесь Rн = Uвых / Iн, либо Rн = Uвых² / Pн.

Количество ступеней умножителя нельзя увеличивать до бесконечности — с ростом числа секций их вклад в увеличение выходного напряжения
быстро уменьшается. К тому же представленные несимметричные умножители напряжения являются однополупериодными и не обладают высокой
нагрузочной способностью.

В связи с этим, при необходимости дальнейшего наращивания выходного напряжения и мощности, подводимой к нагрузке свыше 50 Вт — прямая
дорога у нас лежит к симметричным двухполупериодным умножителям напряжения.

Симметричная схема умножения напряжения получается, если запараллелить входы двух несимметричных схем, рассчитанных в таблице,
у одной из которых необходимо сменить полярность подключения электролитических конденсаторов и диодов.
В результате вырисовываются следующие схемы.

Рис.3 Рис.4

На Рис.3 приведена схема последовательного симметричного двухполупериодного умножителя, на Рис.4 — схема параллельного
симметричного двухполупериодного умножителя напряжения.

При необходимости поиметь двухполярное питание, точку 0U следует подключить к земляной шине.

Преимущества и недостатки

Говоря о преимуществах умножителя напряжения, можно отметить следующие:

Возможность получать на выходе значительные величины электричества – чем больше звеньев цепи, тем больший коэффициент умножения получится.

  • Простота конструкции – все собрано на типовых звеньях и надежных радиоэлементах, редко выходящих из строя.
  • Массогабаритные показатели – отсутствие громоздких элементов, таких как силовой трансформатор, уменьшают размеры и вес схемы.

Самый большой недостаток любой схемы умножителя в том, что невозможно получить при помощи его большой ток на выходе для питания нагрузки.

Устройства для накачки лазера

Удвоитель напряжения для накачки лазера работает при высокой частоте. Модули для устройств используются лишь на конденсаторной основе. Многие модели показывают хорошую проводимость, но при этом номинальное напряжение составляет не более 10 В. В приборах применяются диоды разных типов.

Также стоит отметить, что на рынке представлены модификации с открытыми стабилизаторами. У них нет проблем с пригревом, однако модели не способны обеспечивать высокую частотность. Подключение устройств осуществляется через триоды. Также есть модификации на трансиверах. У них высокий параметр полюсной проводимости. Однако к недостаткам можно отнести быстрый износ конденсаторов, вызванный тепловыми потерями.

Модели для ионизаторов воздуха

У моделей очень часто встречаются канальные конденсаторы, у которых высокая емкость. Данные устройства выделяются быстрым процессом преобразования, а рабочая частота у них составляет примерно 33 Гц. Расширители у моделей используются проводникового типа. Они способны работать в экономном режиме и потребляют мало электроэнергии.

Стабилизаторы всегда устанавливаются контактного типа. Некоторые модели работают от импульсного триода. Приводимость составляет не менее 10 мк. Если рассматривать удвоитель постоянного напряжения, то у него имеются переходные конденсаторы, у которых низкая емкость. Показатель чувствительности в данном случае стартует от 6 мВ. Данные устройства замечательно подходят для компараторов.

Схема преобразователя-инвертора на микросхеме КР1006ВИ1

Для схем преобразователей напряжения, построенных по принципу умножителей импульсного напряжения, могут быть использованы самые разнообразные генераторы сигналов прямоугольной формы.

Такие генераторы часто строят на микросхеме КР1006ВИ1 (рис. 14) . Выходной ток этой микросхемы достаточно большой (100 мА) и часто можно обойтись без каскадов дополнительного усиления.

Генератор на микросхеме DA1 (КР1006ВИ1) вырабатывает прямоугольные импульсы, частота следования которых определяется элементами R1, R2, С2. Эти импульсы с вывода 3 микросхемы подаются на умножитель напряжения.

К выходу умножителя напряжения подключен резистивный делитель R3, R4, напряжение с которого поступает на вход «сброс» (вывод 4) микросхемы DA1.

Параметры этого делителя подобраны таким образом, что, если выходное напряжение по абсолютной величине превысит входное (напряжение питания), генерация прекращается. Точное значение выходного напряжения можно регулировать подбором сопротивлений резисторов R3 и R4.

Рис. 14. Схема преобразователя-инвертора напряжения с задающим генератором на микросхеме КР1006ВИ1.

Характеристики преобразователя — инвертора напряжения (рис 14) приведены в табл. 2.

Таблица 2. Характеристики преобразователя-инвертора напряжения (рис. 14).

Uпит, В

Івых, мА

Iпотр, мА

КПД, %

6

3,5

13

27

7

6

22

28

8

11

31

35

10

18

50

36

12

28

70

40

Схемы выпрямителей с умножением напряжения

Схемы с умножением напряжения целесообразно применять для получения достаточно высоких выпрямленных напряжений при малых токах нагрузки. Эти схемы применяют для питания электронно-лучевых трубок, фотоумножителей, в установках для испытания электрической прочности.

Схемы выпрямителей, работающих с умножением напряжения, содержат несколько выпрямителей с емкостным фильтром, выходные напряжения которых суммируются.

4.1. Однофазная несимметричная схема удвоения напряжения

Схема на рис.5 представляет собой два однофазных однополупериодных выпрямителя. Первый выпрямитель VD1, C1 является однополупериодным выпрямителем с параллельно включенным диодом. За счет его работы конденсатор C1 заряжается до амплитудного напряжения U2. На нем образуется постоянное напряжение UC1=U2m. На диоде VD1 образуется пульсирующее напряжение. Максимальное значение напряжения на нем

UVD1,MAX=UC1+U2m .

Это пульсирующее напряжение окончательно выпрямляется и сглаживается обычным выпрямителем с емкостной нагрузкой VD2, C2. В итоге получаем выходное напряжение U0 примерно равное удвоенному значению амплитуды напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Рис. 5. Несимметричная схема удвоения напряжения.

Частота пульсации выпрямленного напряжения на нагрузке равна частоте сети.

Обратное напряжение на диодах равно удвоенной амплитуде напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Основным недостатком схемы является то, что основная частота пульсации выпрямленного напряжения, равна частоте сети.

Для увеличения кратности выпрямленного напряжения увеличивают число диодов и конденсаторов, включая их аналогично описанной схеме. На рис. 6, а показана схема умножения напряжения, где в целях получения различной кратности умножения напряжения предусмотрены соответствующие варианты подключения нагрузки к схеме (показаны пунктиром), а именно: присоединяя нагрузку к точкам б, в и г схемы, получим умножение напряжения соответственно в 2, 3 и 4 раза. В этой схеме все конденсаторы с нечетными номерами (С1, С3) заряжаются в один полупериод напряжения и2, а с четными номерами (С2, С4) — в другой полупериод.

Чем выше кратность умножения напряжения, тем большими будут пульсации выпрямленного напряжения при одинаковой емкости конденсаторов, так как для зарядного и разрядного токов они включены последовательно.

Рис.6. Несимметричная схема умножения напряжения в 4 раза

Недостатки таких выпрямителей аналогичны недостаткам однополупериодного однофазного выпрямителя с емкостной нагрузкой. Кроме того, они обладают увеличенным внутренним сопротивлением из-за последовательного включения диодов.

4.2. Двухфазные симметричные схемы

Двухфазные симметричные схемы умножения можно; получить соединением нескольких несимметричных схем. На рис.7 показана двухфазная схема выпрямления с умножением напряжения в 6 раз.

Рис. 7. Симметричная схема умножения напряжения

Конденсаторы с нечетными номерами (С1, С3, С5, C1’, С3’, С5’) заряжаются токами соответствующих диодов один раз в период напряжения вторичной обмотки, конденсаторы с четными номерами (С2, С4, С6) — дважды, поэтому частота пульсации выпрямленного напряжения в 2 раза больше частоты сети.

Принцип действия. Основные показатели

Простейший умножитель Vбэ — двухполюсник, состоящий из биполярного транзистора Т1 под управлением делителя напряжения R1R2. Внутреннее сопротивление цепи, в которую включается этот двухполюсник, должно быть достаточно велико, чтобы ограничивать коллекторный ток T1 на безопасном уровне; в практических схемах ток через умножитель обычно задаётся источником тока. Сопротивление делителя выбирается достаточно низким, чтобы протекающий через R2 ток базы Т1 был намного ниже тока делителя. В этих условиях транзистор охвачен отрицательной обратной связью, благодаря которой напряжение коллектор-эмиттер Т1 (Vкэ) устанавливается на уровне, пропорциональном напряжению на его эмиттерном переходе (Vбэ). Tемпературный коэффициент (ТКН) Vкэ и внутреннее сопротивление между коллектором и эмиттером Rкэ подчиняются той же зависимости:

Vкэ = k·Vбэ;
TKH (Vкэ) = dRкэ/dT = k·dRбэ/dT ≈ −2,2·k мВ/K при 300 К;
Rкэ = k (vt / Iэ),
где коэффициент умножения k = 1+R2/R1, а vt — температурный потенциал, пропорциональный абсолютной температуре (для кремния при 300 К примерно равен 26 мВ).

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) идеализированного умножителя Vбэ совпадает с ВАХ транзистора в диодном включении, растянутой вдоль оси напряжений в k раз.

Практические схемы УН для КВ и УКВ

Радиолюбителям-коротковолновикам, занимающимся самостоятельным изготовлением радиоаппаратуры, знакома проблема изготовления хорошего силового трансформатора для выходного каскада передатчика или трансивера.

Эту проблему поможет решить схема, показанная на рис.2. Достоинством практической реализации является использование готового, не дефицитного в связи с уходом старой техники, силового трансформатора (СТ) от унифицированного лампового телевизора (УЛТ) второго класса, который можно использовать в качестве силового трансформатора для питания усилителя мощности (УМ) радиостанции 3 категории.

Рекомендуемое техническое решение позволяет получить от СТ все необходимые выходные напряжения для УМ без каких либо доработок. СТ выполнен на сердечнике типа ПЛ, все обмотки конструктивно выполнены симметрично и имеют по половине витков на каждой из двух катушек.

Такой СТ удобен как для получения необходимого анодного напряжения, так и напряжения накала, т.к. допускает использование в качестве выходной в УМ как лампы с 6-вольтовым накалом (типа 6П45С), так и лампы (типа ГУ50) с 12-вольтовым накалом, для чего необходимо только соединить обмотки накала параллельно или последовательно. Применение же удвоителя позволит без затруднений получить напряжение 550…600 В при токе нагрузки порядка 150 мА.

Этот режим оптимален для получения линейной характеристики для лампы ГУ50 при работе на SSB. Соединив обмотки накала последовательно (используемые в ТВ для питания накала ламп и кинескопа) и применив УН по схеме рис.3, можно получить источник отрицательного напряжения смещения для управляющих сеток ламп (порядка минус 55.65 В).

В связи с небольшим током потребления по управляющей сетке, в качестве конденсаторов такого УН можно применить неполярные конденсаторы 0,5 мкФ на 100.200 В.

Эти же обмотки можно использовать и для получения напряжения коммутации режима «прием-передача». При построении выходного каскада с заземленной сеткой управляющая сетка подключается к источнику отрицательного напряжения (УН 55.65 В), катод подключается через дроссель (015 мм, n=24, ПЭВ-1 00,64 мм) к -300 В, а на анод подается +300 В, напряжение возбуждения подается на катод через конденсатор .

Можно подключить управляющую сетку непосредственно к -300 В, катод подсоединяется к -300 В через две параллельно соединенных цепочки, каждая из которых состоит из стабилитрона Д815А и 2-ваттного резистора 3,9 Ом . Напряжение возбуждения в этом случае подается на катод через широкополосный трансформатор.

Если выходной каскад УМ выполнен по схеме с общим катодом, то на анод подается +600 В, а на экранную сетку +300 В с точки соединения С1, С2, С3, С4 (выход -300 В соединен с «общим» проводом RXTX), что позволяет избавиться от мощных гасящих резисторов в цепи экранной сетки, на которых бесполезно выделяется большая тепловая мощность. На управляющую сетку подается отрицательное смещение -55. 65 В с упомянутого ранее УН.

Для уменьшения уровня пульсаций питающего напряжения в выпрямителе можно также использовать и штатные дроссели (L1, L2, рис.2) фильтра источника питания того же УЛТ типа ДР2ЛМ с индуктивностью первичной обмотки порядка 2 Гн. Намоточные данные СТ и ДР2ЛМ приведены в .

Принцип работы умножителя напряжения

Чтобы понять, как функционирует схема, лучше посмотреть работу так называемого универсального устройства. Здесь число каскадов точно не задано, а выходное электричество определяется формулой: n*Uin = Uout, где:

  • n – количество присутствующих каскадов схемы;
  • Uin – напряжение, подаваемое на вход устройства.

При начальном моменте времени, когда на схему приходит первая, допустим, положительная полуволна, диод входного каскада пропускает ее на свой конденсатор. Последний заряжается до амплитуды поступившего электричества. При второй отрицательной полуволне первый диод закрыт, а полупроводник второго каскада пускает ее к своему конденсатору, который также заряжается. Плюс к этому напряжение первого конденсатора, включенного последовательно со вторым, суммируется с последним и на выходе каскада получается уже удвоенное электричество.

На каждом последующем каскаде происходит то же самое – в этом принцип умножителя напряжения. И если просмотреть прогрессию до конца, то получается, что выходное электричество превосходит входное в энное количество раз. Но как и в трансформаторе, сила тока здесь будет уменьшаться при увеличении разности потенциалов – закон сохранения энергии также работает.

Управление температурным коэффициентом напряжения

Жёсткую связь между выходным напряжением простейшего умножителя Vбэ и его температурным коэффициентом можно разорвать несколькими способами.

Для уменьшения ТКН при достаточно больших k применяется последовательное включение двух простейших умножителей Vбэ. Суммарное напряжение такой цепи устанавливается равным необходимому напряжению смещению, но на теплоотвод выходного каскада устанавливается лишь один из транзисторов (Т1). Второй транзистор (Т2), размещённый на печатной плате, отслеживает температуру воздуха в корпусе и практически не влияет на режим работы выходных транзисторов.

Альтернативный способ уменьшения ТКН при больших k — замена резистора R2 на последовательное соединение резистора и термостабилизированного источника опорного напряжения (ИОН), например, бандгапа TL431 на ≈2,5 В. Абсолютная величина ТКН по-прежнему определяется делителем напряжения R1R2, но напряжение на выводах такого умножителя больше, чем напряжение простейшего умножителя Vбэ, на величину напряжения ИОН. В схемах с малым k величина вольтодобавки может быть уменьшена до требуемых значений в несколько сотен мВ с помощью отдельного делителя напряжения. Аналогичным образом можно и увеличить ТКН — для этого вольтодобавка включается в нижнее плечо делителя, между эмиттером транзистора и R1. Величина вольтодобавки не может превышать Uбэ (на практике используются напряжения 0…400 мВ), поэтому делитель на выходе ИОН обязателен.

В низковольтных умножителях с k=2…4 напряжение на входных зажимах умножителя (1,3…3,0 В) недостаточно для питания типичного интегрального ИОН на напряжение 2,5 В. В таких схемах ИОН запитывается через собственный отвод от шины питания, а ток ИОН стабилизируется отдельным источником тока или привязкой (англ. bootstrapping) к выходу мощного каскада.

Умножитель напряжения ⋆ diodov.net

При изготовлении электронных устройств, в частности блоков питания, в некоторых случаях возникает необходимость иметь выпрямленное напряжение большей величины, чем на клеммах вторичной обмотке трансформатора или в розетке 220 В.

Например, после выпрямления сетевого напряжения 220 В на фильтрующем конденсаторе при очень малой нагрузке можно получить максимум амплитудное значение переменного напряжения 311 В. Следовательно конденсатор зарядится до указанного значения.

Однако применяя умножитель напряжения можно повысить его до 1000 В и более.

Удвоитель напряжения

Схема умножителя напряжения может выполняться в нескольких вариантах, одна принцип действия всех их заключается в следующем.

В разные полупериоды переменного тока происходит поочередно зарядка нескольких конденсаторов, а суммарное напряжение на них превышает амплитудное значение на обмотке.

Таким образом, за счет увеличения числа конденсаторов и, как далее будет видно, количества диодов, получают напряжение в несколько раз превышающее величину подведенного.

Теперь давайте рассмотрим конкретные примеры и схемные решения.

Пусть в начальный момент потенциалы на обмотке имеют такие знаки, что ток протекает от точки 1 к точке 2. Проследим дальнейший путь тока. Он протекает через конденсатор C2, заряжая его, и возвращается к обмотке через диод VD2.

В следующий полупериод ЭДС во вторичной обмотке направлена от точки 2 к 1 и через диод VD1 происходит зарядка конденсатора C1 до того же значения, что и С2.

Таким образом, за счет последовательного соединения двух конденсаторов C1 и C2 на сопротивлении нагрузки получается удвоенное напряжение.

Если измерить значение переменного напряжения на обмотке и постоянное на одном из конденсаторов, то они буде отличаться почти в 1,41 раза. Например при действующем значении на вторичной обмотке, равном 10 В, на конденсаторе будет приблизительно 14 В.

Это поясняется тем, что конденсатор заряжается до амплитудного, а не до действующего значения переменного напряжения. А амплитудное значения, как известно в 1,41 раза выше действующего.

К тому же мультиметром возможно измерить лишь действующие значения переменных величин.

Рассмотрим еще один вариант. Здесь для умножения напряжения используется несколько иной подход. Когда потенциал точки 2 выше потенциал т.1 под действием протекающего тока заряжается конденсатор С1, а цепь замыкается через VD2.

После изменения направления тока, вторичная обмотка W2 и конденсатор С1 можно представить, как два последовательно соединенные источника питания с равными значениями амплитуды, поэтому конденсатор С2 зарядится до их суммарного напряжения, т.е. на его обкладках оно будет в два раза больше, чем на выводах вторичной обмотки. Во время тога, как конденсатор С2 будет заряжаться, С1 наоборот, будет разряжаться. Затем все повторится снова.

Умножитель напряжения многократный

Процессы в схеме утроения напряжения протекают в такой последовательности: сначала заряжаются конденсаторы С1 и С3 через сопротивление R и соответствующие диоды VD1 и VD3. В следующий полупериод С2 через VD2 заряжается до удвоенного напряжения (С1 + обмотка) и на сопротивлении нагрузки получается утроенное значение.

Больший интерес имеет следующий умножитель напряжения. Рассмотрим принцип его работы. Когда потенциал точки 1 положителен относительно точки 2 ток протекает по пути через VD1 и С1 заряжая конденсатор.

В следующий полупериод, когда ток изменил свое направление, заряжается второй конденсатор через второй диод до величины, равного сумме напряжений на С1 и обмотке трансформатора. При этом С1 разрядится. В третий полупериод, когда первый конденсатор снова начнет заряжаться, С2 через третий диод разрядится на С3, зарядив его до двойного значения относительно выводов обмотки.

К концу третьего полупериода на нагрузку будет подано суммарное напряжение заряженных конденсаторов С1 и С3, т. е. примерно утроенное значение.

По аналогии с рассмотренными схемами могут быть построены схемы с большей кратностью умножения. Но следует помнить, что с увеличением числа умножений по причине большего содержание в схеме диодов и конденсаторов возрастает внутренне сопротивление выпрямителя, что приводит к дополнительной просадке напряжения.

Схемы с умножением напряжения применяются для питания малой нагрузки, т.е. сопротивление нагрузки должно быть высоким. В противном случае нужно использовать неполярные конденсаторы большой емкости, рассчитанные на высокое напряжение. Это связано с тем, что при значительном токе нагрузки конденсаторы будут быстро разряжаться, что вызовет недопустимо большие пульсации на нагрузке.

Технические характеристики

На практике умножитель имеет ряд недостатков. Если в умножитель добавляется слишком много секций, напряжение в последних секциях будет ниже ожидаемого, в основном из-за ненулевого импеданса конденсаторов в нижних секциях. Практически невозможно питание умножителя непосредственно напряжением промышленной частоты, так как в этом случае требуются конденсаторы большой ёмкости, что сильно ухудшает массогабаритные показатели устройства. Пульсации выпрямленного тока также усиливаются, что в некоторых случаях неприемлемо. Обычно на вход напряжение подаётся с выхода высокочастотного высоковольтного трансформатора и повышается до нужной величины в умножителе.

Существуют умножители на напряжения от нескольких сотен вольт до нескольких миллионов вольт.

Принцип работы удвоителя

Принцип работы удвоителя построен на преобразовании напряжения. Для этого в устройстве имеется целая цепь конденсаторов. Они отличаются по полюсной проводимости и емкости. Диоды в данном случае крепятся на контакторах. При подаче напряжении на удвоитель включается в работу тиристор. Указанный элемент способен работать при определенных частотах.

В данном случае многое зависит от производителя модификации. У некоторых моделей применяется обкладка, которая выступает изолятором. Постоянный ток у моделей проходит через цепь конденсаторов. Выпрямление происходит на модуле, который является неотъемлемым элементом диода. При высоком выходном напряжении довольно часто возникают импульсные помехи. Также к недостаткам удвоителей можно отнести слабое усиление напряжения. Таких проблем нет у трансформаторов.

Уменьшение внутреннего сопротивления

Для применения в высококачественных усилителях мощности внутреннее сопротивление простейшего умножителя Vбэ недопустимо велико́. Неизбежные изменения тока, протекающего через такой умножитель, сдвигают напряжение на нём на десятки мВ; cдвиг рабочей точки выходного каскада, оптимизированного на минимум нелинейных искажений, на такую величину неизбежно увеличивает искажения. Простое и эффективное решение этой проблемы — включение в цепь коллектора T1 резистора R3, величина которого равна внутреннему сопротивлению умножителя. В первом приближении всё напряжение ошибки, пропорциональное току коллектора, падает на этом резисторе; выходное напряжение умножителя, снимаемое с коллектора и эмиттера Т1 (Vкэ), более не зависит от протекающего тока. Действительная ВАХ усовершенствованного умножителя Vбэ имеет нелинейный, но весьма близкий к линейному, характер. При оптимальном подборе R3 выходное напряжение в рабочей точке максимально, а с изменением тока оно незначительно, плавно спадает. R3 требует именно подбора опытным путём, так как внутреннее сопротивление реального транзистора может в два и более раз превосходить расчётное.

Другой способ снижения внутреннего сопротивления — применение комплементарной транзисторной двойки с локальной обратной связью. Датчиком температуры в ней служит транзистор Т1, ток которого ограничен величиной Vбэ*R3. При достижении этого порога открывается транзистор Т2, который шунтирует избыточный ток в обход Т1. Схема не требует оптимизации величины R3 (она зависит только от целевого значения тока через Т1), снижает внутреннее сопротивление умножителя на порядок во всём диапазоне рабочих токов и мало зависит от коэффициента усиления транзисторов по току

Её главные недостатки — нежелательное усложнение критически важного узла и вероятность самовозбуждения, свойственная всем схемам с многопетлевой ООС. Для предотвращения самовозбуждения обычно достаточно шунтировать выход умножителя конденсатором; для гарантированной устойчивости последовательно с эмиттером Т2 включают балластный резистор величиной около 50 Ом

При этом выходное сопротивление повышается, но не превышает 2 Ом.

На высоких частотах эффективность охватывающей транзистор обратной связи падает, полное сопротивление умножителя Vбэ возрастает. Например, в типичном умножителе на транзисторе 2N5511 (граничная частота усиления тока 100 МГц) частота среза, выше которой сопротивление умножителя принимает индуктивный характер, равна 2,3 МГц. Для нейтрализации этого явления достаточно зашунтировать умножитель Vбэ ёмкостью в 0,1 мкФ (на практике применяют ёмкости в диапазоне 0,1…10 мкФ).

Принцип работы[править]

Умножение в бинарной системеправить

Умножение в столбик

Умножение в бинарной системе счисления происходит точно так же, как в десятичной — по схеме умножения столбиком.
Если множимое — разрядное, а множитель — разрядный, то для формирования произведения требуется вычислить частичных произведений и сложить их между собой.

Вычисление частичных произведенийправить

В бинарной системе для вычисления частичного произведения можно воспользоваться логическими элементами — конъюнкторами.
Каждое частичное произведение — это результат выполнения логических операции ( между текущим , где , разрядом множителя и всеми разрядами множимого) и сдвига результата логической операции влево на число разрядов, соответствующее весу текущего разряда множителя. Матричный умножитель вычисляет частичные произведения по формуле:

Суммирование частичных произведенийправить

На этом этапе происходит сложение всех частичных произведений .

Схемаправить

Схема матричного умножителя

Принципиальная схема умножителя, реализующая алгоритм двоичного умножения в столбик для двух четырёх — разрядных чисел приведена на рисунке.
Формирование частичных произведений осуществляется посредством логических элементов .
Полные одноразрядные сумматоры обеспечивают формирование разрядов результата.
Разрядность результата — определяется разрядностью множителя — и множимого — :

.

Все конъюнкторы работают параллельно.
Полные одноразрядные сумматоры обеспечивают поразрядное сложение результатов конъюнкций и переносов из предыдущих разрядов сумматора.
В приведенной схеме использованы четырех разрядные сумматоры с последовательным переносом.
Время выполнения операции умножения определяется временем распространения переносов до выходного разряда .

Если внимательно посмотреть на схему матричного умножителя (англ. binary multiplier), то можно увидеть, что она образует матрицу, сформированную проводниками, по которым передаются разряды числа и числа . В точках пересечения этих проводников находятся логические элементы . Именно по этой причине умножители, реализованные по данной схеме, получили название матричных умножителей.

Оцените статью:

Умножитель напряжения: принцип работы и схемы

После того как на рынке электроники появились миниатюрные конденсаторы, имеющие большую емкость, стало возможным использование в электронных схемах методики, связанной с умножением напряжения. Для этих целей разработан – умножитель напряжения, основой которого являются диоды и конденсаторы, подключенные в определенном порядке.

Общие сведения об умножителях напряжения

Суть работы умножителя заключается в преобразовании переменного напряжения, получаемого из низковольтного источника, в высокое напряжение постоянного тока. Есть разные варианты данных приборов такие как, умножитель напряжения Шенкеля и другие схемы, проектируемые для конкретной аппаратуры.

В электронике к умножителям напряжения относятся специальные схемы, с помощью которых уровень входящего напряжения преобразуется в сторону увеличения. Одновременно эти устройства выполняют еще и функцию выпрямления. Умножители применяются в тех случаях, когда нежелательно использовать в общей схеме дополнительный повышающий трансформатор из-за сложности его устройства и больших размеров.

В некоторых случаях трансформаторы не могут поднять напряжение до требуемого уровня, поскольку между витками вторичной обмотки может случиться пробой. Данные особенности следует учитывать при решении задачи, как сделать различные варианты удвоителей своими руками.

В схемах умножителей обычно используются свойства и характеристики однофазных однополупериодных выпрямителей, работающих на емкостную нагрузку. В процессе работы этих устройств между определенными точками создается напряжение с величиной, превышающей значение входного напряжения. В качестве таких точек выступают выводы диода, входящего в схему выпрямителя. При подключении к ним еще одного такого же выпрямителя, получится схема несимметричного удвоителя напряжения.

Таким образом, каждый умножитель напряжения как повышающее устройство может быть симметричным и несимметричным. Кроме того, все они разделяются на категории первого и второго рода. Схема симметричного умножителя представляет собой две несимметричные схемы, соединенные между собой. У одной из них происходит изменение полярности конденсаторов и проводимости диодов. Симметричные умножители имеют лучшие электрические характеристики, в частности выпрямляемое напряжение обладает удвоенной частотой пульсаций.

Различные типы таких приборов повсеместно используются в электронной аппаратуре и оборудовании. С помощью этих устройств появилась возможность осуществлять умножение и получать напряжение в десятки и сотни тысяч вольт. Сами умножители напряжения отличаются незначительной массой, малыми габаритами, они просты в изготовлении и дальнейшей эксплуатации.

Принцип работы

Для того чтобы представить себе как работает умножитель напряжения, рассматривается простейшая схема однополупериодного устройства, показанного на рисунке. Когда начинает действовать отрицательный полупериод напряжения, диод Д1 открывается и через него осуществляется зарядка конденсатора С1. Заряд должен сравняться с амплитудным значением подаваемого напряжения.

При наступлении периода с положительной волной происходит зарядка следующего конденсатора С2 через диод Д2. В этом случае заряд приобретает высокие удвоенные значения по сравнению с поданным напряжением. Далее наступает отрицательный полупериод, в течение которого до удвоенного значения заряжается конденсатор С3. Таким же образом, во время дальнейшей смены полупериода, выполняется зарядка конденсатора С4, вновь с удвоенным значением.

