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.

Тип умножителя	&nbsp Последовательный Параллельный
Количество ступеней умножителя	&nbsp 1 (2U)2 (4U)3 (6U)4 (8U)5 (10U)
Сопротивление нагрузки (кОм)
Частота входного напряжения (по умолчанию 50), Гц
Допустимый коэффициент пульсаций Uвых, %
Ёмкость конденсатора C1 (МкФ)
Ёмкость конденсатора C2 (МкФ)
Ёмкость конденсатора C3 (МкФ)
Ёмкость конденсатора C4 (МкФ)
Ёмкость конденсатора C5 (МкФ)
Ёмкость конденсатора C6 (МкФ)
Ёмкость конденсатора C7 (МкФ)
Ёмкость конденсатора C8 (МкФ)
Ёмкость конденсатора C9 (МкФ)
Ёмкость конденсатора C10 (МкФ)

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.

 

Умножители напряжения из старых деталей

Статьи

В настоящее время многие популярные радиолюбительские устройства содержат в своем составе умножитель напряжения, преобразующий напряжение электрической сети 220 В в высокое напряжение 2000…4000 В. Это могут быть устройства, предназначенные для борьбы с тараканами, устройства для ионизации воздуха. Схемы таких устройств неоднократно были опубликованы в радиолюбительской литературе, например, в [1, 2].

В устройствах из [1, 2] для изготовления высоковольтного умножителя, который является основной частью этих конструкций, используют современные малогабаритные детали, поэтому габариты этих устройств незначительны. Однако следует отметить, что практически все малогабаритные высоковольтные детали, входящие в состав высоковольтного умножителя, являются достаточно дорогостоящими.

 

Часто нет необходимости в изготовлении малогабаритной версии этих устройств. В этом случае для изготовления умножителя напряжения можно использовать старые радиодетали, имеющие высокое рабочее напряжение — 600, 1000, 2000 В, но и большие габариты. Это могут быть старые конденсаторы типа МБГ, старые высоковольтные диодные столбы типа D1004-D1010 и им подобные радиодетали прошлого века, которые сейчас не используют в современной технике и продают на радиорынках по низким ценам. Стоимость устройств, выполненных с применением старых радиодеталей, тоже будет невысокой.

В простых умножителях высокого напряжения начальное напряжение для последующего умножения берется прямо из электрической сети 220 В. Однако в случае использования высоковольтных деталей для построения умножителей напряжения целесообразно использовать начальное напряжение умножения не из бытовой электрической сети, а повышенное в несколько раз, во столько, сколько смогут выдержать используемые высоковольтные детали. Использование повышенного входного напряжения на входе умножителя позволит сократить количество каскадов умножения и тем самым уменьшит количество используемых деталей для построения умножителя напряжения.

В простых умножителях высокого напряжения начальное напряжение для последующего умножения берется прямо из электрической сети 220 В. Однако в случае использования высоковольтных деталей для построения умножителей напряжения целесообразно использовать начальное напряжение умножения не из бытовой электрической сети, а повышенное в несколько раз, во столько, сколько смогут выдержать используемые высоковольтные детали. Использование повышенного входного напряжения на входе умножителя позволит сократить количество каскадов умножения и тем самым уменьшит количество используемых деталей для построения умножителя напряжения.

Наиболее просто первоначально «умножить» напряжение сети можно, используя резонансный метод, как это показано на рис.1. Как видно из этого рисунка, резонансный умножитель напряжения представляет собой последовательный контур, имеющий резонанс в области частот 50 Гц. Следовательно, на элементах этого контура, на катушке или конденсаторе, будет повышенное напряжение. Оно будет тем выше, чем резонанс цепи будет ближе к частоте 50 Гц, которая используется в электрической сети. Однако необходимо избегать равенства частот резонанса сети и контура, так как в этом случае на элементах контура L1 и С1 будет чрезвычайно высокое напряжение, которое может привести к выходу этих элементов из строя.

В качестве катушки индуктивности L1 используют дроссель фильтра лампового телевизора или приемника. Дроссели фильтра сейчас практически нигде не применяют, и их стоимость на рынках низка. Вполне можно использовать в качестве L1 первичную обмотку малогабаритного сетевого трансформатора или анодную обмотку старого «звукового» трансформатора от лампового приемника или телевизора, или первичную обмотку ТВК. Емкость конденсатора С1 зависит от величины индуктивности L1 и желаемого первоначального напряжения на входе умножителя напряжения. Емкость конденсатора целесообразно подбирать экспериментально, начиная с небольших значений, например с 0,1 мкФ. Резонансную частоту контура необходимо установить выше частоты электрической сети 50 Гц. Это скажется благоприятно на условиях работы катушки L1. Для большинства дросселей фильтра, используемых в старой аппаратуре для получения резонансного напряжения в пределах 600… 1000 В, емкость конденсатора С1 может находиться в пределах 0,25…2 мкФ. Конденсатор С1 должен иметь как можно большее рабочее напряжение, во всяком случае оно должно быть не менее, чем напряжение, существующее на конденсаторе во время резонанса.

Наибольшее напряжение будет на одном из элементов цепи, показанной на рис.1, причем на том элементе, который имеет более высокое сопротивление переменному току 50 Гц. В нашем случае, когда резонансная частота контура выше частоты сети, это будет конденсатор. На конденсаторе будет более высокое напряжение, чем на катушке индуктивности -это важное условие для надежной и долговременной работы этого элемента.

Как уже отмечалось, вполне реально получение напряжения на конденсаторе С1 в пределах 600… 1000 В. Это позволит в схеме из [1] использовать не учетвери-тель, а удвоитель напряжения. Простой удвоитель напряжения показан на рис.2. В схеме из [2] вместо умножения сетевого напряжения на 8 можно использовать утроение напряжения, существующего на конденсаторе С1 (см рис.1). Простой ут-роитель напряжения показан на рис.З. В некоторых случаях целесообразно использовать схему учетверения напряжения, которая показана на рис.4. Естественно, при конструировании подобных умножителей нельзя забывать, что они должны быть подключены к источнику высокого напряжения через токоограничивающие резисторы сопротивлением не менее 1 МОм. Это условие необходимо соблюдать для безопасности работы с высоковольтными источниками напряжения.

Но не всегда умножение напряжения сети на элементах резонансной цепи является оптимальным решением Иногда ситуация бывает иная. В распоряжении радиолюбителя есть много диодов и конденсаторов, которые имеют сравнительно низкое рабочее напряжение 200…300 В. В этом случае умножитель напряжения, собранный с их использованием, нельзя напрямую подключить к электрической сети 220 В. Ведь переменное напряжение электрической сети 220 В в пике при этом будет достигать 310 В! А это уже приведет к выходу из строя радиодеталей, используемых в этом умножителе напряжения!

В данном случае рационально использовать другой вариант: снизить напряжение на входе умножителя, но при этом увеличив количество умножающих цепочек. Напряжение на входе умножителя можно понизить, подключив этот умножитель напряжения к электрической сети через конденсаторный делитель напряжения, как это показано на рис.5. При этом соотношения емкостей, следовательно, и их реактивного сопротивления будут определять выходное напряжение на выходе делителя. Конечно, при увеличении числа умножающих цепочек габариты устройства возрастут. Но это может быть оправдано дешевизной используемых компонентов.

При построении умножителей напряжения следует помнить, что не рекомендуется соединять последовательно диоды и конденсаторы для увеличения их рабочего напряжения, поскольку надежность такой цепочки будет невелика. Надежнее для конструкции умножителя напряжения пойти по пути наращивания каскадов умножения.

Литература

1.    Таракан; таракан, тараканище//Левша. — 1991. — №9. — С.20.

2.    Белецкий. П. Умножитель — ионизатор воздуха//Радиолюбитель. — 1995. -№10. -С. 17.

И.Григорьев, Белгород

Разработка умножителей напряжения с наножидкостными диодами, погруженными в водные растворы солей

П. Рамирес* ^a В. Гомес, ^и С. Вердия-Багена, ^b С. Насир, ^кд М. Али, ^CD В. Ensinger ^c и С. Мафе ^б

Принадлежности автора

* Соответствующие авторы

^и Departament de Física Aplicada, Политехнический университет Валенсии, E-46022 Валенсия, Испания
Электронная почта: patraho@fis. upv.es

^б Департамент физики Земли и термодинамики, Университет Валенсии, E-46100 Бурхасот, Испания

^с Кафедра материаловедения и геолого-геофизических исследований, Технический университет Дармштадта, D-64287 Дармштадт, Германия

^д Отдел исследования материалов, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Planckstrasse 1, Дармштадт, Германия

Аннотация

rsc.org/schema/rscart38″> Мембраны с наножидкостными диодами позволяют избирательно контролировать молекулы в физиологических солевых растворах при температуре окружающей среды. Электрическая связь мембран с обычными электронными элементами, такими как конденсаторы, открывает возможности для внешнего контроля датчиков и исполнительных механизмов. Мы экспериментально и теоретически демонстрируем функциональность умножителя напряжения простых электрических сетей, состоящих из мембран с коническими нанопорами, соединенными с нагрузочными конденсаторами. Надежная работа полуволновых и двухполупериодных умножителей напряжения достигается в широком диапазоне экспериментальных условий (мембраны с одной и несколькими порами, концентрации электролита, амплитуды напряжения и твердотельные емкости). Разработанные умножители напряжения работают в жидком состоянии и могут использоваться в сенсорных устройствах, поскольку известно, что различные электрические, оптические и химические входы модулируют сопротивление отдельных нанофлюидных диодов в электрической сети.

Умножители напряжения Inc | Военная аэрокосмическая аэрокосмическая промышленность

Обзор компании

О напряжении множители.

Телефон: 559-651-1402

Факс: 559-651-0740

Продукты

Руководство покупателя

Новейший высоковольтный источник питания 40 кВ с цифровым управлением

Переход на цифровые технологии может сократить количество системных компонентов. Меньшее количество компонентов означает более высокую надежность и часто меньшую занимаемую площадь. Один чип может управлять питанием и защитой…

Руководство покупателя

Оптопары от 2,5 кВ до 25 кВ

Оптопары VMI отличаются высоким коэффициентом усиления, развязкой по напряжению 25 кВ и высокой надежностью при небольшом размере корпуса. Доступны напряжения 2,5 кВ, 10 кВ, 15 кВ и 25 кВ в различных упаковках…

Руководство покупателя

Высоковольтные оптодиоды OZ100SG и OZ150SG

Оптодиоды на 10 и 15 кВ отличаются высоким напряжением, высоким коэффициентом усиления и высокой изоляцией. Практические применения включают в себя шумные промышленные среды и чувствительные приборы, где…

Руководство покупателя

Источник питания гелий-неонового лазера

Источник питания гелий-неонового лазера LP6 отличается низким уровнем пульсаций тока, высокой эффективностью, отличной регулировкой нагрузки и линии, плюс защита от короткого замыкания.

Руководство покупателя

Источники питания CRS

Источники питания CRS были разработаны специально для использования с ЭЛТ-дисплеями (помните дисплеи с электронно-лучевой трубкой?) и датчиками. VMI является одним из немногих источников питания ЭЛТ…

Справочник покупателя

Портативные источники питания XRS рентгеновского излучения

Портативные источники питания рентгеновского излучения XRS отлично подходят для приложений, требующих -50 кВ и 4 Вт. Легкий, прочный, компактный. Доступны с выходами -40 кВ, 100 мкА или -50 кВ 200 мкА.

Справочник покупателя Информация о листинге

Щелкните здесь, чтобы получить информацию о листинге и инструкции о том, как добавить или обновить информацию о вашей компании.

Запрос Дополнительную информацию от напряжения Multipliers Inc

Имя *

Фамилия *

Адрес электронной почты *

Номер телефона

Название компании

Название работы *

Страна *

SELECT CANTREE

Почтовый индекс

Комментарии

Нажимая кнопку выше, я подтверждаю и соглашаюсь с Условиями предоставления услуг Endeavor Business Media и с использованием Endeavour Business Media моей контактной информации для связи со мной о предложениях Endeavor, его брендов, филиалов и/или сторонних партнеров, в соответствии с Политикой конфиденциальности Endeavour.