gaz.wiki — gaz.wiki

Navigation

• Main page

Languages

• Deutsch
• Français
• Nederlands
• Русский
• Italiano
• Español
• Polski
• Português
• Norsk
• Suomen kieli
• Magyar
• Čeština
• Türkçe
• Dansk
• Română
• Svenska

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.

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.

Еще статьи по данной теме

Инверторы и умножители напряжения: схемы, принцип работы, назначение

Инверторы— это устройства, преобразующие постоянный ток в переменный. Изобразим упрощенную схему инвертора на биполярных транзисторах (рис. 2.87), где имеет место соотношение u_c1 = u_c2 = ½ u_вх

В схеме часто используют электролитические конденсаторы (большой емкости). Транзисторы работают в ключевом режиме:

включаются и выключаются поочередно. На выходе схемы возникает переменное напряжение.

Умножители напряжения

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Умножители напряжения преобразуют переменное напряжение в постоянное, причем выходное постоянное напряжение значительно превышает амплитуду входного переменного напряжения. Различают симметричные и несимметричные умножители напряжения.

Рассмотрим схему симметричного удвоителя напряжения (схему Латура) (рис. 2.88). Диоды включаются в разные полупериоды входного напряжения. В те полупериоды, когда u_вх< 0, включается диод D₁ и заряжается конденсатор С₁ в другие полупериоды (u_вх< 0), включается диод D₂ и заряжается конденсатор С₂.

Напряжения на конденсаторах при холостом ходе приближаются к амплитудному значению U_вx.m входного напряжения, поэтому u_вых= 2U_вx.m
Схема несимметричного удвоителя напряжения имеет вид, показанный на рис. 2.89.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

В отрицательные полупериоды входного напряжения (uвх 0) через диод D2 под действием суммы напряжений uвхи uc1, действующих согласно, заряжается конденсатор С2 до удвоенного амплитудного значения входного напряжения.

Аналогичным образом строят утроители (рис. 2.90, а), учетверители (рис. 2.90, б) и другие умножители напряжения.
В этих схемах напряжение на конденсаторе С₁ равно амплитудному значению входного напряжения, а на всех остальных конденсаторах — удвоенному амплитудному значению входного напряжения. Входное напряжение на такие умножители поступает обычно с вторичной обмотки трансформатора, и тогда такое устройство называют выпрямителем с умножением напряжения. Обычно они применяются в высоковольтных выпрямителях, потребляющих небольшой ток (единицы миллиампер), например для питания кинескопов телевизоров.

Рассмотренные ранее выпрямители являлись нерегулируемыми, так как величина выходного постоянного напряжения однозначно определялась входным напряжением выпрямителя.

Управляемые выпрямители позволяют регулировать выходное напряжение. Они, как правило, построены на основе однооперационных (обычных, незапираемых) тиристоров.

Для примера рассмотрим схему однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя со средней точкой (рис. 2.91).

Однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя

Если импульсы управления подаются сразу после появления на тиристорах положительных напряжений, то схема будет работать точно так же, как схема на диодах.
Изобразим временную диаграмму выходного напряжения для случая, когда импульсы управления подаются с некоторой задержкой по отношению к указанным моментам времени (рис. 2.92, жирная линия).

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Через tвкл обозначена указанная выше задержка. Часто временные диаграммы подобных схем изображают, откладывая по горизонтальной оси не время t, а величину ωt (ω — круговая частота). Тогда указанной задержке соответствует определенный угол αвкл сдвига по фазе между напряжением на тиристоре и импульсами управления, причем αвкл = ω · tвкл

Угол α_вкл называют углом управления. Для рассматриваемой схемы угол управления, как легко заметить, может изменяться в пределах от 0 до π (от 0 до 180 град.). Чем больше угол управления, тем меньше среднее напряжение на выходе выпрямителя.

Пунктиром изображена временная диаграмма, соответствующая отсутствию задержки.

Умножители напряжения. (Лекция 3) — презентация онлайн

1. УМНОЖИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

Электропитание систем связи
Лекция 3
Нетикова Л.И.
УМНОЖИТЕЛИ
НАПРЯЖЕНИЯ
ХНУРЭ факультет ТКВТ кафедра ТКС
Тема: Умножители напряжения
Цель лекции – изучить основные схемы умножителей, применяемые для
источников электрического питания (ИЭП) устройств электросвязи
Содержание:
• Классификация умножителей напряжения
•Симметричный умножитель — схема Латура
•Несимметричный умножитель 1-го рода (НУН-1)
•Несимметричный умножитель 2-го рода (НУН-2) схема 1
•Несимметричный умножитель 2-го рода (НУН-2) схема 2
Умножителем
напряжения
называется
выпрямительное
устройство, в котором с помощью диодно–емкостных ячеек формируется

постоянное напряжение
U 0 n U 2max
Umax 2 U2
Умножители напряжения
1 Симметричные (Схема Латура)
2 Несимметричные:
— несимметричные умножители 1-го рода (параллельные умножители НУН-1)
— несимметричные умножители 2-го рода (последовательные умножители НУН-2)
3 Сверхвысоковольтные генераторы (генераторы Маркса)
Электролитический конденсатор
Конденса́тор — двухполюсник с определённым значением ёмкости
и малой омической проводимостью; устройство для накопления энергии
электрического поля
Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в
момент включения его в цепь (происходит заряд или перезаряд
конденсатора), по окончании переходного процесса ток через конденсатор
не течёт, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же
переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством
циклической перезарядки конденсатора, замыкаясь так называемым током
смещения.
Umax 2 U2
Схема Латура
VD1=VD2
C1=C2
C1=U2m
Umax 2 U2
fп = 2fc
Параллельные умножители напряжения, для которых требуется
меньшая емкость конденсатора на ступень умножения.
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.
Несимметричный умножитель 1го рода (НУН-1)
C1=U2m
C2=2U2m
C3=3U2m
C4=4U2m
U L 10 U 2max
fп = fc
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 рисунке умножитель относится к
последовательным умножителям.
Несимметричный умножитель 2-го
рода (НУН-2) схема 1
C1=U2m
C2=C3=…=Cn =
fп = f c
2 U 2max
Несимметричный умножитель 2-го
рода (НУН-2) схема 2
C1=U2m C2, C3=2U2m
fп = f c
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.
Выводы
В умножителях напряжения с чётным числом диодно-емкостных ячеек
отсутствует подмагничивание сердечника силового трансформатора, поэтому их
можно включать в сеть без трансформатора.
Во всех схемах умножителей напряжения обратное напряжение на вентилях
диодно-емкостных ячеек равно двойному значению амплитуды входного
переменного напряжения.
С помощью диодно-емкостных ячеек возможно умножение напряжения путём
передачи запасённой конденсатором энергии от ячейки к ячейке с
наращиванием потенциала либо путём заряда последовательно включённых
конденсаторов до двойного напряжения.
Контрольные вопросы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Способы получения повышенного напряжения.
Классификация умножителей напряжения.
Схема Латура. Особенности работы схемы.
Причины, которые могут привести к появлению в схеме Латура пульсаций,
равных частоте сети.
Схемы НУН-1, НУН-2. Особенности работы схем.
Чему равна частота пульсаций на нагрузке несимметричных схем
умножения напряжения?
Чему равно обратное напряжение на вентилях в несимметричном
умножителе напряжения первого рода?
Можно ли несимметричные умножители напряжения включать в сеть без
силового трансформатора?
Какие требования предъявляют к конденсаторам несимметричных
умножителей напряжения?
Подмагничивание сердечника силового трансформатора
Подмагничивание происходит ПОСТОЯННОЙ составляющей во вторичной
обмотке, т.е к переменному току добавляют (а в случае с первичной обмоткой
вычитают) постоянный ток.
Принцип трансформации основан на переменном магнитном поле, сцепленном
с витками катушки. Сердечник трансформатора — металл ферромагнетик
служит проводником магнитного потока. Все ферромагнетики имеют доменную
структуру, домен — маленький «магнитик» в составе кристаллической решетки
металла. Домен имеет южный и северный магнитные полюса и выстраивается
в металле по внешнему магнитному полю.
В переменном магнитном потоке (симметричном, синусоидальном) домены
вращаются с частотой тока в намагничивающей обмотке, грубо говоря сначала
все разворачиваются «на юг» (при положительно полуволне в обмотке), а потом
«на север» (при отрицательной полуволне).
При появлении постоянной составляющей, домены перестают до конца
поворачиваться на север (или на юг в зависимости от знака тока). Получается,
что амплитуда колебаний магнитного потока падает (домены вращаются не на
180 градусов, а на меньший угол), трансформатор входит в насыщение.
ЭДС генерируемая во вторичной обмотке: E = 4,44FwФ,
где F — частота в Гц, w — число витков в катушке вторичной обмотки, а Ф магнитный поток в сердечнике.
Т.е. при снижении потока падает и ЭДС, а для обеспечения повышенного
потока следует увеличить ток в намагничивающей обмотке.
В схемах выпрямления с чётным значением коэффициента фазности
m2 отсутствует подмагничивание сердечника силового трансформатора, так
как в фазных обмотках выпрямленные токи текут в противоположных
направлениях.

Умножители напряжения — теория, практика, схемы

При необходимости получения постоянных напряжений, кратных по величине питающему их переменному напряжению питания, во многих областях радиотехники находят применение выпрямители с умножением напряжения (УН). Они подразделяются на однополупериодные и двухполупериодные, последовательного и параллельного типов.

Схема однополупериодного выпрямителя

На рис.1 показана схема однополупериодного выпрямителя с удвоением напряжения. Схема может применяться как самостоятельно, так и в качестве составляющего элемента многозвенных умножителей последовательного типа.

Рис. 1. Схема однополупериодного выпрямителя с удвоением напряжения.

На рис.2 показана параллельная схема двухполупериодного выпрямителя с удвоением напряжения (схема Латура). Данный УН как выпрямитель можно рассматривать как два однополупериодных, включенных (вторичная обмотка трансформатора Т1 — диод VD1 — конденсаторы С1, С3; вторичная обмотка трансформатора — диод VD2 конденсаторы С2, С4) последовательно. Удвоенное напряжение на его выходе получается в результате сложения раздельно выпрямленных разнополярных напряжений.

Рис. 2. Параллельная схема двухполупериодного выпрямителя с удвоением напряжения (схема Латура).

Последовательный многозвенный однополупериодный выпрямитель

Последовательный многозвенный однополупериодный выпрямитель (рис.3) с умножением напряжения чаще всего применяется при малых (до 10…15 мА) токах нагрузки.

Его схема состоит из однополупериодных выпрямителей — звеньев, в следующем алгоритме — одно звено (диод и конденсатор) — просто од-нополупериодный выпрямитель, состоящий из диода и конденсатора (выпрямителя и фильтра), два звена — умножитель напряжения в два раза, три — в три раза и т.д.

Величины емкости каждого звена в большинстве случаев одинаковы и зависят от частоты питающего УН напряжения и тока потребления [9].

Рис. 3. Схема многозвенного однополупериодного умножителя напряжения.

Физические процессы увеличения напряжения в многозвенном однополупериодном (рис.3) УН удобно рассматривать при подаче на него переменного синусоидального напряжения. Работает УН следующим образом.

При положительной полуволне напряжения на нижнем выводе вторичной обмотки Т1 через диод VD1 течет ток, заряжая конденсатор С1 до амплитудного значения.

При положительной полуволне питающего напряжения на нижнем выводе вторичной обмотки Т1 к аноду VD2 прикладываются сумма напряжений на вторичной обмотке и напряжение на конденсаторе С1; в результате чего через VD2 проходит ток, потенциал правой обкладки С2 относительно общего провода увеличивается до удвоенного входного напряжения и т.д. Отсюда следует, что чем больше звеньев, тем большее постоянное напряжение (теоретически) можно получить от УН.

Для правильного понимания образования и распределения потенциалов, возникающих на радиоэлементах при работе УН, предположим, что один входной импульс (ВИ) полностью заряжает конденсатор С1 (рис.3) до напряжения +U.

Представим второй положительный импульс, возникающий на верхнем выводе Т1 и поступающий на левую по схеме рис.3 обкладку С1 так же в виде заряженного до напряжения +U конденсатора (Си).

Их совместное соединение (рис.4) примет вид последовательно соединенных конденсаторов. Потенциал на С1 относительно общего провода увеличится до +2U, VD2 откроется, и до +2U зарядится конденсатор С2.

Рис. 4. Схема умножителя напряжения.

При появлении импульса величиной +U на нижнем выводе Т1 и суммировании его аналогичным образом с напряжением +2U на конденсаторе С2, через открывшийся VD3 на C3 появится напряжение +3U и т.д.

Из приводимых рассуждений можно сделать вывод, что величина напряжения относительно «общего» провода (рис.3) только на С1 будет равна амплитудному значению входного напряжения, т.е. +U, на всех же остальных конденсаторах умножителя напряжение будет ступенчато увеличиваться с шагом +2U.

Однако для правильного выбора рабочего напряжения используемых в УН конденсаторов имеет значение не напряжение на них относительно «общего» провода, а напряжение, приложенное к их собственным выводам. Это напряжение только на С1 равно +U, а для всех остальных оно независимо от ступени умножения равно +2U.

Теперь представим окончание времени действия импульса ВИ, как замыкание конденсатора Си (рис.4) перемычкой (S1). Очевидно, что в результате замыкания потенциал на аноде VD2 понизится до величины +U, а к катоду будет приложен потенциал 2U. Диод VD2 окажется закрытым обратным напряжением 2U-U=U.

Отсюда можно сделать вывод, что к каждому диоду УН относительно собственных электродов приложено обратное напряжение, не больше амплитудного значения импульса напряжения питания. Для выходного же напряжения УН все диоды включены последовательно.

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 [3] 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 [3] 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 [3].

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 [4]. 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 [6] 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 [5].

Светотехника

Примером использования умножителя напряжения на четыре [1] является схема для бесстартерного запуска ламы дневного света (ЛДС), показанная на рис.5, которая состоит из двух удвоителей напряжения, включенных последовательно по постоянному току и параллельно по переменному.

Рис. 5. Схема умножителя напряжения на четыре для бесстартерного запуска ламы дневного света.

Лампа зажигается без подогрева электродов. Пробой ионизированного промежутка «холодной» ЛДС происходит при достижении напряжения зажигания ЛДС на выходе УН. Поджиг ЛДС происходит практически мгновенно.

Зажженная лампа шунтирует своим низким входным сопротивлением высокое выходное сопротивление УН, конденсаторы которого в связи со своей малой величиной перестают функционировать как источники повышенного напряжения, а диоды начинают работать как обычные вентили.

2-обмоточный дроссель L1 (или два 1 -обмоточных) служит для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Падение напряжения питающей сети примерно равномерно распределяется на балластных конденсаторах С1, С2 и ЛДС, которые включены по переменному току последовательно, что соответствует нормальному рабочему режиму ЛДС.

При использовании в этой схеме ЛДС с диаметром цилиндрической части 36 мм зажигаются без каких-либо проблем, ЛДС с диаметром 26 мм зажигаются хуже, поскольку в связи с особенностями их конструкции напряжение зажигания даже новых ламп без подогрева накала может превышать 1200 В.

Телевидение

Известно, что выходной трансформатор строчной развертки (ТВС) является одним из напряженных узлов в телевизоре (ТВ). Как показывает эволюция развития схемотехники этого узла, с переходом от ламповых ТВ к цветным, в связи с увеличением мощности потребления от источника высокого напряжения (ток потребления черно-белого кинескопа с диагональю 61 см по второму аноду порядка 350 мкА, а цветного — уже 1 мА!), конструкторы ТВ постоянно искали пути повышения его надежности.

Схемотехнические решения получения высокого напряжения для питания второго анода кинескопа, которые использовались во всех моделях ламповых ТВ, имели место лишь в первых модификациях УЛПЦТ, а затем вместо повышающей обмотки ТВС (практически равной по числу витков анодной [5]) стали применять УН, которые по своей электрической прочности, а значит, и надежности значительно превышали аналогичные параметры намоточного узла.

Рис. 6. Схема умножителя напряжения с утроением, из телевизора Юность.

УН практически сразу же начали использовать в отечественных черно-белых переносных ТВ. К примеру, в ТВ «Юность 401» [10] применена схема УН с утроением напряжения, показанная на рис.6.

При реализации практических схем УН имеет значение, с какой точкой схемы УН (1 или 2, рис.3) будет соединен «общий» провод схемы, в которой он будет использоваться, т.е. «фазировка» УН. В этом нетрудно убедиться с помощью осциллографа.

При проведении измерений на ненагруженном УН (рис.3) видно, что на нечетных звеньях величина переменной составляющей почти равна питающему напряжению, а на четных она практически отсутствует.

Поэтому при использовании в реальных конструкциях напряжений только с четных или только с нечетных звеньев умножения этот факт следует учитывать, подключая УН к источнику питания соответствующим образом.

Например, если «общий» провод (рис.3) соединен с точкой 2, то рабочие напряжения снимают с четных звеньев, если с точкой 1 — с нечетных.

При использовании одновременно четных и нечетных звеньев одного УН для получения постоянного напряжения от звена, в котором присутствует переменная составляющая, необходимо (особенно при емкостной нагрузке) между звеном умножителя и нагрузкой включить (рис.7) еще одно звено (диод и конденсатор).

Диод (VDd) в этом случае будет предотвращать замыкание через нагрузку переменной составляющей, а конденсатор (Cdf) выполнять функцию фильтра. Естественно, что конденсатор Cdf должен иметь рабочее напряжение, равное полному постоянному выходному напряжению.

Рис. 7. Включение еще одного звена к умножителю напряжения.

Не следует также забывать и об отрицательном влиянии на надежность работы многозвенных УН утечек, которые всегда имеются в радиоэлементах и материалах при их работе под большими напряжениями, что накладывает определенные ограничения на реально достижимую величину выходного напряжения.

Практический вариант схемотехники УН с умножением на три показан на рис.6; на четыре — на рис.4; на пять — на рис.8, рис.9; на шесть — на рис.10.

Рис. 8. Схема умножителя напряжения с умножением на четыре.

Рис. 9. Схема умножителя напряжения с умножением на пять.

Рис. 10. Схема умножителя напряжения с умножением на шесть.

В данной статье рассмотрена только часть схемотехники УН, применявшейся ранее и используемой в настоящее время в бытовой технике и радиолюбительском конструировании. Некоторые разновидности схемотехники УН, принципы работы которых аналогичны рассмотренным, опубликованы в [9].

В литературе и в общении с радиолюбителями часто приходится встречать путаницу касательно УН в терминах. К примеру, утверждается, что если на УН нанесена маркировка 8.5/25-1,2 или 9/27-1,3, то это утроитель напряжения. По схемотехнике эти УН являются умножителями на пять.

Маркировка несет информацию только о том, что при подаче на вход УН напряжения с амплитудой 8,5 кВ он обеспечивает получение на его выходе среднего значения постоянного (положительного) напряжения 25 кВ (при токе, потребляемом его нагрузкой, порядка 1 мА), т.е. маркировка говорит только о его входных и выходных параметрах.

Для получения высокого напряжения в ТВ используется импульсное напряжение, возникающее во вторичной обмотке ТВС во время обратного хода луча, следующее с частотой 15625 Гц, с длительностью (положительного) импульса около 12 мкс и скважностью около пяти.

При большом коэффициенте умножения значительную величину составляет также падение напряжения в прямом направлении на выпрямительных столбах, каковыми являются выпрямители УН. Например, для столба 5ГЕ600АФ, при работе его в качестве единичного выпрямителя, падение напряжения в прямом направлении составляет 800 В [7]!

Из вышесказанного следует, что элементы УН к тому же служат для питающего импульсного напряжения также и интегрирующей цепью, снижающей относительно входного напряжения величину среднего значения постоянного напряжения (при токе нагрузки 1 мА) до величины приблизительно 5 кВ на одно звено. Именно эти факторы и являются основными, оказывающими влияние на величину выходного напряжения УН, а не примерная арифметика.

Исторически применение в качестве выпрямителей в первых образцах УН для ТВ селеновых диодов было определено достигнутым на тот момент уровнем технологии, их низкой себестоимостью, а также мягкой электрической характеристикой, позволяющей включать последовательно практически неограниченное количество диодов.

Очевидно, что селеновые выпрямители в связи с большим внутренним сопротивлением лучше, чем кремниевые, переносят кратковременные перегрузки. По мере совершенствования технологии изготовления кремниевых диодов в УН ТВ стали применять кремниевые столбы типа КЦ106.

При ремонтах ТВ даже предварительная оценка возможного наличия дефектов в выпрямительных элементах УН авометром невозможна. Физический смысл этого явления заключается в том, что для открывания одного кремниевого диода к нему необходимо приложить в прямом направлении разность потенциалов порядка 0,7 В.

Если, к примеру, вместо столба КЦ106Г использовать эквивалент из отдельно взятых диодов КД105Б (иобр=400 В), то для получения обратного напряжения 10 кВ потребуется цепочка из 25 последовательно включенных диодов, в результате чего необходимое напряжение для их открывания составит 17,5 В, а авометр позволяет приложить только 4,5 В!

Единственное, что можно однозначно констатировать после измерения УН авометром, — при проверке исправного УН стрелка омметра не должна отклоняться при измерении сопротивления между любыми его электродами.

Простое решение для предварительной проверки на работоспособность элементов УН методом вольтметра было предложено в [8]. Суть предложения заключается в использовании для этой цели дополнительного источника (A1) постоянного напряжения (ИПН) 200…300 В и авометра, работающего в режиме вольтметра постоянного тока на пределе 200.300 В. Измерения производят следующим образом.

Авометр включают (рис.11) последовательно с одноименным полюсом ИПН и испытываемым выпрямительным столбом или УН. Алгоритм проверки.

Рис. 11. Схема включения авометра к выпрямительному столбу.

Если при измерении диода в противоположных направлениях показания вольтметра:

• существенно различаются, то он исправен;
• равны максимальному напряжению ИПН, то он пробит;
• малы, то он оборван;
• промежуточные величины говорят о наличии в нем значительных утечек.

Пригодность элементов испытываемого выпрямителя определяются эмпирически для конкретной марки статистическим методом сравнения с величинами падения напряжений, полученных практически при измерениях в прямом и обратном направлении исправного, аналогичного по марке столба или диода УН.

Радиолюбителям, которые занимаются ремонтом телевизионной техники на дому у заказчика, для предварительной проверки на работоспособность элементов УН методом вольтметра удобнее (исходя из массогабаритных размеров) использовать схему, показанную на рис.12 и предложенную в [12], которая питается через токоограничительные конденсаторы от сети 220 В.

Рис. 12. Схема питания с токоограничительными конденсаторами.

Схема хорошо зарекомендовала себя на практике, а по схемотехнике является выпрямителем с удвоением напряжения. Алгоритм измерений тот же. Эту же схему можно использовать и для устранения некоторых типов межэлектродных замыканий («прострела») в кинескопе.

Довольно часто спрашивают, можно ли вместо УН8.5/25-1,2 устанавливать УН9/27-1,3? Совет один: можно, но осторожно! Все зависит от остроты возникшей проблемы и модификации телевизора. Для сравнения рассмотрим схемы

УН8.5/25-1,2 (рис.8) и УН9/27-1,3 (рис.9). Из схем УН видно, что в принципе прямая замена возможна, а обратная нет, так как они имеют разное количество входящих радиокомпонентов.

Поэтому при установке УН9/27-1,3 в ТВ УЛПЦТ поступают следующим образом: замыкают между собой выводы входа для импульсного напряжения и вывода «V»; провод от ТВС припаивают к соответствующему входу УН9/27; провод со знаком «земля» подсоединяют по кратчайшему расстоянию ко второму контакту ТВС; провод, идущий к варистору фокусировки, подсоединяют к выводу «+F», причем штатный конденсатор фильтра фокусировки С23* (согласно заводской схеме на ТВ) можно отключить, поскольку его функцию может выполнить конденсатор С1 (рис.10), который установлен внутри УН. К выводу «+» подсоединяют высоковольтный провод с «присоской» и ограничительным резистором Rф.

Получившееся в результате такой замены некоторое улучшение качества изображения на экране ТВ говорит совсем не о том, что это результат замены!

Причина заключается прежде всего в том, что в УН9/27-1,3 в качестве вентилей использованы кремниевые столбы типа КЦ106Г, падение напряжения на которых в прямом направлении (как упоминалось ранее) существенно меньше, чем на столбах типа 5ГЕ600АФ, которые входят в состав УН 8.5/25-1,2.

Именно на величину этой разницы и возрастает напряжение на выходе УН, а значит, и на втором аноде кинескопа, что и наблюдается визуально как увеличение яркости!

Кроме того, в ТВ УЛПЦТ при установке УН9/27-1,3 необходимо заменить штатную «присоску» с установленным внутри нее высоковольтным резистором 4,7 кОм Rф) «присоской» от ТВ 3УЦСТ с резистором 100 кОм. Rф выполняет три функции: является частью звена сглаживающего RC-фильтра для цепи высокого напряжения, образованного им и емкостью ак-вадага кинескопа Са (рис.9, 10), а также защитным резистором по постоянному току, ограничивающим его величину в цепи УН при случайных кратковременных межэлектродных пробоях внутри кинескопа (что в старых кинескопах происходит весьма часто и непредсказуемо).

Он же является и «сгорающим предохранителем», защищающим ТВС при пробое диодов УН, когда переменное напряжение, поступающее от ТВС, практически замыкается на корпус через Са, величина реактивного сопротивления которой для токов строчной частоты достаточно мала.

Поэтому следует иметь в виду, что значительно меньшая величина суммарного внутреннего сопротивления УН9/27-1,3 при малой величине (или отсутствии по тем или иным причинам) Rф в случаях замены УН нежелательна, поскольку может привести при появлении вышеуказанных неисправностей как к выходу из строя ТВС, так и к возгоранию самого ТВ.

Практические рекомендации по «ремонту» УН8/25-1,2 описаны в [8]. Суть «ремонта» заключается в высверливании с помощью сверла диаметром 6 мм вышедшего из строя VD1 (рис.9) и замену его диодом, расположенным снаружи Ун.

Из неработоспособных в ТВ УН при определенном навыке и аккуратности можно «добыть» (если повезет) высоковольтные конденсаторы, которые могут еще послужить для срочного ремонта ТВ модификаций УЛПЦТИ или УПИМЦТ или для экспериментов с другими конструкциями.

Для этого вначале аккуратно разбивают молотком корпус УН и освобождают от компаунда корпуса конденсаторов, а затем отделяют последовательным откалыванием с помощью боко-резов их выводы от взаимных соединений и остатков компаунда. Практические разборки трех экземпляров каждой марки УН показали, что в УН8/25-1,2 конденсаторы имеют на корпусе маркировку К73-13 2200×10 кВ.

В УН9/27-1,3 (рис.10), который по сравнению с УН8/25-1,2 имеет большее число элементов, но меньшие габаритные размеры, использованы конденсаторы (судя по технологии изготовления и материалу, из которого они изготовлены) того же типа (маркировка на корпусах не нанесена), которые конструктивно выполнены в виде трехвыводной (диаметром 16 мм) сборки (С2, С4 — рис.10) из конденсаторов емкостью по 1000 пФ, и четырехвыводной (С1, С3, С5 — рис.10) сборки диаметром 18 мм. Причем С1 имеет емкость 2200 пФ, а С3, С5 — по 1000 пФ. Обе сборки имеют длину 40 мм.

Медицина

Одним из «экзотических» примеров применения УН в медицинской аппаратуре является его использование в конструкции электроэффлювиальной люстры (ЭЛ), которая предназначена для получения потока отрицательных ионов, оказывающих благоприятное воздействие на дыхательные пути человека.

Для получения высокого отрицательного потенциала для излучающей части генератора аэроионов использован УН с отрицательным выходным напряжением. Из-за достаточно большого объема [2, 11] вспомогательной информации рекомендации по конструкции и применению ЭЛ выходят за рамки настоящей статьи, поэтому ЭЛ упомянута только информативно.

Детали к схемам

Спецификация к рисункам:

• к рис.2: С1-С4 — К50-20;
• к рис.6: С1-С2 — КВИ-2;
• к рис.7: С1, С2 — МБГЧ; С3-С5 — КСО-2;
• к рис.10: С1-С6 — К15-4;
• к рис.12: С1, С2 — К42У-2, С3, С4 -К50-20.

С.А. Елкин, г. Житомир, Украина. Электрик-2004-08.

Литература:

1. Елкин С.А. Бесстартерный запуск ламп дневного света//Э-2000-7.
2. Иванов Б. С Электроника в самоделках. М.: ДОСААФ, 1981.
3. Казанский И.В. Усилитель мощности КВ радиостанции//В помощь радиолюбителю. — Выпуск 44. — М.: ДОСААФ, 1974.
4. Костюк А. Усилитель мощности для СВ радиостанции//Радиолюбитель. -1998. — №4. — С.37.
5. Кузинец Л.М. и др. Телевизионные приемники и антенны: Справ. — М.: Связь, 1974.
6. Поляков В.Т. Радиолюбителям о технике прямого преобразования. — М.: Патриот, 1990.
7. Пляц О.М. Справочник по электровакуумным, полупроводниковым приборам и интегральным микросхемам. -Минск: Высшая школа, 1976.
8. Сотников С. Неисправности умножителя напряжения и цепей фокусиров-ки//Радио. — 1983. — №10. — С.37.
9. Садченкова Д Умножители напря-жения//Радіоаматор. — 2000. — №12. -С.35.
10. Фоменков А.П. Радиолюбителю о транзисторных телевизорах. — М.: ДОСААФ, 1978.
11. Штань А.Ю, Штань Ю.А. О некоторых особенностях применения ионизаторов воздуха//Радіоаматор. — 2001. — №1. — С.24.
12. 12. Ященко О. Устройство для проверки и восстановления кинескопов//Радио. — 1991. — №7. — С.43.

Электрик-2004-09.

📖Умножитель напряжения

Умножитель каскадного напряжения Виллара.

А умножитель напряжения является электрическая цепь который преобразует электрическую мощность переменного тока из нижнего Напряжение к более высокому напряжению постоянного тока, обычно используя сеть конденсаторы и диоды.

Умножители напряжения могут использоваться для генерации от нескольких вольт для электронных приборов до миллионов вольт для таких целей, как эксперименты по физике высоких энергий и тестирование молниезащиты. Наиболее распространенный тип умножителя напряжения — это умножитель полуволновой серии, также называемый каскадом Виллара (но фактически изобретенный Генрих Грайнахер).

Операция

Предполагая, что пиковое напряжение источника переменного тока равно + U_s, и что значения C достаточно высоки, чтобы при зарядке мог протекать ток без значительного изменения напряжения, то (упрощенная) работа каскада выглядит следующим образом:

Иллюстрация описанной операции с + U_s = 100 В

1. отрицательный пик (-U_s): C₁ конденсатор заряжается через диод D₁ к тебе_s V (разность потенциалов между левой и правой обкладкой конденсатора находится U_s)
2. положительный пик (+ U_s): потенциал C₁ добавляется к источнику, таким образом заряжая C₂ до 2U_s через D₂
3. отрицательный пик: потенциал C₁ упало до 0 В, что позволило C₃ взимается через D₃ до 2U_s.
4. положительный пик: потенциал C₂ поднимается до 2U_s (аналогично шагу 2), также заряжая C₄ до 2U_s. Выходное напряжение (сумма напряжений ниже C₂ и C₄) поднимается до 4U_s достигнуто.

На самом деле для C₄ для достижения полного напряжения. Каждый дополнительный каскад из двух диодов и двух конденсаторов увеличивает выходное напряжение вдвое по сравнению с пиковым напряжением питания переменного тока.

Удвоитель и тройник напряжения

А Кокрофт-Уолтон схема удвоителя напряжения. Он генерирует выходное напряжение постоянного тока V_о вдвое превышающего размах входного напряжения переменного тока V_я

Удвоитель напряжения использует две ступени, чтобы примерно удвоить напряжение постоянного тока, которое было бы получено от одноступенчатого выпрямитель. Пример удвоителя напряжения находится на входном каскаде импульсные источники питания с переключателем SPDT для выбора источника питания 120 В или 240 В. В положении 120 В вход обычно конфигурируется как двухполупериодный удвоитель напряжения путем размыкания одной точки подключения переменного тока мостового выпрямителя и подключения входа к месту соединения двух последовательно соединенных конденсаторов фильтра. Для работы на 240 В переключатель конфигурирует систему как двухполупериодный мост, повторно подключая провод центрального отвода конденсатора к открытой клемме переменного тока системы мостового выпрямителя. Это позволяет работать на 120 или 240 В с добавлением простого переключателя SPDT.

Утроитель напряжения — это трехступенчатый умножитель напряжения. Триплер — популярный тип умножителя напряжения. Выходное напряжение тройника на практике в три раза ниже пикового входного напряжения из-за их высокого сопротивлениеотчасти из-за того, что каждый конденсатор в цепи подает питание на следующий, он частично разряжается, теряя при этом напряжение.

Триплеры обычно использовались в цветных телевизионных приемниках для обеспечения высокого напряжения для электронно-лучевая трубка (ЭЛТ, кинескоп).

Триплеры до сих пор используются в высокое напряжение поставки, такие как копировальные аппараты, лазерные принтеры, ошибка Zappers и электрошоковое оружие.

Напряжение пробоя

Хотя умножитель может использоваться для выработки выходных сигналов в тысячи вольт, отдельные компоненты не обязательно должны быть рассчитаны на выдерживание всего диапазона напряжений. Каждый компонент должен учитывать только относительные разности напряжений непосредственно на его собственных клеммах и на компонентах, непосредственно примыкающих к нему.

Обычно умножитель напряжения будет физически устроен как лестница, так что постепенно увеличивающийся потенциал напряжения не дает возможности дуги на участки цепи с гораздо более низким потенциалом.

Обратите внимание, что необходим некоторый запас прочности во всем относительном диапазоне разностей напряжений в умножителе, чтобы лестница могла выдержать короткое замыкание по крайней мере одного диода или компонента конденсатора. В противном случае одноточечное короткое замыкание может привести к последовательному перенапряжению и разрушению каждого следующего компонента в умножителе, потенциально разрушив всю цепочку умножителя.

Другие топологии схем

Два каскада управляются одним трансформатором с центральным отводом. Эта конфигурация обеспечивает двухполупериодное выпрямление, что снижает пульсации, а при любом коллапсе из-за дуги может подавляться емкостная энергия.

Штабелирование

Второй каскад, наложенный на первый, управляется второй вторичной обмоткой, изолированной от высокого напряжения. Вторая обмотка соединена с фазовым сдвигом 180 °, чтобы получить двухполупериодное выпрямление. Обе обмотки необходимо изолировать от высокого напряжения между ними. Одна вторичная обмотка трансформатора управляет двумя каскадами противоположной полярности одновременно. Объединение двух каскадов обеспечивает выходное напряжение в два раза большее, но с лучшими характеристиками пульсации и заряда конденсатора, чем можно было бы достичь с помощью одного длинного каскада с таким же напряжением.

В любом столбце используется четное количество диодно-конденсаторных ячеек, так что каскад заканчивается на сглаживающей ячейке. Если это было странно и заканчивалось зажимной ячейкой, рябь напряжение было бы очень большим. Конденсаторы большего размера в соединительной колонке также уменьшают пульсации, но за счет времени зарядки и увеличения тока диода.

Зарядный насос Диксона

Стандартный зарядный насос Диксона (4 ступени: 5-кратный множитель)

В Зарядный насос Диксона, или же Множитель Диксона, является модификацией Множитель Грайначера / Кокрофта – Уолтона. Однако, в отличие от этой схемы, умножитель Диксона принимает на вход источник постоянного тока, поэтому является формой Преобразователь постоянного тока в постоянный. Кроме того, в отличие от Greinacher / Cockcroft-Walton, который используется в высоковольтных приложениях, умножитель Диксона предназначен для низковольтных целей. Помимо входа постоянного тока, схема требует питания двух тактовый импульс поезда с размахом амплитуды между рельсами питания постоянного тока. Эти последовательности импульсов находятся в противофазе.^[1]

Чтобы описать идеальную работу схемы, пронумеруйте диоды D1, D2 и т. Д. Слева направо, а конденсаторы C1, C2 и т. Д., Когда часы ϕ1{ displaystyle phi _ {1}} низкий, D1 будет заряжать C1 до V_в. Когда ϕ1{ displaystyle phi _ {1}} поднимается вверх, верхняя пластина C1 сдвигается до 2V_в. Затем D1 выключается, D2 включается, и C2 начинает заряжаться до 2V_в. В следующем такте ϕ1{ displaystyle phi _ {1}} снова идет низко и теперь ϕ2{ displaystyle phi _ {2}} идет высоко, толкая верхнюю пластину C2 к 3V_в. D2 выключается, а D3 включается, зарядка C3 до 3V_в и так далее с зарядом, проходящим по цепочке, отсюда и название зарядный насос. Конечная диодно-конденсаторная ячейка в каскаде соединена с землей, а не с фазой синхронизации, и, следовательно, не является умножителем; это пиковый детектор который просто обеспечивает сглаживание.^[2]

Есть ряд факторов, которые снижают результативность идеального случая нВ_в. Одно из них — пороговое напряжение, V_Т коммутирующего устройства, то есть напряжение, необходимое для его включения. Выход будет уменьшен как минимум на нВ_Т из-за падения напряжения на переключателях. Диоды Шоттки обычно используются в умножителях Диксона из-за их низкого прямого падения напряжения, среди других причин. Другая сложность в том, что есть паразитные емкости заземлить в каждом узле. Эти паразитные емкости действуют как делители напряжения, а накопительные конденсаторы схемы еще больше снижают выходное напряжение.^[3] До определенного момента более высокая тактовая частота полезна: пульсации уменьшаются, а высокая частота облегчает фильтрацию оставшейся пульсации. Также уменьшается размер необходимых конденсаторов, поскольку за один цикл необходимо хранить меньше заряда. Однако потери из-за паразитной емкости увеличиваются с увеличением тактовой частоты, и практический предел составляет около нескольких сотен килогерц.^[4]

Накачка заряда Диксона с использованием полевых МОП-транзисторов с диодной связью (4 ступени: 5-кратный умножитель)

Множители Диксона часто встречаются в интегральные схемы (ИС), где они используются для увеличения питания низковольтной батареи до напряжения, необходимого для ИС. Разработчику и изготовителю ИС выгодно использовать одну и ту же технологию и одно и то же базовое устройство во всей ИС. По этой причине в популярных CMOS ИС технологии транзистор, который является основным строительным блоком схем, является МОП-транзистор. Следовательно, диоды в умножителе Диксона часто заменяются полевыми МОП-транзисторами, работающими как диоды.^[5]

Накачка заряда Диксона с линейным МОП-транзистором, подключенным параллельно с МОП-транзистором с диодной связью (4 ступени: 5-кратный умножитель)

Версия умножителя Диксона с диодными полевыми МОП-транзисторами не очень хорошо работает при очень низких напряжениях из-за больших падений напряжения сток-исток полевых МОП-транзисторов. Часто для решения этой проблемы используется более сложная схема. Одно из решений — подключить параллельно переключающему полевому МОП-транзистору другой полевой МОП-транзистор, смещенный в его линейную область. Этот второй МОП-транзистор имеет более низкое напряжение сток-исток, чем переключающий МОП-транзистор сам по себе (потому что переключающий МОП-транзистор сильно включен), и, следовательно, выходное напряжение увеличивается. Затвор полевого МОП-транзистора с линейным смещением подключен к выходу следующего каскада, так что он отключается, пока следующий каскад заряжается от конденсатора предыдущего каскада. То есть транзистор с линейным смещением выключается одновременно с переключающим транзистором.^[6]

Идеальный 4-ступенчатый умножитель Диксона (множитель 5 ×) с входом 1,5 В будет выход 7,5 В. Однако 4-каскадный умножитель на полевых МОП-транзисторах с диодной связью может иметь только выход 2 В. Добавление параллельных полевых МОП-транзисторов в линейной области улучшает это примерно до 4 В. Более сложные схемы все же могут обеспечить выход, намного более близкий к идеальному.^[7]

Существует множество других вариаций и улучшений базовой схемы Диксона. Некоторые попытки снизить пороговое напряжение переключения, такие как множитель Мандала-Сарпешкара^[8] или множитель Ву.^[9] Другие схемы нейтрализуют пороговое напряжение: умножитель Умеда делает это с внешним напряжением.^[10] а умножитель Накамото делает это с внутренним напряжением.^[11] Множитель Бержере сконцентрирован на повышении энергоэффективности.^[12]

Модификация для мощности RF

Модифицированный зарядовый насос Диксона (2 ступени: 3 × множитель)

В интегральных схемах КМОП тактовые сигналы легко доступны или легко генерируются. Это не всегда так в РФ интегральные схемы, но часто будет доступен источник ВЧ-мощности. Стандартная схема умножителя Диксона может быть модифицирована для удовлетворения этого требования путем простого заземления нормального входа и одного из входов часов. ВЧ-мощность подается на другой вход синхронизации, который затем становится входом схемы. Радиочастотный сигнал является не только источником энергии, но и часами. Однако, поскольку тактовые импульсы вводятся только в каждый другой узел, в схеме достигается только стадия умножения для каждой второй ячейки диод-конденсатор. Другие диодно-конденсаторные ячейки просто действуют как детекторы пиков и сглаживают пульсации без увеличения умножения.^[13]

Перекрестно-коммутируемый конденсатор

Каскад удвоителей напряжения на полевых МОП-транзисторах с перекрестной связью (3 ступени: 4-кратный умножитель)

Умножитель напряжения может быть образован каскадом удвоителей напряжения перекрестно-коммутируемый конденсаторный тип. Этот тип схемы обычно используется вместо умножителя Диксона, когда напряжение источника 1,2 В или менее. Умножители Диксона имеют все более низкую эффективность преобразования мощности по мере падения входного напряжения, поскольку падение напряжения на транзисторах с диодной связью становится намного более значительным по сравнению с выходным напряжением. Поскольку транзисторы в схеме с перекрестной связью не являются диодными, проблема падения напряжения не столь серьезна.^[14]

Схема работает, попеременно переключая выход каждой ступени между удвоителем напряжения, управляемым ϕ1{ displaystyle phi _ {1}} и один за рулем ϕ2{ displaystyle phi _ {2}}. Такое поведение приводит к другому преимуществу по сравнению с умножителем Диксона: уменьшению пульсаций напряжения при удвоенной частоте. Увеличение частоты пульсаций выгодно, потому что их легче удалить с помощью фильтрации. Каждый каскад (в идеальной схеме) увеличивает выходное напряжение на пиковое тактовое напряжение. Если предположить, что это тот же уровень, что и входное напряжение постоянного тока, тогда п мультипликатор стадии будет (в идеале) выводить нВ_в. Основной причиной потерь в схеме с перекрестной связью является паразитная емкость, а не пороговое напряжение переключения. Потери возникают из-за того, что часть энергии должна идти на зарядку паразитных емкостей в каждом цикле.^[15]

Приложения

В источниках высокого напряжения для ЭЛТ часто используются умножители напряжения со сглаживающим конденсатором заключительного каскада, образованным внутри и снаружи. аквадаг покрытия на самой ЭЛТ. ЭЛТ раньше были обычным компонентом телевизоров. Умножители напряжения до сих пор можно встретить в современных телевизорах, копировальные аппараты, и ошибка Zappers.^[16]

Умножители высокого напряжения используются в оборудовании для окраски распылением, которое чаще всего встречается на предприятиях автомобильной промышленности. В сопле краскораспылителя используется умножитель напряжения с выходной мощностью около 100 кВ для электрического заряда распыленных частиц краски, которые затем притягиваются к противоположно заряженным металлическим поверхностям, подлежащим окраске. Это помогает уменьшить объем используемой краски и помогает равномерно нанести слой краски.

Обычным типом умножителя напряжения, используемым в физике высоких энергий, является Генератор Кокрофта-Уолтона (который был разработан Джон Дуглас Кокрофт и Эрнест Томас Синтон Уолтон для ускоритель частиц для использования в исследованиях, которые принесли им Нобелевская премия по физике в 1951 г. Макгоуэн, стр. 87

Библиография

• Кампардо, Джованни; Микелони, Рино; Новосел, Давид СБИС-дизайн энергонезависимых воспоминаний, Springer, 2005 г. ISBN 3-540-20198-Х.
• Линь Юй-Шианг Цепи малой мощности для миниатюрных сенсорных систем, Издательство ProQuest, 2008 г. ISBN 0-549-98672-3.
• Лю, Минлян Демистификация схем переключаемых конденсаторов, Новости, 2006 ISBN 0-7506-7907-7.
• Макгоуэн, Кевин, Полупроводники: от книги до макета, Cengage Learning, 2012 г. ISBN 1133708382.
• Пелузо, Винченцо; Steyaert, Michiel; Сансен, Вилли М.С. Конструкция низковольтных маломощных КМОП дельта-сигма аналого-цифровых преобразователей, Springer, 1999 г. ISBN 0-7923-8417-2.
• Юань, Фэй КМОП-схемы для пассивных беспроводных микросистем, Springer, 2010 г. ISBN 1-4419-7679-5.
• Зумбахлен, Хэнк Справочник по проектированию линейных схем, Новости, 2008 ISBN 0-7506-8703-7.

внешняя ссылка

УМНОЖИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

   В современных электронных аппаратурах умножители напряжения нашли широкое применение. Умножитель напряжение — это устройство которое позволяет получить от переменного напряжение — высоковольтное постоянное. Умножители напряжения нашли широкие применения в самых разных аппаратах, где нужно иметь высокое напряжение. В основном умножители используют в телевизионной технике, в электрошоковых устройствах, в медицинских приборах и во многом другом. Умножитель напряжения состоит из конденсаторов и диодов, для получения напряжения свыше киловольта, нужно использовать специальные высоковольтные диоды и неполярные конденсаторы.

   В современной электронике существует несколько типов применяемых умножителей напряжения это последовательные у параллельные умножители напряжения. Умножители напряжение могут повышать переменное входное напряжение в десятки раз, на выходе умножителя образуются высоковольтные импульсы постоянного тока. Умножитель низковольтного напряжения (на выходе меньше киловольта) могут состоять из конденсаторов постоянного тока. Главный недостаток умножителей напряжения — это маленькая сила тока на выходе, также если в умножитель напряжение добавить слишком много секций конденсаторов, то в таком случае последние секции не будут нормально заряжаться и напряжение на выходе может быть ниже ожидаемого.

   Умножитель напряжения, или генератор Кокрофта-Уолтона был назван в честь двух изобретателей, которые в 1932 году построил первый умножитель напряжения. Генератор был сооружен для исследования в ядерной физике, за что и изобретатели в 1951 году получили нобелевскую премию. Но иногда создателя умножителя напряжения считают швейцарского физика Генриха Грейнахера. Обычно на вход напряжение подаётся с выхода высокочастотного трансформатора и повышается до нужной величины в генераторе Кокрофта-Уолтона.

   Умножители напряжения также применяются в лазерной технике также для подсветки больших дисплеях. Радиолюбителями умножитель очень часто применяется в высоковольтных конструкциях, например в люстре Чижского, самодельных электрошокерах, в ионизаторах воздуха, счётчиках Гейгера. В последнее время маленькие умножители напряжение стали использовать в электронных устройствах для питания микросхем. Умножитель по сравнениями с другими видами преобразователей напряжения работает бесшумно, выделение тепла на нем не наблюдается, но мощность на выходе слишком маленькая. Пожалуй с ознакомлением умножителей напряжения достаточно, думаю принцип его работы и области применения понятны, по возникшим вопросам обращайтесь на форум — Артур Касьян (АКА).

   Форум по радиолюбительской теории

   Форум по обсуждению материала УМНОЖИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

КОИЛГАН НА БАТАРЕЙКАХ Схема простого устройства для демонстрации эффекта электромагнитного ускорения металлического снаряда в пушке Гаусса.

Умножитель напряжения — удвоитель напряжения, утроитель напряжения, учетверитель напряжения

Напряжение определение множителя

Умножитель напряжения — это электронная схема, которая обеспечивает выходное напряжение чья амплитуда (пиковое значение) составляет два, три или более раз больше, чем амплитуда (пиковое значение) входного сигнала Напряжение.

или

Умножитель напряжения — это электронная схема, преобразующая низкое напряжение переменного тока в высокое напряжение постоянного тока.

или

Умножитель напряжения представляет собой преобразователь переменного тока в постоянный, состоящий из диодов. и конденсаторы которые производят высоковольтный выход постоянного тока из низкого напряжение переменного тока на входе.

Что такое умножитель напряжения?

Напряжение множитель блоки питания используются уже много лет. Уолтон и Кокрофт построил источник питания 800 кВ для ионного ускорителя в г. 1932. С тех пор используется умножитель напряжения. в первую очередь, когда требуются высокие напряжения и малые токи. Использование схем умножения напряжения уменьшает размер трансформатор высокого напряжения и, в некоторых случаях, делает его можно устранить трансформатор.

последние технологические разработки сделали возможным разработать умножитель напряжения, который эффективно преобразует низкое напряжение переменного тока в высокое напряжение постоянного тока, сравнимое с напряжением более обычная схема трансформатор-выпрямитель-фильтр.

Умножитель напряжения состоит из конденсаторов и диодов, которые подключаются в разных конфигурациях.Напряжение мультипликатор имеет разные этапы. Каждый этап состоит из один диод и один конденсатор. Эти схемы диодов и конденсаторы позволяют производить выпрямленные и фильтрованные выходное напряжение, амплитуда которого (пиковое значение) равна больше входного переменного напряжения.

Типы умножители напряжения

Напряжение множители делятся на четыре типа:

• Полуволна удвоитель напряжения
• полнополупериодный удвоитель напряжения
• Напряжение тройник
• Напряжение четверной

• полуволна удвоитель напряжения

Как Судя по названию, полуволновой удвоитель напряжения — это напряжение схема умножителя с удвоенной амплитудой выходного напряжения амплитуды входного напряжения.Полуволновое напряжение удвоитель подает напряжение на выход во время положительный или отрицательный полупериод. Полуволновое напряжение Схема удвоителя состоит из двух диодов, двух конденсаторов и Источник входного напряжения переменного тока.

Во время положительного полупериод:

Принципиальная схема полуволнового удвоителя напряжения приведена на рисунок ниже.Во время положительного полупериода диод D ₁ вперед пристрастный. Таким образом, это позволяет электрическому ток через него. Этот ток будет течь к конденсатор С ₁ и заряжает его до пикового значения входного напряжения, т.е. V _м .

Однако ток не течет к конденсатору C ₂ , потому что диод D ₂ обратный пристрастный.Так диод D ₂ блокирует электрическую ток течет к конденсатору C ₂ . Следовательно, во время положительного полупериода конденсатор С ₁ заряжен, а конденсатор C ₂ не заряжен.

Во время отрицательного полупериод:

Во время отрицательный полупериод, диод D ₁ обратный пристрастный.Так что диод D ₁ не позволит электрическому ток через него. Поэтому во время отрицательной половины цикла, конденсатор С ₁ заряжаться не будет. Однако обвинение (В _м ) хранится в конденсаторе С ₁ разряжается (отпускается).

Вкл. с другой стороны, диод D ₂ смещен в прямом направлении в течение отрицательного полупериода.Итак диод D ₂ пропускает через него электрический ток. Этот ток будет течь к конденсатору С ₂ и заряжает его. Конденсатор C ₂ заряжается до значения 2V _m , поскольку входное напряжение В _м и конденсатор С ₁ Напряжение В _м прибавляется к конденсатор С ₂ . Следовательно, в отрицательной половине цикла, конденсатор С ₂ заряжается обоими входными напряжение питания В _м и конденсатор С ₁ напряжение В _м .Следовательно, конденсатор С ₂ заряжается на 2В _м .

Если нагрузка подключена к цепи на выходной стороне, заряд (2В _м ) хранится в конденсаторе С ₂ разряжается и поступает на выход.

Во время следующий положительный полупериод, диод D ₁ идет вперед смещен, а диод D ₂ смещен в обратном направлении.Так что конденсатор C ₁ заряжается до _м В, тогда как конденсатор С ₂ заряжаться не будет. Однако заряд (2В _м ) хранится в конденсаторе С ₂ будет разряжаться и течет к выходной нагрузке. Таким образом полуволновой удвоитель напряжения управляет напряжением 2В _м до выходная нагрузка.

конденсатор C ₂ снова заряжается в следующем полупериоде.

напряжение (2В _м ), полученное на выходной стороне, составляет вдвое больше входного напряжения (В _м ).

конденсаторы C ₁ и C ₂ в полуволновом удвоителе напряжения заряжается в чередующихся полупериодах.

форма выходного сигнала полуволнового удвоителя напряжения почти похож на половину волновой выпрямитель с фильтром.Единственная разница в том, что Амплитуда выходного напряжения полуволнового удвоителя напряжения составляет вдвое больше амплитуды входного напряжения, но в полуволне выпрямитель с фильтром, амплитуда выходного напряжения такая же как амплитуда входного напряжения.

полуволна Удвоитель напряжения подает напряжение на выходную нагрузку в один цикл (положительный или отрицательный полупериод).В нашем полуволновой удвоитель напряжения подает напряжение на выходная нагрузка в течение положительных полупериодов. Следовательно, регулировка выходного сигнала полуволнового напряжения удвоитель плохой.

Преимущества полуволновой удвоитель напряжения

Высокая напряжения производятся от источника низкого входного напряжения без использования дорогие трансформаторы высокого напряжения.

Недостатки полуволновой удвоитель напряжения

Большой рябь (нежелательные колебания) присутствует на выходе сигнал.

• полнополупериодный удвоитель напряжения

The полноволновой Удвоитель напряжения состоит из двух диодов, двух конденсаторов и источник входного переменного напряжения.

Во время положительного полупериод:

Во время положительный полупериод входного сигнала переменного тока, диод D ₁ смещен вперед. Значит диод D ₁ позволяет электрический ток через него. Этот ток будет течь к конденсатор C ₁ и заряжает его до пикового значения входное напряжение I.е V _м .

Вкл. с другой стороны, диод D ₂ имеет обратное смещение во время положительный полупериод. Значит диод D ₂ не работает. пропустить через него электрический ток. Следовательно, конденсатор C ₂ не заряжен.

Во время отрицательного полупериод:

Во время отрицательный полупериод входного сигнала переменного тока, диод D ₂ смещен вперед.Значит диод D ₂ позволяет электрический ток через него. Этот ток будет течь к конденсатор C ₂ и заряжает его до пикового значения входное напряжение I.e. V _м .

Вкл. с другой стороны, диод D ₁ имеет обратное смещение во время отрицательный полупериод. Значит диод D ₁ не работает. пропустить через него электрический ток.

Таким образом, конденсатор С ₁ и конденсатор C ₂ заряжаются во время чередования полупериоды.

выходное напряжение снимается между двумя последовательно соединенными конденсаторы C ₁ и C ₂ .

Если нагрузка не подключена, выходное напряжение равно сумме конденсатора C ₁ напряжения и конденсатора C ₂ напряжение I.е. C ₁ + C ₂ = V _м + V _м = 2V _м . Когда нагрузка подключена к на выходных клеммах выходное напряжение _o В будет быть несколько меньше 2V _м .

цепь называется двухполупериодным удвоителем напряжения, потому что одна из выходные конденсаторы заряжаются каждую половину цикл входного напряжения.

утроитель напряжения можно получить, добавив еще один диодно-конденсаторный каскад на полуволновой удвоитель напряжения схема.

Во время первого положительный полупериод:

Во время первый положительный полупериод входного сигнала переменного тока, диод D ₁ смещен в прямом направлении, тогда как диоды D ₂ и D ₃ имеют обратное смещение.Следовательно, диод D ₁ пропускает через него электрический ток. Этот ток будет течь к конденсатору С ₁ и заряжает его до пика значение входного напряжения, т.е. V _м .

Во время отрицательного полупериод:

Во время отрицательный полупериод, диод D ₂ вперед смещены, тогда как диоды D ₁ и D ₃ являются обратный смещенный.Следовательно, диод D ₂ позволяет электрический ток через него. Этот ток будет течь к конденсатор С ₂ и заряжает его. Конденсатор С ₂ заряжается до удвоенного пикового напряжения на входе сигнал (2В _м ). Это потому, что заряд (В _м ) хранится в конденсаторе С ₁ разряжается во время отрицательный полупериод.

Следовательно, в конденсатор С ₁ напряжение (В _м ) и входное напряжение (В _м ) добавлено к конденсатору С ₂ Т.е. напряжение конденсатора + входное напряжение = В _м + В _м = 2V _м . В итоге конденсатор С ₂ заряжает до 2В _м .

В течение секунды положительный полупериод:

Во время второй положительный полупериод, диод D ₃ является смещены вперед, тогда как диоды D ₁ и D ₂ имеют обратное смещение.Диод D ₁ имеет обратное смещение потому что напряжение на X отрицательное из-за заряженного напряжения V _м , поперек C ₁ и диод D ₂ имеет обратное смещение из-за его ориентация. В итоге напряжение (2В _м ) через конденсатор C ₂ разряжается. Это обвинение потечет к конденсатору C ₃ и зарядит его до то же напряжение 2В _м .

конденсаторы C ₁ и C ₃ идут последовательно, а выход напряжение снимается на двух последовательно соединенных конденсаторах C ₁ и C ₃ . Напряжение на конденсатор C ₁ В _м и конденсатор C ₃ 2V _м . Таким образом, полное выходное напряжение равно сумма конденсатора C ₁ напряжения и конденсатора C ₃ напряжение I.е. C ₁ + C ₃ = V _м + 2V _м = 3V _м .

Следовательно, в полное выходное напряжение, полученное в утроителе напряжения, составляет 3В _м что в три раза больше приложенного входного напряжения.

учетверитель напряжения можно получить, добавив еще один диодно-конденсаторный каскад в цепь утроителя напряжения.

Во время первого положительный полупериод:

Во время первый положительный полупериод входного сигнала переменного тока, диод D ₁ смещен в прямом направлении, тогда как диоды D ₂ , D ₃ и D4 имеют обратное смещение. Следовательно, диод D ₁ пропускает через него электрический ток. Этот ток будет течь к конденсатору С ₁ и заряжает его до пика значение входного напряжения I.е. V _м .

Во время первого отрицательный полупериод:

Во время первый отрицательный полупериод, диод D ₂ прямое смещение и диоды D ₁ , D ₃ и D ₄ имеют обратное смещение. Следовательно, диод D ₂ пропускает через него электрический ток. Этот ток будет течь к конденсатору С ₂ и заряжает его.Конденсатор C ₂ заряжается до удвоенного пикового напряжения входной сигнал (2В _м ). Это потому, что заряд (В _м ) хранится в конденсаторе С ₁ разряжается во время отрицательный полупериод.

Следовательно, в конденсатор С ₁ напряжение (В _м ) и входное напряжение (В _м ) добавлено к конденсатору С ₂ Я.e Напряжение конденсатора + входное напряжение = В _м + В _м = 2V _м . В итоге конденсатор С ₂ заряжает до 2В _м .

В течение секунды положительный полупериод:

Во время второй положительный полупериод, диод D ₃ является прямое смещение и диоды D ₁ , D ₂ и D ₄ имеют обратное смещение.Диод D ₁ есть обратное смещение, потому что напряжение на X отрицательное из-за заряженное напряжение В _м , через C ₁ а, диод D ₂ и D ₄ являются обратное смещение из-за их ориентации. Как результат, напряжение (2 В _м ) на конденсаторе С ₂ разряжается. Этот заряд потечет на конденсатор C ₃ и заряжает его таким же напряжением 2В _м .

В течение секунды отрицательный полупериод:

Во время второй отрицательный полупериод, диоды D ₂ и D ₄ имеют прямое смещение, тогда как диоды D ₁ и D ₃ имеют обратное смещение. В итоге заряд (2В _м ) хранится в конденсаторе С ₃ разряжается. Этот заряд потечет на конденсатор C ₄ и зарядит он на такое же напряжение (2В _м ).

конденсаторы C ₂ и C ₄ включены последовательно, а выход напряжение снимается на двух последовательно соединенных конденсаторах C ₂ и C ₄ . Напряжение на конденсатор C ₂ составляет 2 В _м и конденсатор C ₄ 2V _м . Таким образом, полное выходное напряжение равно сумма конденсатора C ₂ напряжения и конденсатора C ₄ напряжение I.е. С ₂ + С ₄ = 2 В _м + 2V _м = 4V _м .

Следовательно, в полное выходное напряжение, полученное в счетчике напряжения, составляет 4В _м что в четыре раза больше, чем приложенное входное напряжение.

Приложения умножителей напряжения

Напряжение множители используются в:

• Катод Рентгеновские трубки (ЭЛТ)
• Путешествие волновые трубки
• Лазер системы
• Рентген системы
• ЖК-дисплей подсветка
• вольт мощность расходные материалы
• Мощность расходные материалы
• Осциллографы
• Частица ускорители
• Ионные насосы
• Копировать станки

Самодельный умножитель напряжения DIY — RMCybernetics

Использование умножителя напряжения — отличный способ сделать источник постоянного тока высокого напряжения.Очень легко генерировать высокое напряжение из легко доступных компонентов.

На этой странице содержится информация о том, где купить компоненты и как их подключить. Он также дает подробную информацию об источниках мини-источников питания высокого напряжения (инверторах), которые работают от батарей.

ВНИМАНИЕ: Устройство с очень высоким напряжением!

Вы можете увидеть, что статическое электричество высокого напряжения от этого устройства делает с куском односторонней оконной пленки в разделе экспериментов с сильным разрядом.Есть микроскопические изображения последствий и видеоклип взрывного действия!

Для повышения эффективности умножитель напряжения должен питаться от источника, уже имеющего относительно высокое напряжение. Существует множество источников питания высокого напряжения с питанием от небольших батарей. Многие осветительные устройства содержат инверторы для питания электронных ламп, таких как люминесцентные лампы, лампы с холодным катодом и плазменные шары. Эти типы устройств обычно работают от 12 В постоянного тока и могут выдавать напряжение до 20 кВ переменного тока.

Источник питания с миниатюрной лампой с холодным катодом — ~ 1кВ

БП Plasma Globe — ~ 15кВ

Конденсаторы и диоды, необходимые для умножителя, можно приобрести в нашем магазине.

Конденсаторы и диоды могут быть расположены по-разному. Полуволновой метод является самым простым, поскольку требует меньшего количества компонентов, но двухполупериодная схема будет работать лучше. Если вы просто хотите, чтобы он заработал как можно скорее, подойдет полуволновой метод.На схемах ниже показано, как должны быть расположены компоненты.

На приведенной выше схеме выводится положительное напряжение постоянного тока относительно земли (GND). Если требуется отрицательный выход, полярность диодов должна быть обратной. вы можете узнать больше о том, как работает умножитель напряжения, посетив страницу умножителя напряжения.

Для безопасности и повышения производительности умножитель напряжения должен быть помещен в защитный кожух, например, в трубу из ПВХ, заполненную маслом.Изображение слева показывает два выступающих винта, используемых для подключения входа переменного тока, а другое изображение показывает полированную монету, используемую для выхода высокого напряжения. Используя полиморф для герметизации концов трубы, ее можно заполнить маслом, чтобы предотвратить утечку коронным разрядом из внутренних соединений. Более надежным методом было бы заполнение трубы эпоксидной смолой, но это может оказаться трудным при компактном расположении компонентов.

Примеры экспериментов
Самодельный умножитель напряжения идеально подходит для питания двигателя EHD (он же подъемник).EHDT может быть изготовлен только из алюминиевой фольги, палочек и тонкой проволоки. Чтобы узнать, как это сделать, см. Страницу «Электрогидродинамическое подруливающее устройство».

Используя спрей для морозильной камеры (используется водопроводчиками), вы можете выращивать кристаллы льда на выходе HV с интересными результатами.

Более простые эксперименты со статическим электричеством см. В разделе «Эксперименты»

.

Электромагнитный мир: Каскадная схема (умножитель напряжения)

Схема каскадного умножителя напряжения преобразует более низкое напряжение переменного тока в более высокое напряжение постоянного тока.Обычно в этой схеме используется сеть конденсаторов и диодов. Количество конденсаторно-диодных каскадов может варьироваться в зависимости от потребностей схемы. На рис. 1 показана 4-ступенчатая каскадная схема, которая умножает входное переменное напряжение и обеспечивает в четыре раза более высокое напряжение постоянного тока, чем амплитуда входного переменного напряжения. Входное напряжение в этой цепи синусоидальное с амплитудой 100 В и частотой 50 Гц. Выходное постоянное напряжение составляет 400 В и достигает этого значения примерно через 1 секунду.Этот тип схемы умножителя полуволнового напряжения также называется каскадом Виллара.
Изображение 1: 4-ступенчатая каскадная схема (полуволновой умножитель напряжения)

Пиковое напряжение источника входного переменного напряжения равно Us. Как видно из конфигурации схемы, конденсаторы можно заряжать разными путями тока в зависимости от того, какой диод включен или выключен, в то время как источник входного напряжения изменяет свои значения с положительных пиков на отрицательные +/- Us. Через несколько циклов выходное напряжение схемы достигнет полного напряжения 4Us.В этой схеме полное напряжение достигается примерно через 1 секунду, как мы можем видеть из Рисунок 2 . В этом состоянии напряжение конденсатора С1 составляет 100 В (Us). Напряжение конденсаторов C2, C3 и C4 составляет 200 В (2Us). Итак, после конденсатора C1 напряжение цепи составляет 100 В (Us), после C2 — 200 В (2Us), после C3 — 300 В (3Us), а после C4 — 400 В (4Us). Формы сигналов входного и выходного напряжения этой схемы показаны на Рисунок 2 . Входное напряжение представлено синей линией, а выходное напряжение — зеленой линией.

Изображение 2: Формы входного и выходного напряжения 4-ступенчатой ​​каскадной схемы

Итак, каскадная схема представляет собой специальную схему выпрямителя, которая вырабатывает выходное напряжение постоянного тока, которое во много раз превышает входное напряжение переменного тока. Эти преобразователи напряжения переменного тока в постоянный используются во многих приложениях, таких как полевые катушки с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ), высоковольтное испытательное оборудование, микроволновые печи и т. Д. Теоретически максимальное выходное напряжение этой схемы может быть бесконечным, поскольку мы можно добавлять все больше и больше конденсаторно-диодных каскадов.На практике большинство схем умножителей предназначены для создания напряжений в диапазоне примерно от 10 кВ до 30 кВ и низкого тока в несколько миллиампер. Показанная здесь схема обеспечивает выход положительного постоянного напряжения. Если нам нужен выход с отрицательным постоянным напряжением, мы можем использовать ту же конфигурацию схемы, но с обратной полярностью диодов на всех ступенях.

Множитель напряжения

| Electrical4U

На самом деле это модифицированная схема конденсаторного фильтра (схема выпрямителя), которая создает выходное напряжение постоянного тока, которое в два или более раза превышает пиковое входное напряжение переменного тока.В этом разделе мы можем рассмотреть двухполупериодный удвоитель напряжения, полуволновой удвоитель напряжения, утроитель напряжения и, наконец, учетверитель .

Полуволновой удвоитель напряжения

Форма входного сигнала, принципиальная схема и форма выходного сигнала показаны на рисунке 1. Здесь на протяжении всего положительного полупериода диод D ₁ с прямым смещением проводит ток, а диод D ₂ будет в выключенном состоянии. В это время конденсатор (C ₁ ) заряжается до _Smax В (пиковое напряжение 2 ^o ).В течение всего отрицательного полупериода смещенный в прямом направлении диод D ₂ проводит, а диод D ₁ будет в выключенном состоянии. В это время начнется зарядка C ₂ .

В течение следующего положительного полупериода D ₂ находится в состоянии обратного смещения (разомкнутый контур). В это время конденсатор C ₂ разряжается через нагрузку, и, таким образом, напряжение на этом конденсаторе падает.

Но когда на этом конденсаторе нет нагрузки, оба конденсатора будут в заряженном состоянии.То есть C ₁ заряжается до _Smax V, а C ₂ заряжается до 2V _Smax . В течение отрицательного полупериода C ₂ снова заряжается (2V _Smax ). В следующем полупериоде на конденсаторе C ₂ получается полуволна, которая фильтруется с помощью конденсаторного фильтра. Здесь частота пульсаций совпадает с частотой сигнала. Выходное напряжение постоянного тока порядка 3 кВ может быть получено из этой схемы.

Двухполупериодный удвоитель напряжения

Форма входного сигнала двухполупериодного удвоителя напряжения показана ниже.

Принципиальная схема и форма выходного сигнала показаны на рисунке 3. Здесь; В течение всего положительного цикла входного напряжения диод D ₁ будет находиться в состоянии прямого смещения, а конденсатор C ₁ будет заряжаться до V _Smax (пиковое напряжение). В это время D ₂ будет находиться в состоянии обратного смещения. На протяжении всего отрицательного цикла входного напряжения диод D ₂ будет находиться в состоянии прямого смещения, а конденсатор C ₂ будет заряжаться.Если нагрузка не подключена к выходным клеммам, общее напряжение обоих конденсаторов получается как выходное напряжение. Если к выходным клеммам подключена какая-то нагрузка, то выходное напряжение.

Мы можем видеть, что как полуволновый, так и двухполупериодный удвоители напряжения будут давать на выходе 2 В _{S MAX} . Он не требует трансформатора с центральным отводом. Пиковое значение обратного напряжения диодов будет равно 2V _{S MAX} . По сравнению с полуволновым удвоителем напряжения, двухполупериодный удвоитель напряжения может просто фильтровать высокочастотные пульсации, и частота пульсаций на выходе будет равна удвоенной частоте питания.Но проблема в двухполупериодном удвоителе напряжения заключается в следующем; Между входом и выходом общая земля отсутствует.

Триплер напряжения и Учетверенный

Используя метод расширения цепи полуволнового удвоителя напряжения , можно создать любые умножители напряжения (Триплер, Учетверщик и т. Д.). Когда и утечка конденсатора, и нагрузка невелики, мы можем достичь чрезвычайно высоких напряжений постоянного тока с помощью этих схем, которые включают в себя несколько секций для повышения (увеличения) напряжения постоянного тока.

Здесь; весь первый положительный и отрицательный полупериод такой же, как у полуволнового удвоителя напряжения. В течение следующего положительного полупериода D ₁ и D ₃ проводят, а C ₃ заряжается до 2V _Smax . В течение следующего отрицательного полупериода D ₂ и D ₄ проводят, а C ₄ заряжается до 2V _Smax . При добавлении дополнительных диодов и конденсаторов каждый конденсатор будет заряжен до 2 В _Smax .На выходе; нечетные кратные V _Smax могут быть получены при измерении от верха 2 обмотки трансформатора ^o , а четные кратные V _Smax могут быть получены при измерении от низа 2 ^o обмотки трансформатора.

Применение умножителя напряжения

• Электронно-лучевые трубки.
• Электронно-лучевые трубки в осциллографах, Телевизионные приемники, Компьютерный дисплей.
• Рентгеновские системы
• Лазеры
• Ионные насосы
• Копировальные машины
• Электростатические системы
• Фотоэлектронные умножители
• Лампы бегущей волны (ЛБВ)
• И несколько других устройств, которые связаны с приложениями низкого и высокого напряжения.

Работают схемы удвоителя напряжения постоянного тока и умножителя напряжения

Давайте изучим схему умножителя напряжения или схемы удвоителя напряжения. Почему? Представьте, что вам нужно несколько киловольт высокого напряжения. Для использования, например, лазеров, производства свежего воздуха, в промышленности, генераторах анионов и различных экспериментов, как ваше воображение.

Я изучил эти схемы с сетью переменного тока 120 В. В Северной Америке большая часть напряжения в стене составляет 120 В и частота 60 Гц. Другие страны аналогичны этому принципу.

У схем умножителя напряжения есть много способов. Но более безопасным способом является использование диодов и конденсаторов в качестве каскадных схем. Эта схема больше подходит для генератора постоянного тока высокого напряжения, чем для повышающего трансформатора.
Иногда мы можем использовать его на выходе низкого напряжения. Например, преобразователь
переменного тока в постоянный с 9В на 25В постоянного тока. и т.д.

Каскадные удвоители напряжения

Сначала мы изучим схему полуволновых удвоителей напряжения. Некоторые называют схему каскадного удвоителя.

Посмотрите:

В схеме 5 компонентов.Вы знаете, как это работает в каждой части? Даже базовый, но некоторые могут забыть.

• Мы используем трансформатор T1 для изоляции различных частей цепи и защиты от поражения электрическим током.
  
• Используйте диоды, чтобы установить направление электричества.
• И используйте конденсаторы для кратковременного накопления энергии, как в батареях.

Вот пошаговый процесс:

Мы предполагаем, что оба конденсатора C1 и C2 находятся в режиме запуска до полного разряда.

Сеть переменного тока имеет синусоидальную форму. Первый шаг в половине цикла — это положительное напряжение.

Затем D1 передает это заряду в C1. Он хранит это напряжение около 170 В. Пиковое. Мы представляем это как одну батарею.

Но D2 не проводит ток. Потому что он становится предвзятым.

Делает C2 разряженным через R1 (Нагрузка).

Как правило, постоянный ток в 1,4 раза больше переменного тока. Итак,
AC = 120V
DC = 1,4 x 120V = 170V (168V)

В отличие от , когда вход представляет собой второй цикл, отрицательное напряжение.

D1 остановка для проведения тока. Но вместо этого проводит Д2. И заставляет C2 заряжать это напряжение.

На R1 есть напряжение 340В.

Из-за этого напряжения В сочетании с напряжением C1. Они похожи на две параллельно включенные батареи. Таким образом, выходное напряжение 170 В плюс 170 В равно 340 вольт.

Но эти схемы не годятся для работы с большим током нагрузки. Потому что это нерегулируемый источник питания, в котором слишком много шума.

Обычный удвоитель напряжения

Что еще? Мы можем использовать один диод и один конденсатор — это простейшая схема удвоителя напряжения.Может быть, вы используете это, даже не подозревая об этом.

Вид:

Три цепи — это нерегулируемый источник питания.

На самом деле, нам не нужно использовать трансформатор. Мы используем изолированный транзистор и снижаем напряжение переменного тока, чтобы изучить работу этой схемы.

Цепь A — положительный нерегулируемый источник питания. Для преобразования AC18V в + DC25V.
Цепь B — отрицательное напряжение. Он преобразует AC18V в -25V.
Обе схемы являются однополупериодными выпрямителями. Но имеют разную полярность диодов и конденсаторов.

Когда мы объединяем обе цепи в одну. Подключив ввод диодов. Получаем выходное напряжение примерно в 2 раза больше, чем при подключении 2 аккумуляторов. Это двухполупериодная схема удвоителя напряжения.

Или это схема преобразователя 18VAC в 50V DC.

Мы назвали условную форму.

Вы поняли?

Пульсации на выходе можно уменьшить, используя больше емкостей C1 и C2.

Не только это.

Очевидно, что двухполупериодный лучше. Также для этого можно использовать мостовой выпрямитель.

Мостовой удвоитель

Он более эффективен, чем обычные и каскадные удвоители. Потому что в качестве мостовых выпрямителей используются 4-диоды. Это простой в использовании.

Например, в приведенной выше схеме используется мостовой удвоитель от 120 до 340 В.

Простой преобразователь переменного тока в постоянный, 9 В переменного тока в 35 В постоянного тока
Это снова простой пример модели преобразователя переменного тока в постоянный. Измените 9 В переменного тока на 35 В постоянного тока с того момента, когда уже есть количество видимых в цепи. Меня только не использует базовое оборудование? может повысить электрическое давление.См. Детали на схеме.

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

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	Стопки керамических высоковольтных конденсаторов с метками для припоя, керамические, класс 2	Метки для припоя	19000.0	1,3 нФ	1,3 нФ	2	R4000
		Конденсаторы, фиксированные	Керамика, однослойная	Стопки керамических высоковольтных конденсаторов с метками для припоя, керамические, класс 2	Метки для припоя	11000.0	2,2 нФ	2,2 нФ	2	R6000
		Конденсаторы, фиксированные	Керамика, однослойная	Стопки керамических высоковольтных конденсаторов с метками для припоя, керамические, 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)

Полуволновой и полноволновой удвоитель напряжения: рабочая и электрическая схема

Предполагается, что источником питания является 117-вольтный переменный ток, который можно найти в домах и школах.Трансформатор используется для повышения или понижения напряжений, необходимых для электронных схем. Поскольку трансформаторы тяжелые и дорогие, были разработаны схемы умножения напряжения (удвоители напряжения) для повышения напряжения без использования трансформаторов.

Работа полуволнового удвоителя напряжения

Исследование Рис. 1. На нем показано действие в цепи полуволнового удвоителя напряжения. В , часть A на рисунке 1, входное переменное напряжение находится в отрицательном полупериоде.В результате точка A отрицательная. Ток течет из точки A через выпрямитель D ₁ и заряжает конденсатор C ₁ до указанной полярности.

Рисунок 1. Схема полуволнового удвоителя напряжения

A – В течение первого полупериода C ₁ заряжается через проводимость выпрямителя D ₁ .

B – Во время второго полупериода прикладываемое линейное напряжение последовательно с зарядом на C ₁ .Ток протекает через D ₂ . C ₂ получает сумму линейного напряжения и напряжения C ₁ .

В течение положительного полупериода точка A положительна. Приложенное пиковое напряжение 165 вольт последовательно с заряженным конденсатором C ₁ . При последовательном соединении напряжения складываются. Итак, выход удвоителя — это приложенное напряжение плюс напряжение C ₁ .

Ток не может протекать через выпрямитель D ₁ из-за его односторонней проводимости.Форма выходного сигнала показывает полуволновое выпрямление с амплитудой, примерно в два раза превышающей входное напряжение. Выпрямитель D ₂ позволяет току течь только в одном направлении к нагрузке.

Работа двухполупериодного удвоителя напряжения

Двухполупериодный удвоитель напряжения показан на рисунке 2. Во время положительного пика на входе переменного тока точка A положительна. Ток течет из точки B, заряжая C1 с указанной полярностью, через D1 в точку A.

Рисунок 2. Схема двухполупериодного удвоителя напряжения

A– C ₁ заряжается в течение первого полупериода.

B –C ₁ + C ₂ последовательно.

Во время отрицательного цикла входа точка A отрицательна.