Для того чтобы запустить устройство, требуются полные периоды напряжения в количестве нескольких циклов, создающие напряжения на диодах. Величина напряжения, получаемая на выходе, состоит из суммы напряжений конденсаторов С2 и С4, соединенных последовательно и заряжаемых постоянно. В конечном итоге, образуется величина выходного переменного напряжения, которое в 4 раза превышает значение напряжения на входе. В этом и заключается принцип работы умножителя напряжения.

Самый первый конденсатор С1, полностью заряженный, имеет постоянное значение напряжения. То есть, он выполняет функцию постоянной составляющей Ua, применяемой в расчетах. Следовательно, можно и дальше наращивать потенциал умножителя, подключая дополнительные звенья, сделанные по тому же принципу, поскольку напряжение на диодах в каждом из этих звеньев будет равно сумме входного напряжения и постоянной составляющей. За счет этого получается любой коэффициент умножения с требуемым значением. Напряжение на всех конденсаторах, кроме первого будет равным 2х Ua.

Если в умножителе используется нечетный коэффициент, для подключения нагрузки используются конденсаторы, расположенные в верхней части схемы. При четном, наоборот, задействуются нижние конденсаторы.

Примерный расчет схемы умножителя

Перед тем как начинать расчет, задаются основные характеристики устройства. Это особенно важно, когда необходимо изготовить умножитель напряжения своими руками. В первую очередь, это значения входного и выходного напряжения, мощность и габаритные размеры. Следует учитывать и некоторые ограничения, касающиеся параметров напряжения. Его величина на входе должна быть не более 15 кВ, границы диапазона частоты составляют от 5 до 100 кГц.

Рекомендуемое значение выходного высоковольтного напряжения – не выше 150 кВ. Величина выходной мощности умножителя напряжения составляет в пределах 50 Вт, хотя можно создать устройство и с более высокими параметрами, в котором мощность достигает даже 200 Вт.

Выходное напряжение находится в прямой зависимости с токовыми нагрузками и его можно рассчитать с помощью формулы: Uвых = N х Uвх – (I (N3 + +9N2 /4 + N/2)) / 12FC, в которой N соответствует количеству ступеней, I – токовой нагрузке, F – частоте напряжения на входе, С – емкости генератора. Если заранее задать требуемые параметры, данная формула поможет легко рассчитать, какая емкость должна быть у конденсаторов, применяемых в схеме.


Конструкция схемы умножителя емкости транзистора

»Электроника

Умножитель емкости транзистора может использоваться для обеспечения дополнительных уровней сглаживания во многих областях электроники


Типы транзисторных цепей включают:
Типы транзисторных цепей
Общий эмиттер
Эмиттер-повторитель
Общая база
Пара Дарлингтона
Пара Шиклай
Текущее зеркало
Длиннохвостая пара
Источник постоянного тока
Множитель емкости
Двухтранзисторный усилитель
Фильтр высоких частот

См. Также:
Конструкция транзисторной схемы


Емкостной умножитель — очень полезная схема во многих отношениях — она ​​обеспечивает значительное улучшение сглаживания, используя усиление транзистора.

Транзисторный умножитель емкости не только обеспечивает улучшенные характеристики, но также позволяет сэкономить место. Конденсаторы высокой емкости часто могут занимать много места, поэтому умножитель емкости транзистора может помочь уменьшить размер конденсатора и, следовательно, уменьшить пространство.

В частности, схема умножителя емкости важна в областях, где первостепенное значение имеют хорошие шумовые характеристики. Часто обнаруживается, что многие линейные регуляторы напряжения или даже внутри импульсных регуляторов могут создавать высокие уровни шума в результате механизма переключения.

Во многих схемах первостепенное значение имеют хорошие шумовые характеристики. Например, в радиочастотных схемах, использующих петли фазовой автоподстройки частоты, низкий фазовый шум часто имеет решающее значение, особенно когда данные передаются с использованием фазовой модуляции. Любой шум в источнике питания может проявляться как фазовый шум, что, в свою очередь, приводит к увеличению количества ошибок по битам.

Системы сбора данных также требуют очень низкого уровня шума в шинах питания. Цифро-аналоговые преобразователи высокого разрешения требуют малошумящих шин, в противном случае шум может превышать разрешение D2A, что отрицательно сказывается на высокой производительности и разрешающей способности.

Также в аудиосистемах высокого качества шумовые характеристики имеют первостепенное значение. Любой шум на шинах питания, особенно в каскадах предварительного усилителя, может привести к раздражающему шипению на выходе.

Это всего лишь несколько приложений, в которых схема умножителя емкости активного транзистора может использоваться для снижения уровня шума и улучшения характеристик шины питания.

Схема умножителя основной емкости

Базовая схема умножителя емкости представляет собой простой эмиттерный повторитель с конденсатором на базе и питающим резистором от входа к базе для включения транзистора. Конденсатор от базы к земле обеспечивает сглаживание.

Базовый транзисторный умножитель емкости

Принцип работы схемы умножителя емкости довольно прост. Он действует как простой эмиттерный повторитель. Резистор R1 обеспечивает смещение для перехода база-эмиттер, а конденсатор обеспечивает сглаживание. Это значительно снижает уровень шума на выходе, то есть Vout.

Эффект от размещения транзистора в схеме заключается в том, что он эффективно умножает емкость на базе на коэффициент усиления транзистора по току, т.е.е. по β

Схема умножителя емкости не является регулятором напряжения. Выходное напряжение изменяется прямо на входе Vin, как нет опорного напряжения. Обычно выходное напряжение примерно на 0,65 В меньше, чем базовое напряжение, и примерно на 2–3 В меньше, чем Vin, при приложении нагрузки.

Уровни пульсаций и шума на выходе можно снизить до очень низкого уровня> Увеличение значений R1 и C1 уменьшает пульсации на выходе, и все больше на низких частотах. С другой стороны, большие значения R1 и C1 заставляют выходной сигнал медленно повышаться до требуемого значения после включения из-за большой постоянной времени R1 и C1.

Модифицированный умножитель емкости

Недостатком схемы является то, что в ее основной форме падение напряжения на последовательном транзисторе очень мало, а шумоподавление не так велико, как могло бы быть. Чтобы преодолеть это, некоторые люди помещают резистор на конденсатор, который обеспечивает делитель напряжения, уменьшающий напряжение на базе и увеличивающий падение напряжения на транзисторе. Это позволяет обеспечить лучшее снижение шума, хотя увеличивает рассеиваемую мощность и снижает напряжение на Vout.

Умножитель емкости базового транзистора с делителем потенциала

Эта версия схемы умножителя емкости включает дополнительный резистор между базой и землей для уменьшения напряжения базы и обеспечения дополнительного падения напряжения на транзисторе для улучшения сглаживания. Это более важно, когда уровень пульсации выше.

Обычно напряжение через делитель потенциала должно быть достаточным для поддержания достаточного напряжения базы. Можно сделать вывод об уровне тока через делитель потенциала, но часто в схемах такого типа он может в десять раз превышать базовый ток.Это обеспечит поддержание напряжения эмиттера в широком диапазоне уровней выходного тока.

Пример применения умножителя емкости

Показанный здесь источник питания обеспечивает только сглаживание на этом этапе, а не стабилизацию или регулирование напряжения. Входной сигнал берется из сети и выпрямляется мостовым выпрямителем. Затем он переходит в сглаживающий конденсатор C1, чтобы обеспечить первое сглаживание и устранить основные колебания. Этот конденсатор должен обладать высокой способностью к пульсации тока, если источник питания будет использоваться для высоких уровней тока.

Следует помнить, что эффект умножения емкости может быть реализован только при наличии достаточного падения напряжения на последовательном транзисторе. Обычно это всегда должно быть минимум 3 вольта.

Конденсатор С2 подключен к базе транзистора TR1. Это обеспечивает емкость для эффекта умножения емкости.

TR1 является транзистором главного прохода и должен иметь возможность понижать необходимое напряжение и требуемый ток, поэтому может потребоваться расчет рассеиваемой мощности.

Пример применения емкостного умножителя

На выходе есть конденсатор, обеспечивающий дополнительную развязку и обеспечивающий стабильность цепи. Резистор обеспечивает сброс выходного напряжения при отключении питания. Диод D1 предотвращает обратное смещение транзистора.

Подобные расходные материалы можно использовать во многих областях, включая усилители звука и многие другие приложения.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей
Схемы операционных усилителей
Цепи питания
Конструкция транзистора
Транзистор Дарлингтона
Транзисторные схемы
Схемы на полевых транзисторах
Условные обозначения схем

Вернуться в меню «Конструкция схемы». . .

Умножители напряжения (удвоители, тройники, учетверенные устройства и др.) | Диоды и выпрямители

Умножитель напряжения — это специализированная схема выпрямителя, выдающая выходной сигнал, который теоретически является целым числом, умноженным на пиковое входное значение переменного тока, например, в 2, 3 или 4 раза превышающее максимальное входное значение переменного тока. Таким образом, можно получить 200 В постоянного тока от источника переменного тока с пиковым напряжением 100 В, используя удвоитель, а 400 В постоянного тока — от учетверителя. Любая нагрузка в практической цепи снизит эти напряжения.

Сначала мы рассмотрим несколько типов умножителей напряжения — удвоитель напряжения (полуволновой и двухполупериодный), утроитель напряжения и учетверитель напряжения — затем сделаем несколько общих замечаний о безопасности умножителя напряжения и закончим множителем Кокрофта-Уолтона.

Удвоитель напряжения

Удвоитель напряжения — это источник питания постоянного тока, способный использовать источник переменного тока 240 В или 120 В переменного тока. Источник питания использует выбранный переключателем двухполупериодный мост для выработки около 300 В постоянного тока от источника 240 В переменного тока.Положение переключателя 120 В переключает мост как удвоитель, производящий около 300 В постоянного тока из 120 В переменного тока. В обоих случаях вырабатывается 300 В постоянного тока. Это вход для импульсного регулятора, производящего более низкие напряжения для питания, скажем, персонального компьютера.

Полуволновой удвоитель напряжения

Удвоитель полуволнового напряжения на рисунке ниже (а) состоит из двух цепей: фиксатора в точке (b) и пикового детектора (полуволнового выпрямителя) на рисунке выше, который показан в измененной форме на рисунке ниже (с). .C2 был добавлен к пиковому детектору (полуволновой выпрямитель).

Полупериодный удвоитель напряжения (а) состоит из (б) фиксатора и (в) полуволнового выпрямителя.

Анализ рабочих цепей полуволнового удвоителя напряжения

Как показано на рисунке (b) выше, C2 заряжается до 5 В (4,3 В с учетом падения напряжения на диоде) на отрицательном полупериоде входного переменного тока. Правый конец заземлен проводником D2. Левый конец заряжается на отрицательном пике входа переменного тока. Это работа кламмера.

Во время положительного полупериода в игру вступает однополупериодный выпрямитель, показанный на рисунке (c) выше. Диод D2 не в цепи, так как он смещен в обратном направлении. C2 теперь включен последовательно с источником напряжения. Обратите внимание на полярность генератора и C2, последовательного подключения. Таким образом, выпрямитель D1 получает в общей сложности 10 В на пике синусоиды, 5 В от генератора и 5 В от C2. D1 проводит сигнал v (1) (рисунок ниже), заряжая C1 до пика синусоидальной волны на 5 В постоянного тока (рисунок ниже v (2)). Форма волны v (2) — это выходной сигнал удвоителя, который стабилизируется на уровне 10 В (8.6 В с падением напряжения на диоде) после нескольких циклов входного синусоидального сигнала.

* SPICE 03255.eps C1 2 0 1000p D1 1 2 диода C2 4 1 1000p D2 0 1 диод V1 4 0 SIN (0 5 1k).  Модель диода d .tran 0,01 м 5 м. Конец 

Удвоитель напряжения: вход v (4). v (1) ступень фиксатора. v (2) каскад полуволнового выпрямителя, который является выходом удвоителя.

Двухполупериодный удвоитель напряжения

Двухполупериодный удвоитель напряжения состоит из пары последовательно установленных однополупериодных выпрямителей.(Рисунок ниже) Соответствующий список соединений показан на рисунке ниже.

Анализ работы двухполупериодного удвоителя напряжения

Нижний выпрямитель заряжает C1 за отрицательный полупериод входа. Верхний выпрямитель заряжает C2 в положительном полупериоде. Каждый конденсатор получает заряд 5 В (4,3 В с учетом падения напряжения на диоде). Выход в узле 5 представляет собой последовательную сумму C1 + C2 или 10 В (8,6 В с диодными падениями).

* SPICE 03273.eps * R1 3 0 100 кОм * R2 5 3 100 кОм D1 0 2 диода D2 2 5 диодов C1 3 0 1000p C2 5 3 1000p V1 2 3 SIN (0 5 1k).  модель диода d .tran 0,01 м 5 м. конец 

Двухполупериодный удвоитель напряжения состоит из двух однополупериодных выпрямителей, работающих на чередующихся полярностях.

Обратите внимание, что выход v (5) на рисунке ниже достигает полного значения в течение одного цикла отклонения входа v (2).

Двухполупериодный удвоитель напряжения: v (2) вход, v (3) напряжение в средней точке, v (5) напряжение на выходе

Получение двухполупериодных удвоителей из однополупериодных выпрямителей

На рисунке ниже показано получение двухполупериодного удвоителя из пары полуволновых выпрямителей противоположной полярности (а).Отрицательный выпрямитель пары перерисован для наглядности (б). Оба они объединены в (c) на одном основании. В (d) отрицательный выпрямитель переподключен для совместного использования одного источника напряжения с положительным выпрямителем. Это дает источник питания ± 5 В (4,3 В с диодным падением); хотя между двумя выходами можно измерить 10 В. Контрольная точка заземления перемещается так, чтобы напряжение +10 В было доступно относительно земли.

Двухполупериодный удвоитель: (a) пара удвоителей, (b) перерисованная, (c) общая земля, (d) общий источник напряжения.(e) переместите точку на земле.

Триплер напряжения

Удвоитель напряжения (рисунок ниже) состоит из комбинации удвоителя и полуволнового выпрямителя (C3, D3). Однополупериодный выпрямитель выдает 5 В (4,3 В) в узле 3. Удвоитель обеспечивает еще 10 В (8,4 В) между узлами 2 и 3, что в сумме дает 15 В (12,9 В) на выходном узле 2 относительно земля. Список соединений представлен на рисунке ниже.

Удвоитель напряжения, состоящий из удвоителя, установленного поверх одноступенчатого выпрямителя.

Обратите внимание, что V (3) на рисунке ниже возрастает до 5 В (4,3 В) в первом отрицательном полупериоде. Вход v (4) сдвигается вверх на 5 В (4,3 В) за счет 5 В от однополупериодного выпрямителя. И еще на 5 В на v (1) из-за фиксатора (C2, D2). D1 заряжает C1 (осциллограмма v (2)) до пикового значения v (1).

* SPICE 03283.eps C3 3 0 1000p D3 0 4 диода C1 2 3 1000p D1 1 2 диода C2 4 1 1000p D2 3 1 диод V1 4 3 SIN (0 5 1k). Модель диода d.переход 0,01м 5м конец 

Утроитель напряжения: v (3) однополупериодный выпрямитель, v (4) вход + 5 В, v (1) фиксатор, v (2) конечный выход.

Счетверитель напряжения

Счетверитель напряжения представляет собой сложенную комбинацию двух удвоителей, показанных на рисунке ниже. Каждый удвоитель обеспечивает 10 В (8,6 В) для последовательного общего на узле 2 по отношению к земле 20 В (17,2 В)

Список соединений показан на рисунке ниже.

Счетверитель напряжения, состоящий из двух последовательно соединенных удвоителей, с выходом в узле 2.

Осциллограммы квадруплера показаны на рисунке ниже. Доступны два выхода постоянного тока: v (3), выход удвоителя, и v (2), выход учетверителя. Некоторые из промежуточных напряжений на фиксаторах показывают, что входная синусоида (не показана), которая колеблется на 5 В, последовательно фиксируется на более высоких уровнях: на v (5), v (4) и v (1). Строго говоря, v (4) не является выходом ограничителя. Это просто источник переменного напряжения, включенный последовательно с выходом удвоителя v (3). Тем не менее v (1) является фиксированной версией v (4)

.

* SPICE 03441.eps * SPICE 03286.eps C22 4 5 1000p C11 3 0 1000p D11 0 5 диод D22 5 3 диода C1 2 3 1000p D1 1 2 диода C2 4 1 1000p D2 3 1 диод V1 4 3 SIN (0 5 1k). модельный диод d .tran 0,01m 5m .end 

Счетверитель напряжения: напряжение постоянного тока доступно на v (3) и v (2). Промежуточные формы волны: фиксаторы: v (5), v (4), v (1).

Примечания к умножителям напряжения и источникам питания с линейным приводом

Здесь уместны некоторые примечания по умножителям напряжения. Параметры схемы, использованные в примерах (V = 5 В, 1 кГц, C = 1000 пФ), не обеспечивают большого тока, микроампер. Кроме того, отсутствовали нагрузочные резисторы. Нагрузка снижает напряжения по сравнению с показанными. Если схемы должны управляться источником с частотой кГц при низком напряжении, как в примерах, конденсаторы обычно имеют номинал от 0,1 до 1,0 мкФ, чтобы на выходе имелся ток в миллиамперах. Если умножители работают с частотой 50/60 Гц, конденсатор составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч микрофарад, чтобы обеспечить выходной ток в сотни миллиампер.При питании от сетевого напряжения обратите внимание на полярность и номинальное напряжение конденсаторов.

Наконец, любой источник питания с прямым питанием от сети (без трансформатора) опасен для экспериментатора и испытательного оборудования, работающего от сети. Коммерческие источники питания с прямым приводом безопасны, поскольку опасная электрическая схема находится в корпусе для защиты пользователя. При установке в эти схемы электролитических конденсаторов любого напряжения, конденсаторы взорвутся, если полярность будет изменена. Такие цепи следует включать за защитным экраном.

Множитель Кокрофта-Уолтона

Умножитель напряжения каскадных полуволновых удвоителей произвольной длины известен как умножитель Кокрофта-Уолтона , как показано на рисунке ниже. Этот умножитель используется, когда требуется высокое напряжение при низком токе. Преимущество перед обычным источником питания состоит в том, что не требуется дорогой высоковольтный трансформатор — по крайней мере, не такой мощности, как выходная мощность.

Умножитель напряжения Кокрофта-Уолтона x8; вывод на v (8).

Пара диодов и конденсаторов слева от узлов 1 и 2 на рисунке выше составляет полуволновой удвоитель. Вращение диодов на 45 o против часовой стрелки и нижнего конденсатора на 90 o делает его похожим на рисунок выше (а). Четыре секции удвоения каскадом расположены справа для теоретического коэффициента умножения x8. Узел 1 имеет форму волны фиксатора (не показана), синусоидальную волну, сдвинутую вверх на 1x (5 В). Остальные узлы с нечетными номерами представляют собой синусоидальные волны, ограниченные последовательно более высокими напряжениями.Узел 2, выход первого удвоителя, представляет собой двойное напряжение постоянного тока v (2) на рисунке ниже. Последовательные узлы с четными номерами заряжаются до последовательно более высоких напряжений: v (4), v (6), v (8)

D1 7 8 диод C1 8 6 1000p D2 6 7 диод C2 5 7 1000p D3 5 6 диод C3 4 6 1000p D4 4 5 диод C4 3 5 1000p D5 3 4 диода C5 2 4 1000p D6 2 3 диода D7 1 2 диода C6 1 3 1000p C7 2 0 1000p C8 99 1 1000p D8 0 1 диод V1 99 0 SIN (0 5 1k) .model диод d .tran 0,01м 50м.конец 

Формы сигналов Кокрофта-Уолтона (x8). Выход — v (8).

Без диодных падений каждый удвоитель дает 2Vin или 10 В, учитывая, что два диодных спада (10-1,4) = 8,6 В вполне реально. Всего для 4 удвоителей ожидается 4 · 8,6 = 34,4 В из 40 В.

Consulting Рисунок выше, v (2) примерно справа; однако v (8) <30 В вместо ожидаемых 34,4 В. Беда множителя Кокрофта-Уолтона заключается в том, что каждая дополнительная ступень добавляет меньше, чем предыдущая.Таким образом, существует практический предел количества этапов. Это ограничение можно преодолеть, изменив базовую схему. [ABR] Также обратите внимание на временную шкалу 40 мс по сравнению с 5 мс для предыдущих схем. Потребовалось 40 мс для повышения напряжения до предельного значения для этой цепи. В списке соединений на рисунке выше есть команда «.tran 0.010m 50m» для увеличения времени моделирования до 50 мсек; правда, отображается только 40 мсек.

Умножитель Кокрофта-Уолтона служит более эффективным источником высокого напряжения для фотоэлектронных умножителей, требующих до 2000 В.[ABR] Кроме того, трубка имеет множество динодов , клемм, требующих подключения к узлам с «четными номерами» более низкого напряжения. Последовательный ряд отводов умножителя заменяет тепловыделяющий резистивный делитель напряжения предыдущих разработок.

Умножитель Кокрофта-Уолтона, работающий от сети переменного тока, подает высокое напряжение на «генераторы ионов» для нейтрализации электростатического заряда и для очистителей воздуха.

Обзор умножителя напряжения

:

  • Умножитель напряжения выдает постоянный ток, кратный (2,3,4 и т. Д.) Пиковому входному напряжению переменного тока.
  • Самый простой умножитель — это полуволновой удвоитель.
  • Двухполупериодный дуплекс — превосходная схема в качестве удвоителя.
  • Утрошение — это полуволновой удвоитель и обычный выпрямительный каскад (пиковый детектор).
  • Счетверитель — пара полуволновых удвоителей
  • Длинная цепочка полуволновых удвоителей известна как множитель Кокрофта-Уолтона.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Цепи преобразователя напряжения постоянного тока

| Журнал Nuts & Volts


ВВЕДЕНИЕ

Во многих современных электронных схемах с батарейным питанием требуется источник постоянного тока, который имеет либо большее значение напряжения, чем напряжение основной батареи, либо имеет обратную полярность; Схема, которая питается от шестивольтовой батареи, может, например, включать в себя каскад с одним операционным усилителем, которому требуются линии питания +12 В и -6 В. В таких случаях требуемые напряжения могут генерироваться через одну или несколько специальных схем преобразователя постоянного напряжения.

Большинство электронных преобразователей напряжения постоянного тока работают в одном из четырех основных способов и используют генератор с питанием от постоянного тока для управления либо простой схемой «умножитель напряжения» на основе диода-конденсатора, либо сетью повышающего трансформатора и выпрямителя, либо конденсаторный преобразователь напряжения или диодно-управляемый зарядный насос, который производит желаемое конечное выходное постоянное напряжение или напряжения.

В этой статье объясняются принципы работы и приводятся практические примеры каждого из этих четырех основных типов схем.

ЦЕПИ МНОЖИТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ
Обычные схемы преобразователя напряжения постоянного тока с «умножителями напряжения» основаны на простой двухсекционной выпрямительной сети типа диод-конденсатор, которая была первоначально разработана еще в 1930-х годах для использования в дорогостоящих цепях переменного тока -Приложения преобразования напряжения постоянного тока, которые до сих пор широко используются.

Чтобы понять основные операции и терминологию этой схемы (которая иногда может сбивать с толку), необходимо начать с рассмотрения простой схемы преобразования мощности переменного тока в постоянный, а именно:

Простейшей схемой преобразования мощности переменного тока в постоянный является основной тип однополупериодного выпрямления, показанный на рис. 1 , на котором изображена схема, в которой используется трансформатор со значением вторичного напряжения 250 В (действующее значение).

РИСУНОК 1. Основные детали простого блока питания постоянного тока с однополупериодным выпрямлением на 250 В.


Здесь напряжение переменного тока, приложенное к входу выпрямителя D1, попеременно колеблется выше и ниже значения 0 В, повышаясь до положительного значения V пик (Vpk) + 353 В в положительном полупериоде и снижаясь до отрицательного значения V пиковое значение -353В в отрицательном полупериоде.

D1 смещен в прямом направлении в течение каждого положительного полупериода и, таким образом, заряжает конденсатор C1 до пикового значения (без учета прямого падения напряжения D1) + 353 В, но смещается в обратном направлении в течение каждого отрицательного полупериода, что, таким образом, не имеет практического эффекта. на цепи.

Эта схема выдает положительное выходное напряжение, но может генерировать отрицательное выходное напряжение, просто поменяв полярности D1 и C1 на обратную.

На самом деле важно отметить в схеме однополупериодного выпрямителя Рисунок 1 то, что D1 и C1 действуют вместе как детектор пикового напряжения, который заставляет схему выдавать выходной сигнал, равный положительному значению пика вторичного напряжения T1. .

То же самое основное действие происходит во всех обычных двухполупериодных выпрямительных схемах, которые также дают выходной сигнал, равный пиковому значению вторичного напряжения трансформатора.

В начале 1930-х инженеры нуждались в дешевом, надежном и безопасном способе генерирования дорогостоящего маломощного постоянного напряжения из недорогих нелетальных трансформаторов, и для этого разработали простую двухсекционную схему «умножителя напряжения». работа. На рисунке 2 показана такая схема, управляемая от вторичной обмотки трансформатора на 250 В.

РИСУНОК 2. Основные детали схемы умножителя напряжения с «удвоением напряжения» с приводом от трансформатора.


Здесь секция C1-D1 действует как диодный фиксатор, который при питании от нормального входа переменного тока, который колеблется симметрично относительно значения 0 В, формирует выходной сигнал идентичной формы, но его пиковая отрицательная точка привязана к 0В «базовое» значение, как показано на рисунке.

Пиковое выходное значение этой формы сигнала равно размаху (V pp ) входного напряжения переменного тока и подается непосредственно на вход простой секции детектора пикового напряжения D2-C2, которая, таким образом, производит Выходное напряжение постоянного тока равно значению V pp (а не пиковому значению) входного переменного напряжения.

Таким образом, эта схема дает вдвое большее выходное напряжение, чем обычная полуволновая или двухполупериодная схема выпрямителя, и поэтому известна как умножитель напряжения с «удвоением напряжения».

Схема может быть создана для генерации отрицательного (а не положительного) выходного напряжения путем простого изменения полярности C1-D1 и D2-C2.

Один очень важный момент, чтобы отметить о 2 схеме базовых Рисунка является то, что выходное напряжение фактически равно V С. плюс общее «опорное» напряжение (V реф ) из D1-C2, который в данном конкретном примере является 0V. Таким образом, если эта схема модифицируется так, что V ref каким-то образом повышается до (скажем) + 1000 В, выход 706 В C2 будет добавлен к выходу V ref , чтобы получить окончательное выходное напряжение 1706 В, и на.

Сердцем схемы (рис. 2) является фактическая сеть удвоителя напряжения C1-D1-D2-C2. Рисунок 3 (a) показывает обычную схему этой сети, а Рисунок 3 (b) показывает ее перерисованную как «стандартную» секцию умножителя напряжения с удвоением напряжения.

РИСУНОК 3. (a) Обычная схема удвоителя напряжения и (b) схема, перерисованная в «стандартной» форме.


Основной особенностью удвоителя напряжения является то, что несколько «удвоителей» могут быть легко соединены между собой для получения различных значений умножения напряжения, и такие схемы лучше всего рисовать с использованием стандартного представления , рис. 3 (b), .

На рисунке 4 , например, показаны три из этих «удвоителей» каскадов, соединенных между собой для обеспечения секвенсора напряжения, при котором конечное выходное напряжение в шесть раз превышает пиковое значение исходного входного напряжения 250 В (действующее значение).

РИСУНОК 4. Три «удвоителя» соединены между собой для увеличения напряжения в 6 раз.


Здесь каждая секция удвоителя генерирует отдельный выход (через свой конденсатор C2, C4 или C6) 706 В, но выход первого удвоителя действует как точка V ref второго удвоителя, а выход второго удвоителя действует как точка V ref третьего удвоителя, в результате чего три отдельных выходных напряжения складываются вместе, давая окончательный выход постоянного тока + 2118 В от входа 250 В переменного тока.

Обратите внимание на схему , рисунок 4, , что входной конденсатор каждой секции питается непосредственно от входного переменного напряжения и требует абсолютного минимального номинального напряжения, равного выходному напряжению этой секции относительно земли, например, для C5 требуется минимальный номинал 2118В.

В середине 1930-х годов была разработана модифицированная версия умножителя напряжения для преодоления этого препятствия. Известный как умножитель напряжения Кокрофта-Уолтона, он использует стандартные ступени удвоения напряжения, соединенные между собой так, как показано на , рис. 5, .

РИСУНОК 5. Эта трехступенчатая схема Кокрофта-Уолтона дает умножение напряжения в 6 раз.


Эта схема аналогична схеме , рис. 4, , за исключением того, что на вход каждого удвоителя (кроме первого) подается напряжение от «фиксированной» точки переменного напряжения предыдущего удвоителя.

Следовательно, требование «минимального номинального напряжения» каждого компонента, используемого в каждой ступени удвоения, равно размаху исходного входного напряжения переменного тока.

Слабым местом умножителя напряжения Кокрофта-Уолтона является то, что его выходной импеданс достаточно высок (он пропорционален сумме импедансов различных входных конденсаторов), и поэтому он может обеспечивать только небольшие выходные токи.

На практике этот тип умножителя напряжения был первоначально разработан просто для генерации очень высокого (примерно до 30 кВ) напряжения ускорителя на конечном аноде электронно-лучевых трубок, для чего требуется очень небольшой ток возбуждения.

Обратите внимание, что 10-ступенчатая схема этого типа — при возбуждении от входа 500 В переменного тока — генерирует выход постоянного тока более 14 кВ, но компоненты, используемые на каждой ступени, имеют минимальные требования к номинальному напряжению менее 1,5 кВ.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЦЕПИ
Напряжение постоянного тока можно легко преобразовать в одно из более высоких значений или обратной полярности, используя источник постоянного тока для питания автономного генератора прямоугольных импульсов от 1 кГц до 30 кГц, выход которого подается на умножитель напряжения одного из уже описаны основные типы, которые, таким образом, обеспечивают желаемое «преобразованное» выходное напряжение постоянного тока. На рисунке 6 показана практическая демонстрационная схема этого типа.

РИСУНОК 6. Базовая демонстрационная схема «удвоителя напряжения».


В схеме (рис. 6) используется «таймер» типа 555 (который может обеспечивать довольно высокие выходные токи) в качестве автономного генератора прямоугольных импульсов, который работает на частоте около 3 кГц (определяется значениями R1-R2-C2), и напрямую управляет каскадом «удвоителя» C3-D1-D2-C4, который (в идеале) производит выход постоянного тока, равный размаху выходного сигнала прямоугольной формы, который (в идеале) равен значению Vcc.

На практике величина размаха прямоугольной волны немного меньше, чем Vcc, и удвоитель теряет еще 1,2 В при падении напряжения в D1 и D2, в результате чего фактический выход (при очень небольшой нагрузке) примерно на 1,6 В меньше, чем Vcc, например, 8,4 В при питании 10 В. Схема может использовать любой источник питания в диапазоне от 5 до 15 В.

Рисунок 7 показывает гораздо более полезную версию базовой схемы Рисунок 6 «удвоитель напряжения».

РИСУНОК 7. Схема удвоения постоянного напряжения.


В этой версии «удвоитель» C3-D1-D2-C4 подключен к положительной (а не 0 В) линии питания, и его выходное напряжение, таким образом, добавляется к выходному напряжению линии питания, что дает выходное напряжение постоянного тока. (при небольшой нагрузке) почти в два раза больше Vcc.

На практике схема прототипа дает выход почти 19 В при использовании источника питания 10 В.

Рисунок 8 показывает схему Рисунок 7 , модифицированную для использования с каскадной парой «удвоителей» каскадов, в конфигурации, которая известна (поскольку она генерирует выход постоянного тока в четыре раза больше, чем базовое пиковое входное напряжение переменного тока) как учетверитель напряжения.

РИСУНОК 8. Каскадная схема «удвоителя напряжения».


Здесь выход нового каскада «удвоителя» C5-D3-D4-C6 (который на пару вольт меньше Vcc) добавляется к выходному сигналу базовой схемы (рис. 7) , что дает выходное напряжение постоянного тока. (при небольшой нагрузке) почти в три раза больше Vcc.

На практике схема прототипа дает выходной сигнал 27 В при использовании источника питания 10 В.

На рисунке 9 показан особенно полезный тип схемы умножителя напряжения, который генерирует отрицательное выходное напряжение, которое (в идеале) почти равно по амплитуде, но противоположно полярности полярности линии питания ИС, обеспечивая таким образом выход с разделенным питанием от несимметричный вход.

РИСУНОК 9. Генератор отрицательного напряжения постоянного тока.


Схема аналогична схеме Рис. 6 , но имеет обратную полярность «удвоителя» D1-D2-C4, так что его выходное напряжение является отрицательным по отношению к линии 0 В.

На практике схема прототипа дает выходной сигнал -8,4 В при использовании источника питания 10 В. (Примечание: два из этих «удвоителей» каскадных соединений дают выходное напряжение -17,5 В при использовании источника питания 10 В.)

ЦЕПЬ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ГЕНЕРАТОРА

Метод «умножителя напряжения» для генерирования повышенных значений выходного постоянного напряжения обычно рентабелен только тогда, когда требуются коэффициенты умножения менее шести.

В случаях, когда требуются очень большие коэффициенты повышения (например, когда сотни вольт должны генерироваться через источник питания 6–12 В), часто лучше использовать выход низковольтного генератора или генератора прямоугольных импульсов. для управления повышающим трансформатором напряжения, который затем обеспечивает необходимое высокое напряжение (в форме переменного тока) на его вторичной (выходной) обмотке; это переменное напряжение может быть легко преобразовано обратно в постоянное с помощью простой сети выпрямитель-фильтр. На рисунке 10 показана практическая схема маломощного генератора высокого напряжения этого типа.

РИСУНОК 10. Преобразователь постоянного тока от 9 до 300 В.


Схема Рис. 10 действует как преобразователь постоянного тока в постоянный, который генерирует выходное напряжение 300 В постоянного тока от источника питания 9 В постоянного тока.

Здесь Q1 и связанная с ним схема действуют как LC-генератор Хартли, с низковольтной первичной обмоткой сетевого трансформатора T1 от 9В-0-9В до 250В (или трансформатора с аналогичным соотношением витков), образующей L-часть. генератора, который настраивается через C2.

Напряжение питания повышается примерно до 350 В пикового значения на вторичной обмотке T1, выпрямляется полуволной и сглаживается через D1-C3. Без постоянной нагрузки на C3 конденсатор может создать мощный, но нелетальный «пояс».

При постоянной нагрузке на выходе выход падает примерно до 300 В при токе нагрузки в несколько миллиампер.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА «ЛЕТУЩИЙ КОНДЕНСАТОР»

Одним из очень эффективных способов получения хорошего преобразования низкого напряжения в отрицательное является использование так называемого метода «летающего конденсатора», который используется в популярной специальной микросхеме преобразователя напряжения ICL7660 (и ее SI7660, LMC7660 и т. Д.)., эквиваленты) и несколькими аналогичными устройствами.

ICL7660 размещен в восьмиконтактном корпусе DIL, как показано на рис. 11 (a) , и предназначен для питания от несимметричного источника постоянного тока, который подключается между контактами 8 (V +) и 3 (GND или 0 В), и для генерации отрицательного выходного сигнала равного значения на контакте 5 (-Vout), то есть при питании от источника питания + 5 В он генерирует выход -5 В на контакте 5, таким образом удваивая напряжение питания (т. Е. 10 В ) доступен между контактами 8 и 5.

РИСУНОК 11. (a) Схема и обозначения контактов и (b) упрощенная базовая схема использования ИС преобразователя напряжения ICL7660.


Таким образом, ИС может использоваться как генератор отрицательного напряжения или как удвоитель напряжения.

ICL7660 может использоваться с любым источником питания от + 1,5 В до 10 В постоянного тока, потребляет типичный ток покоя 170 мкА при 10 В и имеет типичную эффективность преобразования напряжения + ve в отрицательное значение 99,9%, когда его вывод 5 не нагружен.

Когда выход ИС нагружен, он действует (при 10 В) как источник напряжения с выходным сопротивлением около 70R и может обеспечивать максимальные выходные токи около 40 мА; выходной импеданс обратно пропорционален напряжению питания и обычно составляет около 330R при 2.5В.

ICL7660 использует метод «летающего конденсатора» для преобразования напряжения, который показан на Рис. 11 (b) . В ИС находится КМОП-генератор прямоугольных импульсов, который работает на базовой частоте около 10 кГц и имеет симметричный выход половинной частоты (доступный на выводе 2), который многократно переключает встроенный двухполюсный переключатель КМОП S1, который подключен к «летающий» внешний конденсатор С1.

Действие схемы таково, что при переключении S1 на высокий уровень C1 подключается непосредственно между землей и линиями V + (как показано на схеме) и, таким образом, заряжается до полного положительного значения напряжения питания.

Однако в следующем тактовом цикле S1 переключается на низкий уровень, и при этом условии C1 подключен — с обратной полярностью — непосредственно через внешний выходной конденсатор C2, тем самым генерируя выходное напряжение V- на C2. Эта последовательность переключения повторяется непрерывно на половине частоты тактового генератора.

Обратите внимание, что, поскольку ICL7660 использует CMOS, а не биполярные полупроводниковые переключатели в своей схеме «преобразования», IC работает с очень высокой эффективностью преобразования.

ICL7660 — простое в использовании устройство, но ни один из его выводов не должен быть подключен к напряжению больше V + или меньше GND (0 В).

Если ИС должна использоваться с источниками питания в диапазоне от 1,5 В до 3,5 В, контакт 6 «LV» терминал (который управляет внутренним регулятором напряжения) должен быть заземлен; при значениях напряжения питания более 3,5 В контакт 6 должен оставаться разомкнутым. При значениях напряжения питания выше 6,5 В защитный диод должен быть подключен последовательно с выходным контактом 5.

Схемы Рисунки 12 с по 20 показывают выбор практических конструкций, в которых применяются эти правила.

ICL7660 ЦЕПИ

Основное применение ICL7660 — это простой генератор отрицательного напряжения или удвоитель напряжения. На рисунках 12 14 показаны три простые схемы этого типа; в каждом случае C1 — это «летающий» конденсатор, а C2 — сглаживающий / накопительный конденсатор, и каждый имеет значение 10 мкФ.

Преобразователь напряжения Рис. 12 предназначен для использования с источниками питания от 1,5 В до 3,5 В и требует использования только двух внешних компонентов.

РИСУНОК 12. Генератор отрицательного напряжения постоянного тока или удвоитель напряжения с питанием от 1,5 до 3,5 В.


Схема Рис. 13 аналогична, но предназначена для использования с источниками питания в диапазоне от 3,5 В до 6,5 В и поэтому имеет заземленный контакт 6.

РИСУНОК 13. Генератор отрицательного напряжения постоянного тока или удвоитель напряжения с питанием от 3,5 до 6,5 В.


Наконец, схема Figure 14 предназначена для использования с источниками питания в диапазоне 6.5–10 В, и, следовательно, диод D1 подключен последовательно с выходным контактом 5, чтобы защитить его от чрезмерного обратного смещения от C2 при отключении источников питания.

РИСУНОК 14. Генератор отрицательного напряжения постоянного тока или удвоитель напряжения с питанием от 6,5 до 10 В.


Наличие этого диода снижает доступное выходное напряжение на Vdf, прямое падение напряжения на диоде; для поддержания этого падения напряжения до минимальных значений D1 должен быть германиевым или шоттки.

Полезная особенность ICL7660 заключается в том, что количество этих микросхем (до 10) можно каскадировать, чтобы получить коэффициент преобразования напряжения больше единицы. Таким образом, если три каскада соединены каскадом, они дают окончательное отрицательное выходное напряжение -3 В постоянного тока и т. Д. На рисунке 15 показаны соединения для каскадного включения двух из этих каскадов; любые дополнительные каскады следует подключать так же, как и правая ИС на этой схеме.

РИСУНОК 15. Каскадные ИС для повышенного отрицательного выходного напряжения.


Уже отмечалось, что одиночная микросхема ICL7660 может использоваться в качестве высокоэффективного удвоителя напряжения, который может, например, генерировать выход 10 В с центральным отводом при питании от несимметричного входа 5 В.

На рисунке 16 показано, как две из этих микросхем могут быть подключены каскадом для генерации выходного напряжения 12 В с центральным отводом, когда схема питается от несимметричного источника 3 В (например, от двух последовательно соединенных ячеек 1,5 В).

РИСУНОК 16. Каскадные ИС, обеспечивающие выходное напряжение 12 В с центральным отводом от источника питания 3 В.


Здесь IC1 используется как основной удвоитель напряжения, питаемый от источника 3 В, подключенного между контактами 3 и 8, а его выход 6 В (между контактами 5 и 8) используется для питания IC2 через контакты 3 и 8, а также IC2. таким образом генерирует выход (между контактами 5 и 8) 12 В при очень небольшой нагрузке. Этот выход 12 В имеет импеданс источника около 500R и падает примерно на 0,5 В при увеличении тока нагрузки на мА (большая часть этого падения напряжения отражается от выхода -ve IC1, который работает при уровне тока, в два раза превышающем Выход IC2, как описано ниже).

Важно отметить, что ток питания (батареи), потребляемый любой схемой умножителя напряжения, неизбежно по крайней мере в n раз больше, чем выходной ток под нагрузкой схемы, где n — значение «умножителя» схемы. Таким образом, если удвоитель напряжения питается от источника питания 5 В и генерирует выходной сигнал 10 В x 10 мА (= 100 мВт), из этого следует, что ток питания должен быть не менее 20 мА (= 100 мВт / 5 В).

Выходной импеданс схемы также пропорционален значению n .

В некоторых приложениях пользователь может захотеть уменьшить частоту генератора ICL7660 IC; один из способов сделать это — подключить конденсатор Cx между контактами 7 и 8, как показано на рисунке 17, ; На фиг. 18 показана взаимосвязь между значениями Cx и частоты; таким образом, значение Cx, равное 100 пФ, снижает частоту в 10 раз, с 10 кГц до 1 кГц; чтобы компенсировать это снижение частоты 10: 1 и сохранить эффективность схемы, значения C1 и C2 должны быть увеличены в аналогичном коэффициенте (примерно до 100 мкФ каждое).

РИСУНОК 17. Способ понижения частоты генератора.


РИСУНОК 18. График Cx в зависимости от частоты генератора.


Другой способ уменьшить частоту генератора — использовать вывод 7 для перегрузки генератора через внешние часы, как показано на Рис. 19 .

РИСУНОК 19. Внешняя синхронизация ICL7660.


Тактовый сигнал должен подаваться на контакт 7 через резистор серии 1K0 (R1) и должен полностью переключаться между двумя значениями шины питания; на схеме вентиль CMOS подключен как инвертирующий буферный каскад, чтобы обеспечить такое переключение.

ЦЕПИ НАСОСА С ДИОДНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

На данный момент в этой статье описаны три из четырех наиболее широко используемых типов схем преобразования постоянного напряжения.

Четвертый тип преобразователя иногда называют схемой «диодно-управляемой накачки заряда», и Рисунок 20 показывает пример одного из этих «насосов», используемых вместе с ICL7660 IC для создания преобразователя, дающего положительный ток. выходное напряжение почти вдвое превышает исходное значение напряжения питания.

РИСУНОК 20. Удвоитель напряжения с диодной накачкой.


Насос состоит из D1-C1-D2-C2 и приводится в действие прямоугольным выходом с низким импедансом на выводе 2 ИС. Действие схемы очень простое, а именно:

Когда вывод 2 на выходе ICL7660 переключается на низкий уровень, он подключает нижний конец C1 к линии 0 В, поэтому C1 заряжается почти до полного значения Vcc через диод D1 с прямым смещением. Когда вывод 2 снова переключается на высокий уровень, он подтягивает нижний конец C1 до Vcc, таким образом увеличивая верхний конец C1 до почти удвоенного значения Vcc, таким образом, смещая D1 в обратном направлении и D2 в прямом направлении, и заставляя C1 сбросить свой избыточный заряд в C2, который, таким образом, заряжается почти вдвое по сравнению с величиной Vcc.

Этот процесс повторяется непрерывно, при этом C1 автоматически заменяет любые токи заряда, которые снимаются с C2 внешней схемой нагрузки. На практике диоды D1 и D2 уменьшают доступное выходное напряжение на величину, равную их совокупному прямому падению напряжения, поэтому в идеале они должны быть германиевыми с низкими потерями или диодами Шоттки.

Этот тип схемы «подкачки заряда» намного мощнее, чем обычная схема конденсаторно-диодного удвоителя напряжения, и может легко обеспечивать выходной ток в 10 миллиампер.

Наконец, чтобы завершить этот взгляд на схемы преобразователя напряжения постоянного тока, на рисунках 21, 23, показаны три полезных варианта базовой схемы «накачки заряда».

Рисунок 21 показывает, как схема накачки заряда Рисунок 20 может быть объединена со стандартной схемой генератора отрицательного напряжения ICL7660 из Рисунок 13 или 14 для создания комбинированного умножителя положительного напряжения и преобразователя отрицательного напряжения, который обеспечивает двойные шины выходного напряжения от несимметричного источника питания.

РИСУНОК 21. Комбинированный удвоитель напряжения + ve и преобразователь напряжения + ve.


На рисунке 22 показано, как два из двух диодно-управляемых насосов заряда типа Рисунок 20 могут быть включены в каскад для повышения напряжения, что дает положительное выходное напряжение, значение без нагрузки которого равно трехкратному напряжению Vcc, за вычетом величина последовательно включенного диода падает. Обычно схема дает на выходе около 27 В при питании от источника 10 В.

РИСУНОК 22. Зарядный насос типа повышения напряжения.


Дополнительные каскады D3-C3-D4-C4 можно подключать каскадом, подключив нижний конец каждого конденсатора с нечетным номером к контакту 2 ИС, а нижний конец каждого конденсатора с четным номером — к линии 0 В; каждая новая ступень увеличивает доступное выходное напряжение на Vcc минус два падения напряжения на диоде.

Наконец, На рис. 23 показана схема генератора отрицательного напряжения с диодной накачкой заряда, в которой полярности диодов и конденсаторов просто меняются местами и привязаны к линии 0 В.

РИСУНОК 23. Генератор отрицательного напряжения с диодной накачкой заряда.


Эта схема (при использовании обычных кремниевых диодов) дает типичное выходное напряжение без нагрузки всего -8,8 В при питании от источника 10 В, но дает гораздо лучшее регулирование напряжения, чем обычная схема генератора отрицательного напряжения ICL7660. НВ

% PDF-1.4
%
1 0 obj
>
/ Метаданные 2 0 R
/ Страницы 3 0 R
/ StructTreeRoot 4 0 R
/ Тип / Каталог
>>
endobj
5 0 obj
>
endobj
2 0 obj
>
транслировать
2011-01-17T12: 33: 38-05: 002011-01-17T12: 27: 31-05: 002011-01-17T12: 33: 38-05: 00application / pdfuuid: 8446fde4-fd43-44d5-a9ed-17c297adc76buuid: f48a751a-2c0b-4518-a5d6-369c13e4e652

конечный поток
endobj
3 0 obj
>
endobj
4 0 obj
>
endobj
6 0 obj
>
endobj
7 0 объект
>
endobj
8 0 объект
>
endobj
9 0 объект
>
/ CM10>
/ CM100>
/ CM101>
/ CM102>
/ CM103>
/ CM104>
/ CM105>
/ CM106>
/ CM107>
/ CM108>
/ CM109>
/ CM11>
/ CM110>
/ CM111>
/ CM112>
/ CM113>
/ CM114>
/ CM115>
/ CM116>
/ CM117>
/ CM118>
/ CM119>
/ CM12>
/ CM120>
/ CM121>
/ CM122>
/ CM123>
/ CM124>
/ CM125>
/ CM126>
/ CM127>
/ CM128>
/ CM129>
/ CM13>
/ CM130>
/ CM131>
/ CM132>
/ CM133>
/ CM134>
/ CM135>
/ CM136>
/ CM137>
/ CM138>
/ CM139>
/ CM14>
/ CM140>
/ CM141>
/ CM142>
/ CM143>
/ CM144>
/ CM145>
/ CM146>
/ CM147>
/ CM148>
/ CM149>
/ CM15>
/ CM150>
/ CM151>
/ CM152>
/ CM153>
/ CM154>
/ CM16>
/ CM17>
/ CM18>
/ CM19>
/ CM2>
/ CM20>
/ CM21>
/ CM22>
/ CM23>
/ CM24>
/ CM25>
/ CM26>
/ CM27>
/ CM28>
/ CM29>
/ CM3>
/ CM30>
/ CM31>
/ CM32>
/ CM33>
/ CM34>
/ CM35>
/ CM36>
/ CM37>
/ CM38>
/ CM39>
/ CM4>
/ CM40>
/ CM41>
/ CM42>
/ CM43>
/ CM44>
/ CM45>
/ CM46>
/ CM47>
/ CM48>
/ CM49>
/ CM5>
/ CM50>
/ CM51>
/ CM52>
/ CM53>
/ CM54>
/ CM55>
/ CM56>
/ CM57>
/ CM58>
/ CM59>
/ CM6>
/ CM60>
/ CM61>
/ CM62>
/ CM63>
/ CM65>
/ CM66>
/ CM67>
/ CM68>
/ CM69>
/ CM7>
/ CM70>
/ CM71>
/ CM72>
/ CM73>
/ CM74>
/ CM75>
/ CM76>
/ CM78>
/ CM79>
/ CM8>
/ CM80>
/ CM81>
/ CM82>
/ CM83>
/ CM84>
/ CM85>
/ CM86>
/ CM87>
/ CM88>
/ CM89>
/ CM9>
/ CM90>
/ CM91>
/ CM92>
/ CM93>
/ CM94>
/ CM95>
/ CM96>
/ CM97>
/ CM98>
/ CM99>
>>
endobj
10 0 obj
>
endobj
11 0 объект
>
endobj
12 0 объект
>
endobj
13 0 объект
>
endobj
14 0 объект
>
endobj
15 0 объект
>
endobj
16 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 0
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
17 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 1
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
18 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 4
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
19 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 5
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
20 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 6
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
21 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 7
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
22 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 8
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
23 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 9
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
24 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 10
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
25 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 11
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
26 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 12
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
27 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 13
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
28 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 14
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
29 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 15
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
30 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 16
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
31 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 17
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
32 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 18
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
33 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 19
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
34 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 20
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
35 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 21
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
36 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 32
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
37 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 54
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
38 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 55
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
39 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 56
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
40 0 obj
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 57
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
41 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 58
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
42 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 59
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
43 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 60
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
44 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 61
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
45 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 69
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
46 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 70
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
47 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 71
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
48 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 72
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
49 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 73
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
50 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 74
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
51 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 75
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
52 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageC]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 124
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
53 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageC]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 139
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
54 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageC]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 140
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
55 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageC]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 147
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
56 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 148
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
57 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 149
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
58 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 150
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
59 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 151
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
60 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 152
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
61 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 154
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
62 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 155
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
63 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 156
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
64 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 157
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
65 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 158
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
66 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 159
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
67 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 160
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
68 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 161
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
69 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 162
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
70 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 163
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
71 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 164
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
72 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 165
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
73 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 166
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
74 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 167
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
75 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 168
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
76 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 169
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
77 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 170
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
78 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 171
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
79 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 172
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
80 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 173
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
81 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 174
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
82 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 175
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
83 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 176
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
84 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 177
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
85 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 178
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
86 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageB]
/ XObject>
>>
/ Повернуть 0
/ StructParents 179
/ Вкладки / S
/ Тип / Страница
>>
endobj
87 0 объект
>
endobj
88 0 объект
>
endobj
89 0 объект
>
endobj
90 0 объект
>
endobj
91 0 объект
>
endobj
92 0 объект
>
endobj
93 0 объект
>
endobj
94 0 объект
>
endobj
95 0 объект
>
endobj
96 0 объект
>
endobj
97 0 объект
>
endobj
98 0 объект
>
endobj
99 0 объект
>
endobj
100 0 объект
>
endobj
101 0 объект
>
endobj
102 0 объект
>
endobj
103 0 объект
>
endobj
104 0 объект
>
endobj
105 0 объект
>
endobj
106 0 объект
>
endobj
107 0 объект
>
endobj
108 0 объект
>
endobj
109 0 объект
>
endobj
110 0 объект
>
endobj
111 0 объект
>
endobj
112 0 объект
>
endobj
113 0 объект
>
endobj
114 0 объект
>
endobj
115 0 объект
>
endobj
116 0 объект
>
endobj
117 0 объект
>
endobj
118 0 объект
>
endobj
119 0 объект
>
endobj
120 0 объект
>
endobj
121 0 объект
>
endobj
122 0 объект
>
endobj
123 0 объект
>
endobj
124 0 объект
>
endobj
125 0 объект
>
endobj
126 0 объект
>
endobj
127 0 объект
>
endobj
128 0 объект
>
endobj
129 0 объект
>
endobj
130 0 объект
>
endobj
131 0 объект
>
endobj
132 0 объект
>
endobj
133 0 объект
>
endobj
134 0 объект
>
endobj
135 0 объект
>
endobj
136 0 объект
>
endobj
137 0 объект
>
endobj
138 0 объект
>
endobj
139 0 объект
>
endobj
140 0 объект
>
endobj
141 0 объект
>
endobj
142 0 объект
>
endobj
143 0 объект
>
endobj
144 0 объект
>
endobj
145 0 объект
>
endobj
146 0 объект
>
endobj
147 0 объект
>
endobj
148 0 объект
>
endobj
149 0 объект
>
endobj
150 0 объект
>
endobj
151 0 объект
>
endobj
152 0 объект
>
endobj
153 0 объект
>
endobj
154 0 объект
>
endobj
155 0 объект
>
endobj
156 0 объект
>
endobj
157 0 объект
>
endobj
158 0 объект
>
endobj
159 0 объект
>
endobj
160 0 объект
>
endobj
161 0 объект
>
endobj
162 0 объект
>
endobj
163 0 объект
>
endobj
164 0 объект
>
endobj
165 0 объект
>
endobj
166 0 объект
>
endobj
167 0 объект
>
endobj
168 0 объект
>
endobj
169 0 объект
>
endobj
170 0 объект
>
endobj
171 0 объект
>
endobj
172 0 объект
>
endobj
173 0 объект
>
endobj
174 0 объект
>
endobj
175 0 объект
>
endobj
176 0 объект
>
endobj
177 0 объект
>
endobj
178 0 объект
>
endobj
179 0 объект
>
endobj
180 0 объект
>
endobj
181 0 объект
>
endobj
182 0 объект
>
endobj
183 0 объект
>
endobj
184 0 объект
>
endobj
185 0 объект
>
endobj
186 0 объект
>
endobj
187 0 объект
>
endobj
188 0 объект
>
endobj
189 0 объект
>
endobj
190 0 объект
>
endobj
191 0 объект
>
endobj
192 0 объект
>
endobj
193 0 объект
>
endobj
194 0 объект
>
endobj
195 0 объект
>
endobj
196 0 объект
>
endobj
197 0 объект
>
endobj
198 0 объект
>
endobj
199 0 объект
>
endobj
200 0 объект
>
endobj
201 0 объект
>
endobj
202 0 объект
>
endobj
203 0 объект
>
endobj
204 0 объект
>
endobj
205 0 объект
>
endobj
206 0 объект
>
endobj
207 0 объект
>
endobj
208 0 объект
>
endobj
209 0 объект
>
endobj
210 0 объект
>
endobj
211 0 объект
>
endobj
212 0 объект
>
endobj
213 0 объект
>
endobj
214 0 объект
>
endobj
215 0 объект
>
endobj
216 0 объект
>
endobj
217 0 объект
>
endobj
218 0 объект
>
endobj
219 0 объект
>
endobj
220 0 объект
>
endobj
221 0 объект
>
endobj
222 0 объект
>
endobj
223 0 объект
>
endobj
224 0 объект
>
endobj
225 0 объект
>
endobj
226 0 объект
>
endobj
227 0 объект
>
endobj
228 0 объект
>
endobj
229 0 объект
>
endobj
230 0 объект
>
endobj
231 0 объект
>
endobj
232 0 объект
>
endobj
233 0 объект
>
endobj
234 0 объект
>
endobj
235 0 объект
>
endobj
236 0 объект
>
endobj
237 0 объект
>
endobj
238 0 объект
>
endobj
239 0 объект
>
endobj
240 0 объект
>
endobj
241 0 объект
>
endobj
242 0 объект
>
endobj
243 0 объект
>
endobj
244 0 объект
>
endobj
245 0 объект
>
endobj
246 0 объект
>
endobj
247 0 объект
>
endobj
248 0 объект
>
endobj
249 0 объект
>
endobj
250 0 объект
>
endobj
251 0 объект
>
endobj
252 0 объект
>
endobj
253 0 объект
>
endobj
254 0 объект
>
endobj
255 0 объект
>
endobj
256 0 объект
>
endobj
257 0 объект
>
endobj
258 0 объект
>
endobj
259 0 объект
>
endobj
260 0 объект
>
endobj
261 0 объект
>
endobj
262 0 объект
>
endobj
263 0 объект
>
endobj
264 0 объект
>
endobj
265 0 объект
>
endobj
266 0 объект
>
endobj
267 0 объект
>
endobj
268 0 объект
>
endobj
269 ​​0 объект
>
endobj
270 0 объект
>
endobj
271 0 объект
>
endobj
272 0 объект
>
endobj
273 0 объект
>
endobj
274 0 объект
>
endobj
275 0 объект
>
endobj
276 0 объект
>
endobj
277 0 объект
>
endobj
278 0 объект
>
endobj
279 0 объект
>
endobj
280 0 объект
>
endobj
281 0 объект
>
endobj
282 0 объект
>
endobj
283 0 объект
>
endobj
284 0 объект
>
endobj
285 0 объект
>
endobj
286 0 объект
>
endobj
287 0 объект
>
endobj
288 0 объект
>
endobj
289 0 объект
>
endobj
290 0 объект
>
endobj
291 0 объект
>
endobj
292 0 объект
>
endobj
293 0 объект
>
endobj
294 0 объект
>
endobj
295 0 объект
>
endobj
296 0 объект
>
endobj
297 0 объект
>
endobj
298 0 объект
>
endobj
299 0 объект
>
endobj
300 0 объект
>
endobj
301 0 объект
>
endobj
302 0 объект
>
endobj
303 0 объект
>
endobj
304 0 объект
>
endobj
305 0 объект
>
endobj
306 0 объект
>
endobj
307 0 объект
>
endobj
308 0 объект
>
endobj
309 0 объект
>
endobj
310 0 объект
>
endobj
311 0 объект
>
endobj
312 0 объект
>
endobj
313 0 объект
>
endobj
314 0 объект
>
endobj
315 0 объект
>
endobj
316 0 объект
>
endobj
317 0 объект
>
endobj
318 0 объект
>
endobj
319 0 объект
>
endobj
320 0 объект
>
endobj
321 0 объект
>
endobj
322 0 объект
>
endobj
323 0 объект
>
endobj
324 0 объект
>
endobj
325 0 объект
>
endobj
326 0 объект
>
endobj
327 0 объект
>
endobj
328 0 объект
>
endobj
329 0 объект
>
endobj
330 0 объект
>
endobj
331 0 объект
>
endobj
332 0 объект
>
endobj
333 0 объект
>
endobj
334 0 объект
>
endobj
335 0 объект
>
endobj
336 0 объект
>
endobj
337 0 объект
>
endobj
338 0 объект
>
endobj
339 0 объект
>
endobj
340 0 объект
>
endobj
341 0 объект
>
endobj
342 0 объект
>
endobj
343 0 объект
>
endobj
344 0 объект
>
endobj
345 0 объект
>
endobj
346 0 объект
>
endobj
347 0 объект
>
endobj
348 0 объект
>
транслировать
x +

Множители напряжения | Керамический | Конденсаторы

класса 2

класса 2

Конденсаторы, фиксированные Керамика, однослойная Стопки керамических высоковольтных конденсаторов с выводами, керамический класс 2 свинцовый 8000. 0 125 пФ 250 пФ 2 R2000, R3000
Конденсаторы, фиксированные Керамика, однослойная Стопки керамических высоковольтных конденсаторов с выводами, керамический класс 2 свинцовый 8000. 0 250 пФ 250 пФ 2 R2005
Конденсаторы, фиксированные Керамика, однослойная Стопки керамических высоковольтных конденсаторов с выводами, керамический класс 2 свинцовый 10000. 0 500 пФ 500 пФ 2 R6000
Конденсаторы, фиксированные Керамика, однослойная Наборы высоковольтных керамических конденсаторов с метками для припоя, керамический класс 2 Метки для припоя 19000. 0 1,3 нФ 1,3 нФ 2 R4000
Конденсаторы, фиксированные Керамика, однослойная Наборы высоковольтных керамических конденсаторов с метками для припоя, керамический класс 2 Метки для припоя 11000. 0 2,2 нФ 2,2 нФ 2 R6000
Конденсаторы, фиксированные Керамика, однослойная Наборы высоковольтных керамических конденсаторов с метками для припоя, керамический класс 2 Метки для припоя 8000. 0 370 пФ 500 пФ 2 R2005
Конденсаторы, фиксированные Керамика, однослойная наборы умножителя керамического конденсатора высокого напряжения с выводами, керамика свинцовый 8000. 0 120 пФ 1,4 нФ 2 R4000 (Y5U)
Конденсаторы, фиксированные Керамика, однослойная наборы умножителя керамического конденсатора высокого напряжения с выводами, керамика свинцовый 10000. 0 120 пФ 1,4 нФ 2 R4000 (Y5U)

Высокое напряжение

Высокое напряжение

Эксперименты с высоким напряжением и рентгеновскими лучами

Текст и графика Авторские права © 2005 — 2008 Хеннинг Умланд


Следующие ниже описания даны только для информации.Я никого не поощряю
проводить эксперименты, подобные показанным ниже, и я не несу ответственности за любой ущерб, возникший в результате
такие эксперименты. Люди, работающие с высоким напряжением и рентгеновскими лучами, должны иметь солидный физический опыт.
и электроника и должны знать, что делают. Описанные здесь источники высокого напряжения намного больше
мощнее, чем генераторы статического электричества, например, e. g., машины влияния, генераторы Ван де Граафа и т. д.
Высокое напряжение может убить мгновенно, рентгеновское излучение в долгосрочной перспективе (лучевая болезнь, рак), если с ним не обращаться должным образом.

Эксперименты с различными конструкциями умножителей (II)


В предыдущей главе выходное сопротивление различных умножителей в зависимости от мощности каскада, частоты, номера каскада, номера фазы и других проектных характеристик было определено экспериментально. В этой главе рассказывается о лабораторных испытаниях, которые я провел, чтобы узнать больше о поведении схемы умножителя, работающей под нагрузкой, и, в частности, о распределении напряжения и тока внутри схемы.

Первое, что я узнал, это то, что в ЛЮБОМ умножителе, работающем под нагрузкой, средний постоянный ток, протекающий через каждый диод, I diode , одинаков. Это можно легко проверить, подключив измеритель тока последовательно с любым выбранным диодом в цепи. Поскольку конденсаторы в схеме умножителя блокируют любой постоянный ток, последний должен проходить через диоды. Поскольку диоды включены последовательно, каждый диод имеет одинаковый постоянный ток. Это показано на следующей принципиальной схеме.Путь постоянного тока показан красным:

Путь постоянного тока в полуволновом умножителе


Ток диода в двухполупериодном умножителе составляет половину постоянного тока нагрузки, поскольку последний разделен между двумя пакетами диодов. Соответственно, ток диода в 3-фазном умножителе составляет одну треть тока нагрузки:


I диод = I нагрузка / количество фаз


В полуволновом умножителе с нечетным коэффициентом умножения e.g., тройник, полный постоянный ток протекает через вторичную обмотку трансформатора (см. ниже). При большой нагрузке это может привести к насыщению сердечника, что приведет к высокому току намагничивания и увеличению потерь в трансформаторе.

Путь постоянного тока в полуволновом триплексере


В двухполупериодном умножителе, питаемом от одного трансформатора с вторичной обмоткой с центральным отводом, эта проблема не возникает, потому что магнитные поля, создаваемые постоянными токами, протекающими через вторичную обмотку, компенсируют друг друга.


Для следующих измерений я построил два пробника напряжения. Первый, состоящий из фильтра нижних частот и цифрового вольтметра, используется для измерения среднего постоянного напряжения на конденсаторе, подавляя пульсации напряжения. Другой, состоящий из удвоителя напряжения и цифрового мультиметра, используется для измерения пульсаций напряжения (от пика до пика), падающего на конденсаторе без постоянной составляющей. Прямое напряжение Si-диодов (около 0,7 В) не учитывалось во время измерений.

Датчик напряжения постоянного тока Пробник размаха напряжения


Эксперименты проводились с двухполупериодными схемами, поскольку они оказались наиболее подходящими для моих экспериментов с высоковольтным напряжением и имели наивысший приоритет. Полуволновые схемы могут появиться позже. Опять же, вторичное напряжение каждого трансформатора составляет прибл. 43 В RMS.

Трехступенчатый умножитель:

Первая схема, которую я изучал, была двухполупериодным умножителем с тремя ступенями удвоения, как показано на следующей диаграмме:

Полноволновой множитель с 3 ступенями удвоения


В условиях холостого хода все конденсаторы, кроме C 3 и C 3 ‘(зарядные конденсаторы, подключенные к трансформатору), будут заряжены до 2√2 · U RMS .Напряжение постоянного тока на C 3 и C 3 ‘будет составлять √2 · U RMS каждое (без учета прямого напряжения диодов). Никаких пульсаций напряжения не будет обнаружено ни на одном конденсаторе в цепи. В следующей таблице показано среднее напряжение постоянного тока, U DC , и напряжение пульсаций от пика до пика (U P-P ), измеренные на каждом конденсаторе, когда умножитель подключен к нагрузочному резистору 3,05 кОм:

R L = 3. 05 кОм
C [мкФ] U DC [В] U P-P [В]
C 1 , C 1 40 47,3 13,6
C 2 , C 2 40 65,3 28,2
C 3 , C 3 40 39.7 42,5
C L1 40 40,7 6,7
C L2 40 51,4 5,1
C L3 40 77,5 5,3


Падение постоянного напряжения на R L составляет 169. 5 В в этих условиях (выходное напряжение без нагрузки = 353,5 В). В пределах экспериментальной ошибки выходное напряжение постоянного тока представляет собой сумму напряжений постоянного тока, падающих на трех нагрузочных конденсаторах (от C L1 до C L3 ). Напротив, пульсации напряжения, измеренные на R L (U P-P = 14,0 В), значительно меньше суммы пульсаций напряжений, измеренных на каждом нагрузочном конденсаторе (17,1 В). Это явный признак того, что эти напряжения переменного тока не точно совпадают по фазе! Кажется, что пульсации напряжения на каждом нагрузочном конденсаторе претерпевают фазовый сдвиг от ступени к ступени.В этом случае должна быть возможность найти условия (ток нагрузки, номер ступени), при которых пульсации напряжения на R L становятся очень малыми или даже нулевыми. Мы увидим это позже.

Схема также демонстрирует изменение напряжения переменного тока (от пика до пика, U p-p ), падающего на зарядных конденсаторах. Пульсации напряжения на зарядных конденсаторах каскада, подключенного к нагрузочному резистору (C 1 и C 1 ‘), являются наименьшими. Напряжение пульсаций увеличивается от ступени к ступени и достигает максимума на ступени, подключенной к трансформатору.Соотношение измеренных таким образом пульсаций напряжений составляет примерно 1: 2: 3. Это также должно относиться к переменным токам, протекающим через эти конденсаторы. Таким образом, зарядные конденсаторы рядом с трансформатором подвержены большим диэлектрическим потерям, чем другие, и должны иметь самую высокую вероятность преждевременного выхода из строя. Поэтому желательно «уравнять» напряжение, действующее на конденсаторы. Для следующего эксперимента зарядные конденсаторы соответствуют распределению тока, т.е. е., соотношение их емкостей тоже 1: 2: 3:

R L = 3. 05 кОм
C [мкФ] U DC [В] U P-P [В]
C 1 , C 1 20 48,6 30,6
C 2 , C 2 40 77,7 30,8
C 3 , C 3 60 46.6 30,7
C L1 40 34,8 7,6
C L2 40 61,6 5,6
C L3 40 91,4 5,4


Как и ожидалось, пульсации напряжения на зарядных конденсаторах теперь равны. Кроме того, ток нагрузки повышается с 55,7 мА до 61,2 мА, т.е. э., ок. 10%. Таким образом, мы не только повысили надежность схемы, но и повысили эффективность без использования дополнительной емкости! Пульсации напряжения на нагрузочном резисторе практически не меняются (14,2 В против 14,0 В).

Как и в предыдущей схеме, пульсации напряжения на C L1 ‘сравнительно высоки. Хотя это не так уж важно, я попытался выровнять пульсации напряжения, падающие на нагрузочных конденсаторах.Для этого я увеличил C L1 до 60 мкФ:

R L = 3,05 кОм
C [мкФ] U DC [В] U P-P [В]
C 1 , C 1 20 48,1 30,3
C 2 , C 2 40 77. 5 30,5
C 3 , C 3 60 46,4 30,4
C L1 60 34,5 5,3
C L2 40 61,1 5,5
C L3 40 90.9 5,3


Таблица подтверждает, что напряжения пульсаций сейчас практически равны. Ток нагрузки остается почти неизменным (61,1 мА), но пульсации напряжения на R L уменьшаются с 14,2 В до 12,9 В (при этом конкретном токе нагрузки!).

Во всех трех цепях напряжения постоянного тока на нагрузочных конденсаторах уменьшаются в следующем порядке: C L3 → C L2 → C L1 . Это изменение менее выражено в первой цепи (с одинаковыми зарядными конденсаторами).


Четырехступенчатый множитель:

После этих начальных испытаний я построил двухполупериодный умножитель с четырьмя ступенями удвоения, как показано на следующей принципиальной схеме. Поскольку это модель для моего умножителя на 160 кВ, я хотел изучить ее более тщательно. Я не стал развивать конструкцию с одинаковыми зарядными конденсаторами, потому что предыдущие эксперименты ясно показали, что это сравнительно неэффективно.

Полноволновой умножитель с 4 ступенями удвоения


На фото показана экспериментальная установка умножителя (серый прямоугольник на заднем плане — коротковолновый приемник и не имеет ничего общего со схемой):

Экспериментальная установка 4-ступенчатого умножителя (количество конденсаторов по 20 мкФ: 28)


Для первого эксперимента этой серии я выбрал нагрузочные конденсаторы 40 мкФ (= 2 × 20 мкФ) (от C L1 до C L4 ). Опять же, R L был 3,05 кОм. Были получены следующие результаты:

R L = 3,05 кОм
C [мкФ] U DC [В] U P-P [В]
C 1 , C 1 20 17,0 30.1
C 2 , C 2 40 45,4 30,3
C 3 , C 3 60 75,3 30,1
C 4 , C 4 80 44,9 29,9
C L1 40 4. 3 5,4
C L2 40 30,6 4,7
C L3 40 59,7 4,3
C L4 40 89,6 4,8


Выходное напряжение без нагрузки составляло 466 В. Падение постоянного напряжения на R L составляло 184 В.Напряжение пульсаций (U PP ) на R L составляло 4,9 В. Последнее намного меньше, чем сумма пульсаций напряжений, падающих на нагрузочные конденсаторы C L1 , C L2 , C L3 , и C L4 соответственно (= 13,8 В). Как и в случае с трехступенчатым умножителем, пульсации напряжения на C L1 самые высокие. Чтобы уменьшить его, я увеличил C L1 до 50 мкФ:

R L = 3.05 кОм
C [мкФ] U DC [В] U P-P [В]
C 1 , C 1 20 16,9 30,0
C 2 , C 2 40 45,0 30,2
C 3 , C 3 60 74. 7 30,1
C 4 , C 4 80 44,5 29,9
C L1 50 4,4 4,4
C L2 40 30,4 4,7
C L3 40 59.2 4,3
C L4 40 88,8 4,8


На первый взгляд результат оказался успешным, но пульсации напряжения на R L увеличились примерно на 10% (с 4,9 В до 5,4 В). Однако это может зависеть от тока нагрузки.

Для следующего эксперимента я уменьшил каждый нагрузочный конденсатор до 20 мкФ:

R L = 3.05 кОм
C [мкФ] U DC [В] U P-P [В]
C 1 , C 1 20 18,2 30,6
C 2 , C 2 40 45,2 30,8
C 3 , C 3 60 75. 1 30,6
C 4 , C 4 80 44,9 30,2
C L1 20 6,8 8,7
C L2 20 30,6 6,5
C L3 20 59.3 5,3
C L4 20 89,0 6,4


Как и ожидалось, теперь пульсации напряжения на нагрузочных конденсаторах выше. Напряжение пульсаций на R L увеличилось с 4,9 В P-P до 5,4 В P-P (не так сильно, как ожидалось). Однако выходное напряжение постоянного тока остается практически постоянным (186 В), т.е. е., выходное сопротивление не зависит от нагрузочных конденсаторов!

В следующей таблице показаны результаты, полученные с теми же конденсаторами, но с пониженным током нагрузки (R L = 6.1 кОм):

R L = 6,1 кОм
C [мкФ] U DC [В] U P-P [В]
C 1 , C 1 20 47,7 21,7
C 2 , C 2 40 66. 3 21,9
C 3 , C 3 60 86,9 21,8
C 4 , C 4 80 48,5 21,7
C L1 20 38,8 9,0
C L2 20 55.4 6,0
C L3 20 75,4 4,8
C L4 20 95,5 4,3


В этих условиях выходное напряжение составляет 266 В (напряжение холостого хода 466 В). Как и ожидалось, напряжение постоянного тока на каждом конденсаторе выше, чем раньше. За исключением C L1 , то же самое относится к напряжению переменного тока.Я был удивлен, когда измерил пульсирующее напряжение на R L . Несмотря на меньшую нагрузку, она выросла до 20 В P-P !

Опять же, я увеличил C L1 , чтобы уменьшить пульсации напряжения, падающие на этом конденсаторе:

R L = 3,05 кОм
C [мкФ] U DC [В] U P-P [В]
C 1 , C 1 20 17.7 30,2
C 2 , C 2 40 45,0 30,5
C 3 , C 3 60 74,7 30,2
C 4 , C 4 80 44,8 30,0
C L1 30 6. 0 6,4
C L2 20 30,6 6,3
C L3 20 59,1 5,2
C L4 20 88,6 6,3


Как и ожидалось, пульсации напряжения на C L1 уменьшились.Однако выходное пульсирующее напряжение снова выросло (с 5,4 В до 5,9 В). Поэтому я отказался от этой конструкции и выбрал для дальнейших экспериментов конденсаторы равной нагрузки.


Из экспериментальных результатов, полученных к настоящему времени, мы можем сделать следующие выводы для конструкции двухполупериодных умножителей:

  1. Конструкция с зарядными конденсаторами, увеличивающимися от выходной стороны к входной (трансформаторной), более эффективна, чем конструкция с равными конденсаторами. Предпочтительно, C 2 должно быть 2 × C 1 , C 3 должно быть 3 × C 1 и так далее.Это обеспечивает одинаковое падение напряжения переменного тока на каждом зарядном конденсаторе.
  2. Все нагрузочные конденсаторы могут быть одинаковыми. Увеличение C L1 по сравнению с другими конденсаторами нагрузки на самом деле не улучшает поведение схемы. Исключением из этого правила может быть трехступенчатый множитель (см. Выше).
  3. Емкость пакета нагрузки не оказывает значительного влияния на падение постоянного напряжения на нагрузочном резисторе, но влияет на пульсации напряжения на последнем.Однако это влияние не так сильно, как ожидалось. В практических условиях каждый нагрузочный конденсатор может находиться в диапазоне C 1 … 2 × C 1 .
  4. Пульсации напряжения, накладываемые на выходное напряжение постоянного тока, не обязательно увеличиваются при увеличении постоянного тока нагрузки, но изменяются более сложным образом.


Несколько сбивающие с толку результаты, касающиеся пульсаций напряжения, заставили исследовать выходное напряжение (составляющие постоянного и переменного тока) в более широком диапазоне токов нагрузки.

Первый эксперимент был проведен с нагрузочными конденсаторами 20 мкФ. Сначала было измерено среднее выходное напряжение постоянного тока при различных токах нагрузки. На диаграмме показано выходное напряжение постоянного тока как функция тока нагрузки (точки данных и сглаженная кривая U / I, полученная с помощью метода B-сплайнов):

Зависимость выходного напряжения постоянного тока от тока нагрузки (нагрузочный конденсатор: 20 мкФ на ступень)


Кривая показывает, что существует довольно линейная зависимость U / I при низких токах нагрузки.Кривая выравнивается только после того, как выходное напряжение упадет ниже прибл. 40% от напряжения холостого хода.

Следующая диаграмма показывает пульсации напряжения U P-P как функцию постоянного тока нагрузки:

Пульсации напряжения (от пика до пика) в зависимости от тока нагрузки (нагрузочный конденсатор: 20 мкФ / ступень)


Результат довольно удивительный. Первоначально пульсирующее напряжение возрастает пропорционально току нагрузки, как и ожидалось.Затем, однако, кривая выравнивается, и пульсации напряжения проходят через широкий максимум, за которым следует резкий минимум. Другой максимум, за которым следует менее отчетливый минимум, возникает по мере дальнейшего увеличения тока нагрузки. Чем объяснить это странное поведение? В настоящее время мне приходит в голову только одно объяснение: как только возникает ток нагрузки, на каждом конденсаторе пакета нагрузки падает пульсация напряжения. При малых токах нагрузки пульсации напряжения почти совпадают по фазе, а пульсации напряжения на нагрузочном резисторе почти представляют собой сумму пульсаций напряжений, измеренных на соответствующих конденсаторах нагрузки.По мере увеличения тока нагрузки увеличивается фазовый сдвиг пульсирующего напряжения от ступени к ступени, и напряжение, измеренное на нагрузочном резисторе, становится меньше суммы. Наконец, когда угол фазы становится достаточно большим, пульсации напряжения определенных ступеней компенсируют друг друга (не полностью, поскольку амплитуды различаются). Это когда кривая проходит через минимум.

Это, наверное, довольно экзотические условия работы умножителя. При большой нагрузке умножитель с меньшим числом ступеней во многих случаях будет более эффективным, поскольку падение напряжения будет намного меньше.

Я повторил этот эксперимент с нагрузочными конденсаторами 40 мкФ. Соответствующие кривые напряжения постоянного тока и пульсации напряжения в зависимости от тока нагрузки показаны ниже.

Зависимость выходного напряжения постоянного тока от тока нагрузки (нагрузочный конденсатор: 40 мкФ на ступень)


Приведенная выше кривая постоянного тока выглядит почти идеальной копией кривой, полученной с нагрузочными конденсаторами 20 мкФ. Это еще раз подтверждает, что падение постоянного напряжения под нагрузкой не зависит от выбранных конденсаторов нагрузки (возможно, в определенных пределах).

Зависимость пульсации напряжения от тока нагрузки (нагрузочный конденсатор: 40 мкФ на ступень)


Кривая пульсации напряжения показывает ту же картину, что и кривая с конденсаторами 20 мкФ. Как и ожидалось, пульсации напряжения при заданном токе нагрузки ниже при выборе конденсаторов большей емкости, поскольку они накапливают больше энергии и сглаживают выходное напряжение более эффективно, чем конденсаторы меньшей емкости. Интересно отметить, что пульсации напряжения не уменьшаются так сильно, как ожидалось, при увеличении емкости нагрузки с 20 мкФ до 40 мкФ на каскад.

Будет продолжено …

Вернуться на страницу HV

Дом

(PDF) Новая топология умножителя напряжения на резонансном конденсаторном диоде для импульсных источников питания

J. Electric Systems

13-3 (2017):

517-527

Ссылки

[1] Х. Бермаки, А. Semmak, Y. Bellebna, A. Tilmatine, M. Rebersek, D. Micklavcic, «Твердотельный высоковольтный генератор импульсного электрического поля

для применения в пищевой промышленности», 4-я Международная конференция по электротехнике

Engineering (ICEE), стр.1-, 2015.

[2] Т. Сакамото, А. Нами, М. Акияма и Х. Акияма, «Повторяющийся твердотельный импульсный генератор типа Маркса

, использующий многокаскадные переключающие конденсаторные ячейки», IEEE Trans . Наука о плазме, т. 40, pp. 2316-2321,

2012.

[3] Л. Редондо, «Схема умножителя постоянного напряжения, работающая как генератор высоковольтных импульсов», IEEE Trans.

Наука о плазме, т. 38, pp. 2725-2729, 2010.

[4] M.П. Годро, Т. Хоуки, Дж. Петри и М. Кемпкес, «Твердотельная импульсная система питания для обработки пищевых продуктов

», Наука о импульсной плазме (PPPS-2001), стр. 1174-1177, 2001.

[5] Х. Лю, В. Се, Дж. Юань, Л. Ван, Х. Ма, П. Цзян, «Дизайн компактного модуля Маркса с прямоугольным импульсом

на выходе», Review of Scientific Instruments, Vol. 87, pp. 074706, 2016.

[6] Т. Адачи, Т. Араи, К. У. Лео, К. Такаяма и А. Токучи, «Твердотельный генератор Маркса, управляемый прерывателем линз Einzel

,» Обзор Научные инструменты, т.82, стр. 083305, 2011.

[7] Дж. Биела, Д. Аггелер, Д. Бортис и Дж. У. Колар, «Балансировочная схема для переключателя импульсной мощности 5 кВ / 50 нс

на основе суперкаскода Sic-Jfet. , «IEEE Trans. Наука о плазме, т. 40, pp. 2554-2560, 2012.

[8] Т. Сакамото и Х. Акияма, «Двойной твердотельный генератор Маркса с короткой шириной импульса», IEEE Trans.

Наука о плазме, т. 41, pp. 2649-2653, 2013.

[9] П. Давари, Ф. Заре, А. Гош и Х.Акияма, «Высоковольтный модульный источник питания с использованием параллельной и последовательной конфигураций

обратного преобразователя для импульсных источников питания», IEEE Trans. Наука о плазме, т. 40, pp.

2578-2587, 2012.

[10] Л. Раймонд, У. Лян, Л. Гу и Дж. Р. Давила, «Высоковольтный многоуровневый резонансный преобразователь постоянного тока в постоянный ток

, 13,56 МГц», IEEE 16-й семинар по управлению и моделированию для силовой электроники (COMPEL), стр. 1-8,

2015.

[11] C.-M. Янг, М.-Х. Чен, Т.-А. Чанг, К.-К. Ко, К.-К. Джен, «Каскадный умножитель напряжения Кокрофта – Уолтона

, применяемый к бестрансформаторному повышающему преобразователю постоянного тока в постоянный», IEEE Trans. Промышленная электроника,

т. 60, pp. 523-537, 2013.

[12] A. Elserougi, AM. Масуд, AM. Ибрагим, С. Ахмед, «Генератор импульсов высокого напряжения на основе преобразователей постоянного тока

и конденсаторно-диодных умножителей напряжения для систем водоподготовки», IEEE Trans.Dielectr.

Электр. Insul, Vol.22, No. 6, pp.3290-8, 2015.

[13] М. Резанежад, А. Шейхолеслами и Дж. Адаби, «Модульная топология умножителя напряжения на коммутируемом конденсаторе для импульсного источника питания

. «IEEE Trans. Диэлектрики и электроизоляция, т. 21, pp. 635-643, 2014.

[14] М. Резанеджад, А. Шейхолеслами, Дж. Адаби и М. Валинеджад, «Портативный импульсный источник питания высокого напряжения

, питаемый от источника низкого напряжения», Международный Журнал электроники, т.103, pp. 1-10, 2015.

[15] S. Mao, J. Popovic, JA. Феррейра, «Исследование скорости импульсов высокого напряжения для высоковольтных источников питания постоянного и постоянного тока

на основе умножителей напряжения», 17 евро. Конф. Мощность Электр. и приложения, стр. 1-10, 2015

[16] Б. Аксельрод, Ю. Беркович, «Внешние характеристики повышающего преобразователя с умножителем напряжения Кокрофта-Уолтона

», EDPE Conf., стр. 48-53 , 2015.

[17] Б. Аксельрод, Ю. Бек, Ю.А. Беркович, “Высоконадежный повышающий преобразователь постоянного тока в постоянный ток на основе индукторно-импульсного повышающего преобразователя

и диодно-конденсаторного умножителя: установившийся режим и динамика”. IET Power Electr.,

Том 8, № 8, стр. 1420-8, 2015.

[18] JC. Росас-Каро, JC. Майо-Мальдонадо, А. Вальдеррабано-Гонсалес, Ф. Бельтран-Карбахал, JM. Рамирес:

Арредондо, младший. Родригес-Родригес, «Повышающий преобразователь умножителя постоянного тока в постоянный с резонансным переключением», Electric

Power Systems Research, Vol.28, pp.83-90, 2015.

[19] JE. Вальдес-Ресендис, А. Клаудио-Санчес, JC. Росас-Каро, Г.В. Герреро-Рамирес, JC. Mayo-Maldonado,

A. Tapia-Hernández, «Резонансный коммутируемый конденсаторный умножитель напряжения с возможностью чередования», Electric

Power Systems Research, Vol.30, pp.365-72, 2016.

[20] S. Zabihi , Ф. Заре, Г. Ледвич, А. Гош и З. Забихи, «Новый высоковольтный преобразователь

на основе CDVM, использующий маломощные твердотельные переключатели и настроенный резонансный контур, разработанный для импульсных источников питания»,

3rd Power Electronics and Drive Systems Technology (PEDSTC), стр.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *