Når man løser kretsproblemer, er det tider når det er nødvendig å komme vekk fra bruk av transformatorer for å øke utgangsspenningen. Årsaken til dette viser seg oftest å være umuligheten av å inkludere step-up-omformere i enheter på grunn av deres vekt- og størrelsesindikatorer. I en slik situasjon er løsningen å bruke en multiplikatorkrets.
Spenningsmultiplikatordefinisjon
En enhet, som betyr en elektrisitetsmultiplikator, er en krets som lar deg konvertere AC eller pulserende spenning til DC, men med en høyere verdi. Økningen i verdien av parameteren ved utgangen av enheten er direkte proporsjonal med antall trinn i kretsen. Den mest elementære spenningsmultiplikatoren som eksisterer ble oppfunnet av forskerne Cockcroft og W alton.
Moderne kondensatorer utviklet av elektronikkindustrien er preget av liten størrelse og relativt stor kapasitans. Dette gjorde det mulig å bygge om mange kretser og introdusere produktet i forskjellige enheter. En spenningsmultiplikator ble satt sammen på dioder og kondensatorer koblet i egen rekkefølge.
I tillegg til funksjonen med å øke elektrisiteten, konverterer multiplikatorer den samtidig fra AC til DC. Dette er praktisk ved at den generelle kretsen til enheten er forenklet og blir mer pålitelig og kompakt. Ved hjelp av enheten kan en økning på opptil flere tusen volt oppnås.
Hvor enheten brukes
Multiplikatorer har funnet sin anvendelse i ulike typer enheter, disse er: laserpumpesystemer, røntgenbølgestrålingsenheter i deres høyspenningsenheter, for bakgrunnsbelysning av flytende krystallskjermer, ione-type pumper, vandrende bølgelamper, luftionisatorer, elektrostatiske systemer, partikkelakseleratorer, kopimaskiner, fjernsyn og oscilloskop med kineskop, samt der det kreves høy, lavstrøms likestrøm.
Prinsippet for spenningsmultiplikatoren
For å forstå hvordan kretsen fungerer, er det bedre å se på virkemåten til den såk alte universelle enheten. Her er ikke antall trinn nøyaktig spesifisert, og utgangselektrisiteten bestemmes av formelen: nUin=Uout, hvor:
- n er antall tilstedeværende kretstrinn;
- Uin er spenningen som tilføres enhetens inngang.
I det første øyeblikket, når den første, for eksempel, positive halvbølgen kommer til kretsen, sender inngangstrinndioden den til sin kondensator. Sistnevnte lades til amplituden til den innkommende elektrisiteten. Med en andre negativhalvbølge, den første dioden er lukket, og halvlederen til det andre trinnet lar den gå til kondensatoren sin, som også er ladet. I tillegg blir spenningen til den første kondensatoren, koblet i serie med den andre, lagt til den siste, og utgangen fra kaskaden er allerede doblet elektrisitet.
Det samme skjer på hvert påfølgende trinn - dette er prinsippet for en spenningsmultiplikator. Og hvis du ser på progresjonen til slutten, viser det seg at utgangselektrisiteten overstiger inngangen med et visst antall ganger. Men som i en transformator vil strømstyrken her avta med en økning i potensialforskjellen - loven om energibevaring fungerer også.
Skjema for å konstruere en multiplikator
Hele kjeden av kretsen er satt sammen av flere ledd. En kobling av spenningsmultiplikatoren på kondensatoren er en likeretter av halvbølgetype. For å få enheten er det nødvendig å ha to seriekoblede lenker, som hver har en diode og en kondensator. En slik krets er en dobler av elektrisitet.
Den grafiske representasjonen av spenningsmultiplikatorenheten i den klassiske versjonen ser ut med diodenes diagonale posisjon. Retningen for å slå på halvlederne bestemmer hvilket potensial - negativt eller positivt - som vil være tilstede ved utgangen av multiplikatoren i forhold til dets felles punkt.
Ved å kombinere kretser med negative og positive potensialer, oppnås en bipolar spenningsdoblerkrets ved utgangen til enheten. