Утроение напряжения схема

Изготовление трансформаторов на высокое напряжение и последующее выпрямление последнего представляет определенные трудности. Поэтому иногда для получения высокого постоянного напряжения применяют схемы удвоения, утроения и вообще умножения напряжения трансформатора с помощью конденсаторов и вентилей. На зажимах вентиля выход схемы получается напряжение, изменяющееся от нуля до почти удвоенного напряжения трансформатора. Рядом приведена форма кривой напряжения, которая получается при включении нагрузки, не вызывающей большого падения напряжения. Простейшая схема выпрямления и удвоения напряжения. Простейшая схема выпрямления и удвоения напряжения представлена на рис.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Выпрямители с умножением напряжения
• Умножители напряжения схема
• УМНОЖИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ
• Умножители напряжения — теория, практика, схемы
• Умножители напряжения на диодах
• УМНОЖИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ
• Удвоитель напряжения: особенности и принцип работы. Как удвоить напряжение постоянного тока
• Умножитель напряжения
• Выпрямители и умножители винтажные
• Утроитель напряжения

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: ОЧЕНЬ ПРОСТОЙ УДВОИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ Своими руками

Выпрямители с умножением напряжения

Поэтому удобнее использовать в высоковольтных маломощных источниках питания умножители напряжения. Умножители напряжения создаются на базе схем выпрямления с емкостной реакцией нагрузки. Принцип действия таких схем в том, что последовательно соединенные конденсаторы заряжаются каждый отдельно от сравнительно низковольтной вторичной обмотки трансформатора через свои вентили диоды , но так как по отношению к нагрузке конденсаторы соединены последовательно, то общее напряжение будет равно сумме напряжений на всех конденсаторах, то есть выходное напряжение схемы умножится по сравнению с напряжением обычного выпрямителя.

Внутренне сопротивление схемы умножения возрастает с увеличением числа каскадов, поэтому она должна работать на высокоомные нагрузки. Наибольшее распространение получили однофазные симметричные и несимметричные схемы умножения напряжения.

Симметричные схемы умножения напряжения отличаются от несимметричных способом подключения к вторичной обмотке трансформатора.

Однофазные несимметричные схемы умножения представляют собой последовательное соединение нескольких одинаковых однотактных схем выпрямления с емкостной реакцией. В схеме показанной на рисунке каждый последующий конденсатор заряжается до более высокого напряжения. Этот конденсатор зарядится до напряжения равного амплитуде напряжения на вторичной обмотке трансформатора U2m. При изменении ЭДС вторичной обмотки будет протекать ток заряда второго конденсатора по цепи: точка а , конденсатор С1, вентиль VD2, конденсатор С2, точка б.

В схеме показанной на следующем рисунке наибольшее напряжение на конденсаторах равно удвоенному напряжению на вторичной обмотке. В первый полупериод напряжения вторичной обмотки через вентиль VD1 заряжается до амплитудного значения напряжения вторичной обмотки U2m конденсатор С1.

Во второй полупериод напряжение вторичной обмотки трансформатора изменит свое направление и будет включено согласно с напряжением конденсатора С1. Конденсатор С2 зарядится через вентиль VD2 до суммы этих напряжений 2U2m. В следующий по порядку полупериод через вентиль VD3 заряжается конденсатор С3. Он зарядится до напряжения:. Нетрудно заметить, что и остальные конденсаторы схемы заряжаются до удвоенного напряжения вторичной обмотки.

В этой схеме в отличии от первой умноженное напряжение снимается не с одного, а нескольких конденсаторов. В схемах умножения при росте тока нагрузки выходное напряжение существенно снижается. Частота пульсаций в рассмотренных схемах умножения равна частоте сети. Схема Латура представляет собой мостовую схему у которой два плеча моста включены вентили VD1 VD2, а два другие плеча — конденсаторы С1 С2. К одной из диагоналей моста подключена вторичная обмотка трансформатора, к другой нагрузка.

Схему удвоения напряжения можно представить в виде двух однополупериодных схем, соединенных последовательно и работающих от одной вторичной обмотки трансформатора. В первый полупериод, когда потенциал точки а вторичной обмотки положителен относительно точки б , откроется вентиль VD1 и начинается заряд конденсатора С1.

Ток в этот момент протекает через вторичную обмотку, VD1 и С1. Во второй полупериод заряжается конденсатор С2. Ток заряда конденсатора С2 протекает через вторичную обмотку, С2 и VD2.

С1 и С2 по отношению к сопротивлению нагрузки Rн1 соединены последовательно, и напряжение на нагрузке равно сумме напряжений UC1 UC2. Схема удвоения напряжения применяется при выходной мощности до 50 Вт и выпрямленном напряжении В и выше. Основное преимущество схемы это повышенная частота пульсации, низкое обратное напряжение на диодах по сравнению с двухфазной схемой и достаточно полное использование трансформатора.

К недостаткам можно отнести повышенное значение тока диодов. Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться. Ваш IP: Схемы умножения напряжения. Радиошкола Разное ИП Необходимое высокое напряжение снимается с одного конденсатора Сn.

Схема Латура удвоение напряжения Схема Латура представляет собой мостовую схему у которой два плеча моста включены вентили VD1 VD2, а два другие плеча — конденсаторы С1 С2.

Источник: Артамонов Б. Источники электропитания радиоустройств Преобразователь состоит из симметричного мультивибратора, что дает необходимую стабильность Преобразователь напряжения для электробритвы — Данное устройство позволяет питать в полевых условиях электроприборы, рассчитанные на напряжение сети В электробритва, электропаяльник, электрощипцы для завивки волос и др.

Источником питания служит аккумуляторная батарея или генератор постоянного тока напряжением Стабилизированный источник питания с регулируемым выходным напряжением на LM — Благодаря применению интегрального стабилизатора LM, можно создать регулируемый источник стабилизированного напряжения.

Схема очень проста, изменяя сопротивление R1 можно регулировать выходное напряжение от 1,5 до 30В при токе нагрузки не более 0,3А. Удобно использовать в качестве резервного источника химический, например, автомобильный аккумулятор. Но лампы накаливания и другие маломощные потребители электроэнергии имеют напряжение питания В Ток потребления при холостом ходе 1 А, а при полной нагрузке Вт 10А. Преобразователь состоит из формирователя прямоугольных противофазных импульсов 50 Гц и мощного Добавить комментарий Отменить ответ Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Войти с помощью:. Запись производят на каждый бит информации, устанавливая переключатель SA9 на те выводы на которых по данному адресу должная быть лог. На рисунке показана схема простого усилителя звуковой частоты на микросхеме LM Для максимального усиления необходимо установить конденсатор емкостью 10 мкФ между 1 и 8 выводами микросхемы.

Первый каскад усилителя представляет собой дифференциальный усилитель на транзисторах VT1 VT2. Второй каскад усилителя состоит из транзисторов VT3 VT4. Выход усилителя через катушку L1 соединен с нагрузкой 8 Ом. УКВ приемник содержит небольшое кол-во внешних элементов, прост в настройке. Выходной сигнал звуковой частоты моно подается на вход усилителя ЗЧ или на высокоомные наушники.

На базе микросхем MAX и MAX можно собрать передатчик для микрофона беспроводной микрофон , радиус действия микрофона 50м. МАХ усиливает сигнал от микрофона до уровня необходимого для осуществления ЧМ. При использовании электретного микрофона необходимо смещение постоянным … Подробнее На рисунке показана схема простого усилителя для наушников с сверхнизким коэффициентом нелинейных искажений. Выходная мощность усилителя мВт на нагрузке … Подробнее На рисунке показана схема простого, но достаточно качественного усилителя класса А, с максимальной выходной мощностью 7 Вт на нагрузке 8 … Подробнее Панель управления сайтом Регистрация Войти.

Умножители напряжения схема

До недавнего времени умножители напряжения недооценивали. При частоте переключения 1 кГц, и тем более при 20 кГц, умножитель напряжения заслуживает переоценки его возможностей. Некоторые полезные схемы умножителей напряжения показаны на рис. А показывает, что способ начертания схемы может иногда вводить в заблуждение. Умножитель напряжения облегчает создание хорошего инвертора. Трансформатор инвертора лучше всего работает с коэффициентом трансформации около единицы. Так, те, кто экспериментировали с инверторами и преобразователями хорошо знают, что наиболее вероятным сбоем в работе даже простой схемы являются колебания, частота которых отличается от расчетной.

Однотактные схемы выпрямления с умножением напряжения. Рис. 2. Однотактные схемы выпрямления с умножением напряжения: а схема утроения.

УМНОЖИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

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 В. Например, после выпрямления сетевого напряжения В на фильтрующем конденсаторе при очень малой нагрузке можно получить максимум амплитудное значение переменного напряжения В. Следовательно конденсатор зарядится до указанного значения. Однако применяя умножитель напряжения можно повысить его до В и более. Схема умножителя напряжения может выполняться в нескольких вариантах, одна принцип действия всех их заключается в следующем. В разные полупериоды переменного тока происходит поочередно зарядка нескольких конденсаторов, а суммарное напряжение на них превышает амплитудное значение на обмотке. Таким образом, за счет увеличения числа конденсаторов и, как далее будет видно, количества диодов, получают напряжение в несколько раз превышающее величину подведенного.

Умножители напряжения — теория, практика, схемы

При этом для умножения напряжения в два, три и более раз используется накапливание энергии в электрическом поле конденсатора. Наибольшее распространение получили схемы удвоения напряжения , применяющиеся в маломощных высоковольтных выпрямителях для питания электроннолучевых и рентгеновских трубок. На рис. В полупериод, когда потенциал точки 1 выше потенциала точки 2, импульс тока i c1 , проходящий по цепи точка 1, В 1 , С 1 , точка 2 заряжает конденсатор С 1.

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.

Умножители напряжения на диодах

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

УМНОЖИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

Они предназначены для получения мощных коронарных разрядов. Рассмотрены схемы удвоения, учетверения и учетверения с трансформатором напряжения. Выбран оптимальный вариант высоковольтного выпрямителя для применения их в литейном производстве. Описана конструкция. They are designed for high-power corona discharge.

Схема однополупериодного выпрямителя с удвоением напряжения. На рис.2 . Схема умножителя напряжения с утроением, из телевизора Юность.

Удвоитель напряжения: особенности и принцип работы. Как удвоить напряжение постоянного тока

Для повышения выпрямленного напряжения при заданном напряжении на вторичной обмотке трансформатора применяют схемы выпрямления с одновременным умножением напряжения. Их часто применяют также для упрощения конструкции повышающего трансформатора, так как умножением напряжения можно уменьшить коэффициент трансформации, а следовательно, и размеры обмоток трансформатора будут уменьшены. Практически чаще всего используют схемы с удвоением напряжения, но принципиально возможна любая кратность умножения.

Умножитель напряжения

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Высоковольтные диоды и конденсаторы для шокера

Поэтому удобнее использовать в высоковольтных маломощных источниках питания умножители напряжения. Умножители напряжения создаются на базе схем выпрямления с емкостной реакцией нагрузки. Принцип действия таких схем в том, что последовательно соединенные конденсаторы заряжаются каждый отдельно от сравнительно низковольтной вторичной обмотки трансформатора через свои вентили диоды , но так как по отношению к нагрузке конденсаторы соединены последовательно, то общее напряжение будет равно сумме напряжений на всех конденсаторах, то есть выходное напряжение схемы умножится по сравнению с напряжением обычного выпрямителя. Внутренне сопротивление схемы умножения возрастает с увеличением числа каскадов, поэтому она должна работать на высокоомные нагрузки. Наибольшее распространение получили однофазные симметричные и несимметричные схемы умножения напряжения. Симметричные схемы умножения напряжения отличаются от несимметричных способом подключения к вторичной обмотке трансформатора.

Типичная схема утроителя напряжения показана на рис. Для утроения напряжения в схему включены три диода и три конденсатора.

Выпрямители и умножители винтажные

Удвоитель — это устройство, которое предназначено для преобразования пульсирующего напряжения. Происходит данный процесс на каскадах. Стандартный удвоитель переменного напряжения состоит из набора конденсаторов и диода. Также стоит отметить, что существуют низкочастотные модификации, которые производятся со стабилизаторами. Наиболее часто они встречаются в экранах. К основным параметрам модификаций стоит отнести полюсную проводимость, пороговое напряжение и перегрузку. Для того чтобы более подробно разобраться в удвоителях, стоит рассмотреть принцип работы модели.

Утроитель напряжения

Удвоитель напряжения означает, что напряжение на его выходе в два раза выше чем на выходе обычного выпрямителя. Удвоители, также как и обычные выпрямители, бывают двух типов: однополупериодные и двухполупериодные. На рисунке справа представлена схема обычного однополупериодного удвоителя с положительным напряжением на выходе. Однополупериодным умножителям напряжения присущи теже недостатки, что и аналогичным выпрямителям.

Схемы умножения напряжения | Высоковольтное испытательное оборудование и измерения

Страница 23 из 41

Изготовление трансформаторов на высокое напряжение и последующее выпрямление последнего представляет определенные трудности. Поэтому иногда для получения высокого постоянного напряжения применяют схемы удвоения, утроения и вообще умножения напряжения трансформатора с помощью конденсаторов и вентилей.
На зажимах вентиля (выход схемы) получается напряжение, изменяющееся от нуля до почти удвоенного напряжения трансформатора. Рядом приведена форма кривой напряжения, которая получается при включении нагрузки, не вызывающей большого падения напряжения.

Рис. 3-13. Простейшая схема выпрямления и удвоения напряжения.
Простейшая схема выпрямления и удвоения напряжения представлена на рис. 3-13. За один полупериод емкость С через кенотрон К заряжается до амплитудного значения напряжения Uа, даваемого трансформатором. В продолжение второго полупериода получается сложение напряжения на заряженном конденсаторе и трансформаторе. Результирующее напряжение на выходе схемы пульсирует от нуля до почти удвоенной амплитуды напряжения трансформатора с частотой первичного тока, сохраняя все время одну полярность. Чем меньше потребляемая мощность и чем больше зарядный ток, тем ближе к удвоенному Ua будет максимальное напряжение на выходе схемы.
Заметим, что кенотрон в схеме оказывается под максимальным напряжением, равным 2Ua.

Рис. 3-14. Сдвоенная схема удвоения с пульсирующим напряжением.
Применяется сдвоенная схема удвоения с пульсирующим напряжением, как это указано на рис. 3-14. Схема представляет собой две последовательно включенные схемы удвоения напряжения, представленные на рис. 3-13. Средняя точка обмотки трансформатора заземлена, а выпрямление производится двумя последовательно включенными кенотронами.

На рис. 3-15 изображена схема удвоения другого типа.
В первую половину периода переменного тока емкость С1 через кенотрон зарядится до напряжения К1 от трансформатора. 

На рис. 3-16 приведена схема удвоения и стабилизации напряжения Грейнахера. Во время действия одной полуволны напряжения емкость С1 заряжается через кенотрон K1 до напряжения Uа, а во время другой полуволны через кенотрон К2 заряжается емкость С2.
Напряжение на выходе схемы равно сумме напряжений на обеих емкостях, т.е. приблизительно 2Uп. Схема симметрична и ее средняя точка может быть заземлена, в результате чего облегчаются изоляция установки относительно земли.
При отсутствии нагрузки на выходных зажимах схемы получается практически постоянное напряжение, равное удвоенному напряжению трансформатора.

Рис. 3-16. Схема удвоения напряжения при отсутствии нагрузки на выходных зажимах схемы.
Рис. 3-17. Изменение напряжений и токов в схеме рис. 3-16.

При включении нагрузки в продолжение каждого полупериода конденсаторы несколько разряжаются, напряжение на выходе уменьшается. На зажимах нагрузки наблюдается пульсация напряжения с частотой, равной удвоенной частоте первичного напряжения, как это представлено на рис. 3-17 (кривая 4).
При включении нагрузки с высоким сопротивлением (например, рентгеновской трубки) заряд конденсаторов и напряжение на их зажимах в продолжение времени между двумя максимумами переменного напряжения на трансформаторе уменьшаются, следуя линейному закону. Когда напряжение на зажимах конденсаторов становится меньше, чем напряжение на зажимах трансформатора, происходит подзаряд конденсаторов. На рис. 3-17 изменение напряжения на конденсаторах представлено кривыми 2 и 3, кривая 4 показывает слабо пульсирующее напряжение на зажимах нагрузки. Кривые 8-7 показывают изменение тока трансформатора, кривая 6-8-6-8-6— ток через один конденсатор, прямая 5 показывает ток через нагрузку. Напряжение на нагрузке в схеме изменяется от нуля до удвоенного максимального, даваемого трансформатором.

С увеличением тока через нагрузку конденсаторы разряжаются быстрее, вследствие чего напряжение на выходе схемы согласно изложенному выше пульсирует глубже. Соответственно выбирая параметры схемы, можно получить малую пульсацию напряжения, поэтому схема рис. 3-16 получила название стабилизирующей — «стабиловольт».
На рис. 3-18 приведена схема утроения напряжения. Когда нижний на схеме конец обмотки трансформатора b имеет максимальный положительный потенциал, оба кенотрона К1 и К2 заряжают емкости С1 и С2 до максимального значения напряжения, даваемого трансформатором.

Рис. 3-18. Схема утроения напряжения и кривая напряжения.

Так как падение напряжения на кенотронах невелико, то выходные зажимы схемы а’ и b‘ оказываются присоединенными соответственно к выводам b и а трансформатора, и напряжение на выходе будет в этот момент равно максимальному значению напряжения вторичной обмотки трансформатора Uа. Когда же полярность напряжения изменится на противоположную, то кенотроны К1 и К2 не будут проводить ток. В этом случае напряжение на выходе схемы будет суммироваться из напряжений на обеих емкостях и трансформаторе и достигнет значения, приблизительно равного 3Ua.
Таким образом, на выходе схемы получается выпрямленное напряжение, пульсирующее от Uа до 3Uа. Аналитически кривая напряжений при малой нагрузке показана в правой части рис. 3-18 и выражается функцией

При последовательном соединении двух схем утроения возможны два случая.

Схема утроения напряжения была предложена в 1926 г. в Московском рентгеновском институте. Достоинством этой схемы является то обстоятельство, что трансформатор и конденсаторы работают при напряжении, равном 1/3 напряжения, даваемого установкой, а кенотроны должны
выдерживать обратное напряжение, равное 2/3 максимального напряжения на выходе схемы.
Среди различных способов трансформации электрической энергии существует указанный еще Франклином метод, состоящий в переключении ряда заряженных конденсаторов из параллельного соединения в последовательное. Получение высокого напряжения путем последовательного соединения заряженных конденсаторов с помощью механического устройства разрабатывалось и исследовалось многократно.
Гольц и Мах описали устройство механического приспособления, которое позволило такое переключение производить с достаточной быстротой. В 1877—1878 гг. Планте опубликовал результаты опытов, которые он проделал с батареей из 800 аккумуляторов. Планте заряжал этой батареей конденсатор, составленный сначала из 30, а потом из 40 слюдяных пластинок по 3 дм2 площадью каждая. При вращении коммутатора, непрерывно производившего указанное переключение, т. е. соединявшего пластинки параллельно при заряде и последовательно— для разряда, прибор этот, питаемый аккумуляторной батареей, давал искры 4—5 см длиной. Такой аппарат еще больших размеров был построен Траубриджем, который пользовался батареей из 10 000 аккумуляторов; конденсаторная батарея состояла из 120 плоских конденсаторов. Разряды, которые происходили при напряжении 3 000 кВ в воздухе, имели вид искр длиной 198 см. Этим же способом интересовались де Кудр, который при помощи батареи получал искры длиной 100 см, Лфаундлер, описавший свою конструкцию прибора, и Ломан, пользовавшийся способом переключения для измерения разрядного напряжения при высоком напряжении.
В. И. Лихов и В. И. Павлов предложили схему установки постоянного тока высокого напряжения, основанную на трансформировании напряжения путем последовательного соединения заряженных конденсаторов. Зарядка конденсаторного ряда производится системой вспомогательных конденсаторов. Заряженный вспомогательный конденсатор представляет собой источник энергии, не связанный с питающей установкой. Получив заряд от выпрямителя, вспомогательный конденсатор затем перемещается вдоль заряжаемого ряда последовательно соединенных конденсаторов.   На время перемещения от контакта заряжающего выпрямителя по всем контактам последовательного ряда заряжаемых конденсаторов и обратно вспомогательный конденсатор не нуждается в подзарядке. Он имеет необходимую изоляцию от земли и поэтому может принимать потенциал любой точки заряжаемого ряда последовательно соединенных конденсаторов.

Рис. 3-20. Схема установки постоянного тока высокого напряжения конструкции В. И. Лихова и В. И. Павлова.
Схема возможной конструкции такой установки представлена на рис. 3-20. Ряд конденсаторов b разметается внутри кожуха — ротора а. Отводы от секций ряда конденсаторов выводятся к контактам с, располагаемым по окружности на наружной поверхности ротора. При вращении ротора контакты касаются щеток, соединенных с вспомогательными конденсаторами d и f. Напряжение от зарядной выпрямительной установки подводится к контактам е, расположенным также на боковой поверхности ротора. Контакты е расположены на той же высоте, что и контакты от внутренних секций. При вращении ротора вспомогательные конденсаторы будут последовательно заряжаться. На рис. 3-21 видно расположение контактов в плане. Контакты, помеченные 1, соответствуют нижнему— первому конденсатору, а помеченные п— верхнему.

При вращении ротора полюсы некоторого заряжающего конденсатора коснутся зарядных щеток. Затем полюсы заряженного вспомогательного конденсатора коснутся полюсов нижней секции конденсаторного ряда, потом полюсов второй секции и т. д. Вспомогательный конденсатор отдает во всех случаях часть своего заряда. Через один оборот ротора вспомогательный конденсатор вновь заряжается от источника напряжения. Когда контакты вспомогательных конденсаторов касаются контактов заряженных секций, то вспомогательные конденсаторы принимают потенциал этих секций относительно земли.

Рис. 3-21. Схема расположения контактов установки (рис. 3-20).

Таким образом, при движении вспомогательного конденсатора от первого к последнему, n-му, контакту последовательно включенные конденсаторы установки заряжаются; сам вспомогательный конденсатор при этом разряжается. Его потенциал относительно земли возрастает. Ток, получаемый от такой установки при последовательном соединении заряженных конденсаторов, можно определить из формулы  где Iсп —ток, а;
С—емкость последовательно соединенных конденсаторов, ф;
р—число оборотов диска в секунду;
п—число вспомогательных конденсаторов;
k—коэффициент, характеризующий степень разрядки рабочей емкости.

Авторы полагают, что таким путем, например, используя последовательно соединенные электролитические конденсаторы на рабочее напряжение 500—700 В, с помощью механического коммутатора можно строить мощные установки на рабочее напряжение в несколько миллионов вольт.
Схемы рис. 3-13 и 3-16 являются частным случаем схем выпрямления и умножения напряжения. Теоретически возможно таким путем получать и сверхвысокие напряжения. Практически первая установка на 700 кВ, работающая по этому принципу, была построена в 1932 г. для изучения атомного ядра.
Получение постоянного тока высокого напряжения с помощью выпрямителей, кроме включения по схеме умножения (накопления) напряжения, может быть также осуществлено и некоторыми другими способами. Укажем включение выпрямителей, распределенных по обмотке трансформатора, или последовательное включение выпрямителей на выходе источника тока высокого напряжения.
Каждая из этих схем имеет свои существенные недостатки. Для осуществления первой схемы включения необходимо иметь трансформаторы с обмоткой специальной конструкции. При работе второй схемы получается неравномерное распределение напряжения по последовательно включенным выпрямителям в нерабочий полупериод.
Установки с применением конденсаторно-выпрямительных схем, содержащие большое число ступеней называют каскадными генераторами. Они позволяют получать сверхвысокие постоянные напряжения порядка нескольких миллионов вольт.

• Назад
• Вперёд

Схема мостового умножения напряжения. Умножители напряжения

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

Область применения

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

Типы схем

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

Принцип работы

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

Расчет схемы

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

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

I — ток нагрузки;

N — число ступеней;

F — частота входного напряжения;

С — емкость генератора.

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

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

Описание работы удвоителя напряжения

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

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

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

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

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

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

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

Теперь давайте рассмотрим конкретные примеры и схемные решения.

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

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

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

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

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

Умножитель напряжения многократный

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

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

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

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

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

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

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

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

(однополупериодный)

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

Двухполупериодный удвоитель напряжения

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

(двухполупериодный)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Сначала рассчитываем емкость выходного конденсатора

где /q — выходной ток в амперах, а / – длительность однополярного им­пульса в микросекундах. Пусть в качестве примера = 40 мА. Если Вы принимаете, что частота равна 20 кГц, то t составляет половину величи­ны обратной 20 кГц, или

В качестве напряжения V принимается максимальная величина пульсаций. Разумной можно считать величину 100 мВ, тогда

Рис. 16.5. Два варианта многокаскадного умножителя напряжения. (А) В этой схеме ни на одном конденсаторе нет напряжения выше 2Е. (В) Особенностью этой схемы является общая точка заземления для входа и выхода. , следующие: 2/2-2, 2/2-4, 2/2-6, 2/2-8 и, наконец, для правого замыкающего конденсатора 2/2-10.

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

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

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

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

Схема тройника напряжения

и работа

Содержание

Что такое тройник напряжения?

Утроенная схема напряжения — это схема, которая утраивает входное напряжение, т. е. выходное напряжение будет в три раза превышать пиковое входное напряжение. Мы можем очень легко построить схему тройника напряжения, используя несколько диодов и конденсаторов. Схема утроения напряжения на самом деле представляет собой тип схем умножения, которые обеспечивают выходное напряжение в два, три или четыре раза больше пикового входного напряжения.

Схемы умножения напряжения используются, когда нам требуется высокое напряжение и малый ток. Умножители напряжения также используются для уменьшения размера трансформатора или иногда его удаления. Они могут быть очень полезны при преобразовании низкого напряжения переменного тока в высокое напряжение постоянного тока, а также при малом токе.

Похожие сообщения:

• Что такое Crowbar Circuit? Конструкция и работа
• Цепь преобразователя 12 В в 5 В

Необходимые компоненты

• 3 Количество диодов 1N4007
• 3 Кол-во конденсаторов 22 мкФ
• Понижающий трансформатор 9-0-9
• Цифровой мультиметр

Диод (1N4007)

Диод является однонаправленным устройством, т. е. пропускает ток только в одном направлении. Он используется во многих электронных приложениях, таких как выпрямитель, обработка сигналов, отсечение/фиксация сигналов, обнаружение сигналов, микширование сигналов и многие электронные системы. Он имеет две клеммы Анод и Катод. Таким образом, ток должен течь от анода к катоду.

На самом деле диод работает по принципу полупроводника. Итак, существует два типа полупроводников на основе свободных электронов: N-типа и P-типа.

Полупроводник N-типа имеет много свободных электронов и очень мало положительных дырок. Итак, электроны называются основными носителями заряда, а дырки — неосновными носителями заряда. Полупроводник P-типа имеет большую концентрацию положительных дырок и очень меньшую концентрацию электронов. Итак, основные носители — дырки, а неосновные — электроны.

Когда области P-типа и N-типа соприкасаются, большинство носителей диффундируют с одной стороны на другую. Поскольку в области N-типа меньше дырок, а в области P-типа меньше электронов, поэтому из-за разницы концентраций электроны движутся в сторону области P-типа, а дырки — в сторону области N-типа. Когда электроны из области N-типа диффундируют с дырками в области P-типа, а дырки из области P-типа диффундируют с электронами в области N-типа, то слой положительных ионов на стороне N и слой появляются отрицательные ионы на стороне Р.

Эти два слоя появляются вдоль линии соединения двух областей/полупроводников. Эта область двух слоев ионов известна как обедненная область или обедненный слой, потому что в этой области нет заряда, потому что все они рекомбинируют.

После формирования обедненного слоя диффузия носителей заряда из обеих областей не происходит из-за электрического поля, генерируемого этой обедненной областью.

Если мы соединим сторону P диода с положительной клеммой батареи, а сторону N с отрицательной клеммой, то это называется прямым смещением. Если мы увеличим напряжение от нуля, то в начале через диод не будет протекать ток, потому что не хватает напряжения для того, чтобы носители заряда смогли пересечь потенциальный барьер обедненного слоя. Когда напряжение, приложенное к диоду, больше, чем единственный ток, может течь через диод.

Если мы соединим сторону N диода с отрицательной клеммой батареи, а сторону P с положительной клеммой, то это называется обратным смещением. Когда применяется это смещение, отрицательные электроны на стороне P притягиваются к отрицательной клемме, а дырки на стороне N притягиваются к положительной клемме. В результате обедненный слой становится шире и, следовательно, диод блокирует ток. Вот почему диод является однонаправленным устройством.

Похожие сообщения:

• Схема автоматического выключателя освещения ванной комнаты и работа
• Простая схема защиты от перенапряжения с использованием стабилитрона

Конденсатор

Конденсатор — это устройство, используемое для хранения энергии в виде заряда. Они широко используются во многих электронных приложениях. Конденсатор состоит из двух металлических пластин, между которыми находится диэлектрический материал. Поэтому, когда мы прикладываем электрический потенциал к этим двум пластинам, между этими пластинами создается электрическое поле. Положительный заряд собирается на отрицательной стороне, а отрицательный заряд собирается на положительной стороне.

Этот процесс продолжается до тех пор, пока обе пластины не будут достаточно заряжены, и в этом состоянии конденсатор находится в полностью заряженном состоянии. Обе пластины имеют одинаковый заряд с разной полярностью. Таким образом, между этими пластинами возникает электрическое поле. Так конденсатор держит заряд. Давайте теперь посмотрим, почему между двумя пластинами конденсатора имеется диэлектрическое заполнение.

Молекулы диэлектрика полярны, т. е. они могут двигаться к любой из пластин в зависимости от заряда, приложенного к пластинам. Следовательно, молекулы выстраиваются таким образом, что больше электронов может притягиваться к отрицательной пластине, а больше электронов может отталкиваться от положительной пластины. Теперь, если мы вытащим аккумулятор после полной зарядки конденсатора, конденсатор может удерживать этот заряд в течение длительного времени. И вот как он действует как элемент накопления энергии. Если вы приложите нагрузку к двум клеммам конденсатора, он начнет разряжаться, и ток начнет течь через подключенную нагрузку.

Конденсатор можно использовать во многих местах. Одно из приложений в этом проекте. Его также можно использовать в качестве шунтирующего конденсатора. Шунтирующие конденсаторы используются с ИС для фильтрации шума в источнике питания, например, для обработки пульсаций и колебаний, вызванных переключением. Поэтому, когда блок питания отключается, временной конденсатор действует как временный источник питания. Их также можно использовать в выпрямителях. Хотя выпрямитель состоит из диодов, роль конденсатора также важна.

Выходной сигнал выпрямителя представляет собой непрерывный сигнал, который при прохождении через конденсатор преобразуется в плавный сигнал постоянного тока вследствие зарядки и разрядки конденсатора. Еще одно применение конденсатора — фильтрация сигналов. Они используются для разработки фильтров, которые широко используются в обработке сигналов. Поэтому они используются в радиоприемниках для настройки частоты, чтобы выбрать идеальный канал, который нужно слушать. Последнее, но не менее важное использование конденсатора — это хранение энергии. Их срок службы намного лучше, чем у обычных батарей, и они могут отдавать энергию намного быстрее, поскольку время их зарядки и разрядки действительно меньше.

Related Posts:

• Инвертор с половинным мостом H-Bridge — схема, работа, формы сигналов и использование
• Полномостовой инвертор — схема, работа, формы сигналов и использование

Схема тройника напряжения

Схема действительно очень проста. Вы можете сделать эту схему либо на макетной плате, либо припаять ее на Perfboard. Вам просто нужно следовать схеме, и все готово. Во-первых, соедините клемму 9 В трансформатора с положительной клеммой конденсатора. Теперь подключите отрицательную клемму этого конденсатора к положительной клемме диода, а затем подключите отрицательную клемму этого диода к клемме 0 В трансформатора. Теперь соедините отрицательную клемму другого диода с положительной клеммой этого диода и положительную клемму с отрицательной клеммой отрицательной клеммы другого конденсатора, а затем соедините положительную клемму этого конденсатора с клеммой 0 В трансформатора.

Теперь вам нужно соединить положительную клемму третьего конденсатора с отрицательной клеммой предыдущего диода и отрицательную клемму с положительной клеммой третьего диода, а затем соединить отрицательную клемму этого диода с клеммой 0 В трансформатора.

Мы используем трансформатор 9-0-9 для понижения напряжения сети переменного тока 220В. Теперь, в первом положительном полупериоде, диод D1 смещается в прямом направлении, а конденсатор C1 заряжается от D1 до пикового значения напряжения (Vpeak). А в отрицательный полупериод диод D2 смещен в прямом направлении, а диод D1 смещен в обратном направлении. D1 не дает разрядить конденсатор C1. Конденсатор C2 заряжается комбинированным напряжением C1 (Vpeak) и отрицательным пиковым напряжением сети переменного тока, поэтому он заряжается до 2Vpeak.

Во время второго положительного полупериода диоды D1 и D3 открыты, а D2 смещен в обратном направлении. Таким образом, конденсатор C3 заряжается до того же напряжения, что и C2, что составляет 2 Впик. Теперь, как мы видим, конденсаторы C1 и C3 соединены последовательно, поэтому общее напряжение на этих конденсаторах равно Vpeak + 2Vpeak = 3Vpeak. Вот как мы получаем утроенное значение приложенного напряжения на выходе. Аналитически приведенный выше расчет может быть правильным. Но мы должны учитывать и практический аспект. На самом деле часть напряжения также падает на диодах, так что выходное напряжение не точно в три раза превышает входное. Будет:

Vвых = 3 x Vпиковое падение напряжения на диодах

Что такое повышающий преобразователь? Принципиальная схема и работа

Работа тройной цепи напряжения

Входное напряжение будет измеряться от трансформатора, а выходное напряжение будет измеряться от третьего диода. Сначала установите ручку цифрового мультиметра на диапазон 20 В и измерьте входное напряжение, а затем измерьте напряжение на выходе, изменив диапазон. В этом проекте мы использовали 9Трансформатор V для ввода. Это среднеквадратичное значение, поэтому для определения размаха напряжения нам нужно умножить его на √2, поэтому Vpeak = 9 x √2 = 12,7 В

Таким образом, аналитически наш выход должен быть 12,7 x 3 = 38,1 В

Но это получается около 37,3 В. Итак, падение напряжения на диодах 38,1-37,3 = 0,8 В

Список идей проектов последнего года в области электроники

Идеи проекта по разработке электроники для студентов инженерных специальностей

Простые и базовые идеи мини-проекта по электронике для начинающих

Другие проекты в области электротехники и электроники

Показать полную статью

Связанные статьи

Кнопка «Вернуться к началу»

Схемы удвоения и утроения напряжения

Умножители напряжения, как следует из названия, представляют собой схемы, которые умножают входное напряжение в два, три или более раза. Обычно используемые умножители напряжения представляют собой схемы удвоения напряжения, утроения напряжения и учетверения напряжения.

[adsense1]

Умножители напряжения также являются выпрямителями, которые преобразуют переменный ток в постоянный, но умножают напряжение. В случае схемы удвоения напряжения, если входное напряжение составляет 12 В, выходное напряжение будет примерно 24 В.

Несмотря на то, что повышающие трансформаторы в сочетании со схемой выпрямителя могут использоваться для создания высокого напряжения постоянного тока, для этой схемы требуется громоздкий трансформатор в сети, а пиковое обратное напряжение (PIV) выпрямительного диода должно быть высоким.

Следовательно, повышающие трансформаторы используются в приложениях, где требуется высокое напряжение и большой ток, тогда как умножители напряжения, такие как удвоители напряжения и утроители напряжения, используются в приложениях, где требуется высокое напряжение и малый ток.

В этом проекте мы разработали простую схему удвоения напряжения с использованием таймера 555. Кроме того, мы также разработали удвоитель напряжения и утроитель напряжения на основе трансформатора.

Voltage Doubler 555 1

Voltage Doubler 555 2

Voltage Doubler 555 3

Voltage Doubler 555 4

[adsense2]

Outline

Circuit of Voltage Doubler using 555

Components Required

• IC 555
• Электролитические конденсаторы 22 мкФ / 50 В x 2
• 1N4007 Соединительный диод PN x 2
• Керамический конденсатор 100 нФ (код конденсатора — 104)
• Керамический конденсатор 1 нФ (код конденсатора — 102)
• Резистор 30 кОм (1/4 Вт)
• Блок питания
• Макет
• Соединительные провода
• Мультиметр (для проверки входного и выходного напряжения)

Схема

555 Таймер используется в качестве нестабильного мультивибратора. Контакты 4 и 8 (RESET и VCC) подключены к VCC, а контакт 1 подключен к GND. Контакты 2 и 6 (TR и TH) закорочены. Конденсатор емкостью 1 нФ (C3) подключен между контактом 2 и GND.

Конденсатор емкостью 100 нФ (C4) подключен между контактом 5 и GND. Резистор на 30 кОм подключен между контактами 3 и 2. Это завершает высокочастотный импульс, т.е. часть схемы нестабильного мультивибратора.

Удвоитель напряжения состоит из двух конденсаторов емкостью 22 мкФ и двух переходных диодов 1N4007 PN. Номинальное напряжение конденсатора является важным фактором, и оно должно быть больше, чем выходное напряжение.

Поскольку мы намерены подавать входное напряжение 12 В, выходное напряжение не будет превышать 24 В. Итак, номинальное напряжение двух конденсаторов по 22 мкФ мы выбрали на уровне 50 В.

Работа удвоителя напряжения с использованием 555

Выходной сигнал таймера 555 представляет собой прямоугольную волну с рабочим циклом примерно 50% и частотой примерно 23 кГц. Когда выход таймера 555 на выводе 3 становится НИЗКИМ, диод D1 смещается в прямом направлении. В результате конденсатор C1 заряжается до напряжения питания через D1.

Когда выход таймера 555 на контакте 3 становится ВЫСОКИМ, диод D1 смещается в обратном направлении и не позволяет конденсатору C1 разрядиться. В то же время диод D2 смещается в прямом направлении и позволяет заряжать конденсатор C2. C2 заряжается до комбинации напряжения питания и напряжения, хранящегося в конденсаторе C1 (которое равно напряжению питания). Следовательно, напряжение на конденсаторе С2 будет вдвое больше напряжения питания.

Теоретически напряжение на C2 должно быть в два раза больше, чем на VCC (напряжение питания), но на практике это напряжение будет немного меньше. Например, во время наших практических испытаний мы подали два разных напряжения 8,6 В и 11,8 В. Выходные напряжения были 14,8 В и 22,5 В соответственно.

Цепь умножителя напряжения

Утроитель напряжения — это еще одна схема умножения напряжения, где выходное напряжение в три раза превышает входное напряжение, т. е. если входное напряжение равно 9В, выходное напряжение будет 27 В (примерно). Для схемы утроения напряжения мы реализовали конструкцию на основе трансформатора следующим образом.

Работа цепи тройника напряжения

Пусть напряжение на вторичной обмотке трансформатора равно Vt Sinwt. Во время положительного цикла диод D1 смещен в прямом направлении и позволяет конденсатору C1 заряжаться до пикового значения Vt Sinwt, т. е. Vt. В это время диоды D2 и D3 смещены в обратном направлении.

Во время отрицательного цикла диод D2 смещен в прямом направлении и позволяет заряжать конденсатор C2. Поскольку напряжение на конденсаторе С1 и вторичной обмотке трансформатора аддитивно, конденсатор С2 зарядится до 2 В.

Во время следующего положительного цикла конденсатор C1 сохраняет свой заряд на уровне Vt, поэтому диод D1 не может проводить ток. Предполагая, что C3 изначально разряжен, путь проводимости для этого положительного цикла будет конденсатором C1, конденсатором C3, диодом D3 и конденсатором C2.

Поскольку D3 смещен в прямом направлении, конденсатор C3 зарядится до 2 В, что является суммой вторичной обмотки трансформатора и напряжения на конденсаторе C1. Если напряжение снимается с конденсаторов C1 и C3, напряжение будет представлять собой сумму напряжений на отдельных конденсаторах, т. е. Vt + 2Vt = 3Vt. Следовательно, схема действует как тройник напряжения.

Цепь удвоителя напряжения

Из схемы утроения напряжения видно, что напряжение на конденсаторе C2 в два раза превышает вторичное напряжение, т. е. эта часть схемы действует как цепь удвоения напряжения.

Точно так же мы можем построить схему учетверения напряжения, добавив конденсатор и диод в схему утроения напряжения. На следующем изображении показана схема учетверителя напряжения.

Работа схемы учетверителя напряжения

Часть до конденсатора C3 и диода C3 аналогична схеме утроителя напряжения. Применяя тот же принцип положительного цикла и отрицательного цикла схемы утроителя напряжения к схеме учетверителя напряжения, мы можем легко понять, что во время второго отрицательного цикла диод D4 проводит ток, а напряжение на конденсаторе C4 будет 2 В.

Взяв напряжение на конденсаторах C2 и C4, мы получим выходное напряжение, в четыре раза превышающее напряжение вторичных трансформаторов. Следовательно, приведенная выше схема действует как учетверитель напряжения.

ПРИМЕЧАНИЕ: В схеме учетверения напряжения мы отметили точки для удвоения напряжения и утроения напряжения соответственно.

Что следует помнить

• Первая схема удвоения напряжения, использующая 555, является слаботочной схемой. Выходной ток очень меньше (несколько миллиампер).
• Пиковое обратное напряжение (PIV) диодов, используемых в схемах утроения и учетверения напряжения, должно составлять 2 В.
• Кроме того, конденсаторы должны быть большими и рассчитанными на соответствующее напряжение.
• Более четырех каскадов, т. е. учетверитель напряжения, не очень практичен, так как количество пар диод-конденсатор увеличивается, конечные конденсаторы могут не заряжаться до вторичного напряжения.

Умножитель напряжения Кокрофта-Уолтона — подвал схемы

Умножитель напряжения Кокрофта-Уолтона (CW) назван в честь ирландско-британских физиков Джона Дугласа Кокрофта и Эрнеста Томаса Уолтона, которые использовали эту схему для создания очень высоких напряжений в своем новаторском ускорителе частиц. в 1932. За эту работу они получили Нобелевскую премию, и с тех пор это название применяется к этой простой, но элегантной схеме, хотя они и не изобрели ее. Настоящим изобретателем был швейцарский физик Генрих Грейнахер, который, к сожалению, остался в истории на обочине сноски.

Непрерывные умножители до сих пор довольно часто используются в ситуациях, когда требуются очень высокие напряжения при относительно низких токах, например, в фотокопировальных машинах, фотоумножителях, счетчиках Гейгера, генераторах ионов, ловушках для насекомых и т.п.

На рис. 1 показан двухступенчатый умножитель CW. Каждый каскад состоит из двух конденсаторов и двух диодов. В этом случае первый каскад состоит из конденсаторов С1 и С2 и диодов D1 и D2. Второй этап состоит из C3, C4, D3 и D4. На вход схемы подается переменное напряжение, которое может быть синусоидальным или прямоугольным. Выходное напряжение постоянного тока примерно в четыре раза превышает размах входного напряжения.

РИСУНОК 1. Это двухступенчатый умножитель Кокрофта-Уолтона. C1, C2, D1 и D2 составляют первую ступень, а C3, C4, D3 и D4 — вторую. В идеальном случае выходное напряжение для N каскадов будет в N раз больше размаха входного напряжения.

Рисунок 2 показывает, как работает множитель. Для целей этого упражнения мы предположим, что вход представляет собой прямоугольную волну с центром в нуле вольт и с пиковым напряжением 10 В. Это означает, что в положительные полупериоды входное напряжение составляет +10 В, а в отрицательные полупериоды -10 В. Мы не будем учитывать падение напряжения на диоде для целей анализа. Я также опустил обозначения конденсатора и диода на диаграмме для ясности, но они такие же, как на рис. 1.

РИСУНОК 2. На этой диаграмме показано, как умножитель CW работает в течение первых нескольких циклов. Показанная здесь двухступенчатая схема достигает устойчивого состояния после двух циклов. Обратите внимание, что конденсаторы и диоды всегда видят только 20 В независимо от количества каскадов и выходного напряжения.

Мы также предположим, что все конденсаторы разряжены, когда мы начинаем, поэтому напряжения в узлах от A до E равны нулю. На этапе (i) входное напряжение (узел A) становится отрицательным, заряжая C1 до 10 В через D1. Напряжение в узле B остается нулевым.

Когда входное напряжение становится положительным на этапе (ii), напряжение в узле B повышается до 20 В, поскольку напряжение на C1 последовательно с входным напряжением. D1 смещен в обратном направлении, но D2 теперь проводит, заряжая C2 и, следовательно, узел C до 20 В.

— РЕКЛАМА —

—Реклама здесь—

На этапе (iii) входное напряжение снова меняется на обратное, перезаряжая C1 через D1, как и раньше. D2 смещен в обратном направлении, но D3 теперь проводит, заряжая C3 до 20 В, поскольку узел B снова находится при нулевом напряжении.

Теперь, когда входное напряжение становится положительным на этапе (iv), узел B подается на 20 В, как и раньше. На этот раз, поскольку C3 заряжается до 20 В, напряжение в узле D повышается до 40 В (10 В на входе плюс 10 В на C1 плюс 20 В на C3). D4 теперь проводит зарядку C4 до 20В.

Последующие циклы просто продолжают этот шаблон. Если этапов больше, умножение продолжается. Теоретически каждый каскад добавляет к выходу еще 20 В, а конечное напряжение определяется размахом входного напряжения, умноженным на количество каскадов.

На рис. 3 показаны формы сигналов, которые мы увидим в каждом узле. Выход каждого каскада (узлы C и E) представляет собой постоянное напряжение. Промежуточные узлы (B и D) имеют компонент переменного тока, аналогичный входному узлу, но смещенный за счет увеличения уровня постоянного тока. Одним из преимуществ этого является то, что конденсаторы и диоды в любом каскаде всегда видят только размах входного напряжения на них (в нашем случае 20 В), независимо от выходного напряжения.

РИСУНОК 3. Здесь показаны формы сигналов в каждом узле для нашей идеализированной схемы в устойчивом состоянии. Выходные узлы видят постоянное напряжение, в то время как промежуточные узлы видят входное переменное напряжение, смещенное постоянным напряжением предыдущего каскада.

Это упрощенная история. На самом деле вы не получите выходного напряжения, которое предлагает этот анализ. Диоды имеют прямое падение, которое необходимо учитывать, и любая нагрузка, приложенная к цепи, будет снижать напряжение, поскольку импеданс источника умножителя относительно высок. Оба эффекта ухудшаются по мере добавления дополнительных этапов, и в конечном итоге наступит момент, когда добавление дополнительных этапов не поможет.

Поэтому эти схемы обычно не используются с такими входами низкого напряжения. Чаще всего они используют вход переменного тока в несколько сотен вольт с высоковольтными диодами и конденсаторами для создания киловольтных выходов с очень легкими нагрузками. При таких обстоятельствах нередко можно увидеть 10 или более стадий. На рис. 4 показан типичный имеющийся в продаже пример. Эта схема рассчитана на входное напряжение 120 В переменного тока и имеет 17 ступеней для условного напряжения 5,7 кВ.

РИСУНОК 4. Это коммерчески доступный модуль умножителя напряжения от Eastern Voltage Research с 17 каскадами. Он может производить до 5,7 кВ от 120 В переменного тока.

Список литературы

Наука и техника. «Генератор Кокрофта-Уолтона». Национальные музеи Шотландии. По состоянию на 26 февраля 2022 г.
https://www.nms.ac.uk/explore-our-collections/stories/science-and-technology/cockcroft-walton-generator

«Каскадный генератор, построенный в Кавендишской лаборатории | Групповая коллекция Музея науки». По состоянию на 26 февраля 2022 г. Генератор Кокрофта-Уолтона». В Википедии, 16 января 2022 г. https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Cockcroft%E2%80%93Walton_generator&oldid=1065936726.

«Восточное исследование напряжения». По состоянию на 26 февраля 2022 г. https://www.eastvoltageresearch.com/.

Будьте в курсе наших БЕСПЛАТНЫХ еженедельных информационных бюллетеней!	Не пропустите предстоящие выпуски Circuit Cellar. Подписаться на журнал Circuit Cellar Примечание. Мы сделали выпуск Circuit Cellar за май 2020 г. бесплатным образцом. В нем вы найдете большое разнообразие статей и информации, иллюстрирующих типичный номер текущего журнала.
Хотите написать для Circuit Cellar ? Мы всегда принимаем статьи/сообщения от технического сообщества. Свяжитесь с нами и давайте обсудим ваши идеи.

Спонсор этой статьи

Эндрю Левидо

+ сообщения

Эндрю Левидо (andrew.