Умножитель напряжения на диодах и конденсаторах

Онлайн калькуляторы

На нашем сайте собрано более 100 бесплатных онлайн калькуляторов по математике, геометрии и физике.

Справочник

Основные формулы, таблицы и теоремы для учащихся. Все что нужно, чтобы сделать домашнее задание!

Заказать решение

Не можете решить контрольную?!
Мы поможем! Более 20 000 авторов выполнят вашу работу от 100 руб!

Главная Справочник Физика 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

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Двухполупериодный умножитель

До недавнего времени умножители напряжения недооценивали. При частоте переключения 1 кГц, и тем более при 20 кГц, умножитель напряжения заслуживает переоценки его возможностей. Некоторые полезные схемы умножителей напряжения показаны на рис. А показывает, что способ начертания схемы может иногда вводить в заблуждение.

Умножитель напряжения облегчает создание хорошего инвертора. Трансформатор инвертора лучше всего работает с коэффициентом трансформации около единицы.

Поиск данных по Вашему запросу:

Двухполупериодный умножитель

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Умножители напряжения — теория, практика, схемы
• Умножитель напряжения схема
• Удвоитель напряжения
• Генератор Кокрофта — Уолтона
• Умножитель напряжения на диодах и конденсаторах
• Умножители напряжения схема

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Как сделать удвоитель напряжения из диодов и конденсаторов, увеличиваем напряжение на трансформаторе

Умножители напряжения — теория, практика, схемы

Принципиальная схема умножителя данного типа была разработана в году швейцарским физиком Генрихом Грейнахером. По этой причине каскадный удвоитель данного типа иногда называют умножителем Грейнахера [1]. Более известно, что умножитель был построен в году Джоном Кокрофтом и Эрнстом Уолтоном для использования его в качестве высоковольтного источника напряжения в ускорителе заряженных частиц , предназначенного для проведения эксперимента по искусственному расщеплению атомных ядер практически одновременно такой же эксперимент впервые в СССР был проведен в УФТИ , поэтому иногда умножитель напряжения называют генератором Кокрофта — Уолтона [1].

Умножитель напряжения преобразует переменное, пульсирующее напряжение в высокое постоянное напряжение. Умножитель строится из лестницы конденсаторов и диодов. В отличие от трансформатора такой метод не требует тяжёлого сердечника и серьёзной изоляции, так как напряжения на всех ступенях равны.

Ещё одним преимуществом является возможность снять напряжение с любой ступени схемы, так же как в многоотводном трансформаторе.

Несмотря на свои теоретические недостатки и ограничения, умножитель напряжения стал такой же классикой в электронной схемотехнике для получения высокого постоянного напряжения как и двухполупериодный выпрямитель диодный мост для получения постоянного тока из переменного.

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. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии , проверенной 6 июля ; проверки требует 1 правка.

Категории : Электроэнергетика Электрогенераторы Физика элементарных частиц Экспериментальная физика Ускорители частиц.

Пространства имён Статья Обсуждение. В других проектах Викисклад. Эта страница в последний раз была отредактирована 12 февраля в Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike ; в отдельных случаях могут действовать дополнительные условия. Подробнее см. Условия использования. Политика конфиденциальности Описание Википедии Отказ от ответственности Свяжитесь с нами Разработчики Заявление о куки Мобильная версия.

Умножитель напряжения схема

Все конструкции обычно состоят из конденсаторов и диодов, для получения значений свыше киловольта, нужно применять специальные высоковольтные диоды и неполярные конденсаторы. Эти конструкции широко используют в лазерной технике, в различных высоковольтных конструкциях, например в люстре Чижевского , самодельных электрошокерах , в ионизаторах воздуха , самодельных бытовых дозиметрах. Однофазные несимметричные схемы умножения представляют собой последовательное подключение нескольких одинаковых однотактных схем выпрямления с емкостной нагрузкой. В схеме каждая последующуя емкость заряжается до более высокого значения. Если ЭДС вторичной обмотки трансформатора направлена от точки а к точке б , то открывается первый диод и идет заряд С1. Этот конденсатор заряжается до U равного амплитуде на вторичной обмотке трансформатора U 2m. Во время отрицательной полуволны емкость С1 заряжается через открытый диод VD1 до амплитудного значения U.

Однополупериодный умножитель напряжения на рисунке ниже (a) Двухполупериодный удвоитель напряжения состоит из пары.

Удвоитель напряжения

Портал QRZ. RU существует только за счет рекламы, поэтому мы были бы Вам благодарны если Вы внесете сайт в список исключений. Мы стараемся размещать только релевантную рекламу, которая будет интересна не только рекламодателям, но и нашим читателям. Отключив Adblock, вы поможете не только нам, но и себе. 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.

Генератор Кокрофта — Уолтона

Умножители напряжения — это специальные схемы преобразующие в сторону увеличения уровень напряжения. Такие схемы обычно совмещают в себе две функции: выпрямление и умножение напряжения. Применение умножителей наиболее оправдано в случаях, когда наличие дополнительного повышающего трансформатора нежелательно повышающий трансформатор — элемент достаточно сложный, особенно при высокой частоте напряжения, и габаритный или не может обеспечить требуемый уровень напряжения при высоких напряжениях высока вероятность пробоя между витками вторичной обмотки трансформатора. Схемы умножителей, как правило, строятся с использованием свойств однофазного однополупериодного выпрямителя, работающего на емкостную нагрузку. Этот выпрямитель во время своей работы может создавать между определенными точками напряжение, величина которого больше величины входного напряжения.

Удвоитель напряжения представляет собой источник питания постоянного тока, на вход которого может поступать напряжение переменного тока В или В.

Умножитель напряжения на диодах и конденсаторах

Двухполупериодный удвоитель напряжения свободен от некоторых недостатков однополупериодного удвоителя напряжения. На рисунке изображена схема цепи, которая работает как двухполупериодный удвоитель напряжения. В течение положительного полупериода входного сигнала конденсатор C j заряжается через диод D j до максимального значения входного сигнала переменного тока. В течение отрицательного полупериода конденсатор С 2 заряжается через диод D 2 до максимального значения входного сигнала. Когда входной сигнал переменного тока меняет знак, конденсаторы Cj и С 2 последовательно разряжаются через нагрузку. Поскольку каждый конденсатор заряжен до максимального значения входного сигнала, полное напряжение на нагрузке будет в два раза больше максимального значения входного сигнала.

Умножители напряжения схема

На нашем сайте собрано более бесплатных онлайн калькуляторов по математике, геометрии и физике. Не можете решить контрольную?! Мы поможем! Более 20 авторов выполнят вашу работу от руб! 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.

Двухполупериодный удвоитель напряжения свободен от некоторых недостатков однополупериодного удвоителя напряжения.

Умножитель напряжения — это контур, способный выдать напряжение, в несколько раз превышающее полученное. Однополупериодный умножитель напряжения, так же, как и однополупериодный выпрямитель, вырабатывает напряжение только во время одной половины цикла входного переменного тока. Контур однополупериодного удвоителя напряжения состоит из вторичной обмотки трансформатора, электролитического конденсатора С1 , диода D1 и сопротивления нагрузки RL.

В отдельных каскадах переменное напряжение выпрямляется, а выпрямленные напряжения включаются последовательно и суммируются. Связь каскадов с источниками питания осуществляется через ёмкости или посредством взаимной индукции. Питание каскадов может быть как последовательным, так и параллельным. Умножитель напряжения преобразует переменное, пульсирующее напряжение в высокое постоянное напряжение. Умножитель строится из лестницы конденсаторов и диодов. В отличие от трансформатора такой метод не требует тяжёлого сердечника и усиленной изоляции, так как напряжения на всех ступенях равны.

Умножитель напряжения представляет собой специальную схему выпрямителя, вырабатывающую выходное напряжение, которое теоретически равно пиковому переменному входному напряжению, увеличенному в целое число раз; например, переменное входное напряжение умноженное в 2, 3 или 4 раза.

Таким образом, можно получить В пост из В пик , используя удвоитель, или В пост из учетверителя.

Принципы построения и работы схем умножения напряжения. В последнее время радиолюбители все чаще и чаще интересуются схемами питания построенным по принципу умножения напряжения. Причин этому можно назвать много, одни из самых главных — появление на рынке малогабаритных конденсаторов большой емкости и резкое удорожание медного провода, использовавшегося при намотке трансформаторов. Немаловажно и то, что схемы с умножением напряжения позволяют значительно снизить вес и габариты аппаратуры. Однако многие попытки выбора радиолюбителями таких схем заканчиваются неудачей, поскольку не соблюдаются несколько непременных условий для достаточно надежной и качественной работы таких, казалось бы, простых схем.

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.

Как работает умножитель напряжения?

• по:
Мануэль Родригес-Ачач

Если вам нужно высокое напряжение, умножитель напряжения — один из самых простых способов его получить. Умножитель напряжения — это специальный тип схемы выпрямителя, который преобразует переменное напряжение в более высокое постоянное напряжение. Изобретенные Генрихом Грейнахером в 1919 году, они использовались в конструкции ускорителя частиц, который осуществил первый искусственный ядерный распад, так что вы знаете, что они серьезны.

Теоретически выход умножителя представляет собой целое число, умноженное на пиковое входное напряжение переменного тока, и хотя они могут работать с любым входным напряжением, в основном умножители напряжения используются при очень высоких напряжениях, порядка десятков тысяч или даже миллионов.

вольт, необходимы. Их преимущество заключается в том, что их относительно легко построить, и они дешевле, чем эквивалентный высоковольтный трансформатор с такими же выходными характеристиками. Если вам нужны искры для вашей безумной науки, возможно, умножитель напряжения сможет их вам обеспечить.

Для работы схемы умножителя требуется источник питания переменного тока. Для простоты предположим, что одна сторона источника питания заземлена и имеет нулевой потенциал, а другая колеблется между плюсом и минусом U (в примере 100 В). Вот что происходит:

1. Конденсатор C ₁ заряжается через диод D ₁ при напряжении U (100 В) источника питания, которое находится на его отрицательном пике. Обратите внимание, что это приводит к тому, что конденсатор становится положительным с правой стороны и отрицательным с левой. Желтая линия указывает направление тока
2. Теперь у нас есть +100 В на верхней стороне блока питания, и это напряжение добавляется к напряжению C ₁  , которое было заряжено на предыдущем шаге. Поэтому конденсатор С2 заряжается через D ₂ до 200 В или 2U (100 В от источника питания плюс 100 В от С2).
3. Заряд, хранящийся в C ₁ , использовался в предыдущем цикле для зарядки C ₂ , поэтому C ₁ теперь заряжается через D ₁ , как и на шаге 1. Кроме того, конденсатор C ₃ заряжается через Д ₃  до 2U. Почему 2У? Поскольку C ₁ разряжен, точка «а» на схеме имеет нулевой потенциал, а C ₃ видит 200 В C2.
4. Источник питания снова находится на положительном пике, и C2 теперь перезаряжается, как на шаге 2. В то же время конденсатор C ₄ заряжается до 200 В, потому что это разница потенциалов, которую он видит: 400 В при на его положительной стороне (100 В источника питания плюс 100 В C ₁ плюс 200 В C ₃ ) и 200 В на его отрицательной стороне, что является потенциалом C ₂ .

Как мы видим, мы закончим с 400 В между землей и выходом (точки a и b на последнем рисунке), фактически учетверив напряжение питания.

Это идеализированное объяснение, и, как вы можете догадаться, реальность всегда сложнее. Например, конденсаторы не заряжаются мгновенно, поэтому они не достигают полного напряжения, пока не пройдет несколько циклов, в зависимости от зарядного тока, который может обеспечить источник питания.

Множитель, который мы только что обсуждали, состоит из двух ступеней. Каждый каскад состоит из двух конденсаторов и двух диодов, и каждый из них добавляет в два раза больше напряжения источника питания, поэтому, например, пятикаскадный умножитель будет иметь выходное напряжение, в десять раз превышающее входное напряжение. Обратите внимание, что каждый компонент в схеме воспринимает не более чем удвоенное пиковое входное напряжение, обеспечиваемое источником, поэтому вы можете использовать низковольтные компоненты и множество каскадов для получения очень высокого выходного напряжения.

Однако выходное напряжение упадет, как только вы подключите нагрузку к цепи, в соответствии с этой формулой. Здесь мы видим, что нам нужна высокая частота и большая емкость, чтобы свести к минимуму падение напряжения, и что это падение увеличивается с увеличением тока, а также очень быстро с увеличением количества каскадов. Фактически, поскольку это зависит от куба числа ступеней, умножитель с десятью ступенями имеет в 1000 раз большее падение напряжения, чем умножитель с одной ступенью.

Еще одна ситуация, возникающая при наличии очень высокого напряжения, — это коронный разряд, представляющий собой электрический разряд, возникающий, когда напряженность электрического поля вокруг проводника достаточно высока. Корона действует как нежелательная нагрузка на умножитель, снижая выходную мощность. Один из способов минимизировать коронный разряд — уменьшить кривизну проводов, избегая острых углов, выступающих точек и проводов малого диаметра. По этой причине используются концевые точки и проводники большого диаметра. Это, конечно, усложняет конструкцию умножителей очень высокого напряжения, но в то же время объясняет их впечатляющий вид, как на картинке.

Самодельный умножитель напряжения, разработанный [rmcybernetics]Создание умножителя напряжения для получения высокого напряжения — популярный проект, и это довольно просто, если напряжение не слишком велико, чтобы коронный разряд не начал создавать проблемы. Все, что вам нужно, помимо источника питания переменного тока, такого как неоновый трансформатор, — это несколько высоковольтных диодов и конденсаторов. Практическое использование включает, среди прочего, рентгеновские аппараты, фотокопировальные аппараты, ионизаторы воздуха и микроволновые печи. В верхней части спектра находятся умножители, используемые для исследований в ускорителях частиц, высотой в несколько метров, которые могут достигать миллионов вольт.

Умножитель высокого напряжения имеет почтенную историю в ускорителях частиц, и даже Нобелевская премия по физике была присуждена за исследования, которые стали возможными благодаря ему. Однако с появлением новых технологий, в частности радиочастотных квадрупольных систем, эти великолепные умножители ушли в прошлое. Нам их будет не хватать, и, конечно же, это не мешает вам создавать свои собственные.

Опубликовано в Куратор, Инженерия, Избранное, SliderTagged cockroft-walton, высокое напряжение, ускоритель частиц, выпрямитель, умножитель напряжения

Умножители напряжения — полупериодный удвоитель напряжения, утроитель напряжения, учетверитель напряжения

В схеме умножителя напряжения два или более пиковых выпрямителя соединены каскадом для получения напряжения постоянного тока, равного множителю пиковых входных напряжений В _p т. е. 4 В _р .

ПОЛОВИННЫЙ УДАВИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Умножитель напряжения, выходной сигнал которого составляет постоянный ток. напряжение в два раза больше пикового переменного тока. входного напряжения, называется удвоителем напряжения. На рисунке ниже показана схема полуволнового удвоителя напряжения.

Полупериодный удвоитель напряжения

Во время положительного полупериода входного сигнала диод DI открыт, а диод D ₂ отключается, заряжая конденсатор CI до пикового выпрямленного напряжения, т. е. В _м . Во время отрицательного полупериода диод D ₁ отключается, а диод D ₂ проводит зарядку конденсатора C ₂ . Можно отметить, что во время отрицательного полупериода напряжение на конденсаторе C ₁ включен последовательно с входным напряжением. Следовательно, общее напряжение, подаваемое на конденсатор C ₂ , равно 2 В _м в течение отрицательного полупериода.

В следующий положительный полупериод диод D ₂ не проводит ток, и конденсатор будет разряжаться через нагрузку. Если к конденсатору C ₂ не подключена нагрузка, оба конденсатора остаются полностью заряженными (т. е. C ₁ до V _м и C ₂ до 2V _м ). Можно отметить, что оба диода D ₁ и D ₂ имеют пиковое обратное напряжение (PIV) 2 В _м каждый.

Двухполупериодный удвоитель напряжения

На приведенном выше рисунке показана еще одна схема удвоителя напряжения, известная как двухполупериодный удвоитель напряжения. В этой цепи во время положительного полупериода переменного тока входное напряжение, диод D ₁ проводит зарядку конденсатора CI до пикового напряжения В _м с соблюдением полярности. Диод D ₂ в это время отключен.
Во время отрицательного полупериода диод D ₂ проводит (пока D ₁ в отсечке) зарядный конденсатор C ₂ на В _м 5 . Если к выходу подключена нагрузка, то выходное напряжение равно .2В _м . Однако если нагрузка подключена, то напряжение будет меньше 2В _м .

УСТРОЙСТВО НАПРЯЖЕНИЯ

Во время первого положительного полупериода конденсатор C ₁ заряжается через диод D ₁ до пикового напряжения В _{м 15 12 . Во время отрицательного полупериода конденсатор C 2 заряжается через диод D 2 до удвоенного пикового напряжения 2V m развиваемый суммой напряжений на конденсаторе C 1 и входного сигнала.}

Утроенная цепь напряжения

Во время второго положительного полупериода диод D ₂ проводит ток, и напряжение на конденсаторе C ₂ заряжает конденсатор C ₃ до того же значения пиковое напряжение. Тройной выход на C ₁ и C ₃ соединены последовательно, выходное напряжение в три раза превышает входное напряжение.

СЧЕТВОРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Добавление еще одной диодно-конденсаторной секции к триплеру напряжения дает выходное напряжение, в четыре раза превышающее пиковое напряжение. Принципиальная схема показана на рисунке ниже.

Цепь учетверителя напряжения

В схеме такого типа C ₁ заряжает до В _м , через D ₁ , C ₂ charges through D ₂ , C ₃ and C ₄ charges through D4, C ₂ , C ₃ and C ₄ заряжается от 2V _m . Выход 4 В _м берется через C ₂ и C ₄ .

Частота пульсаций в два раза превышает входную частоту.

Теоретически не существует верхнего предела степени умножения напряжения, которую можно получить.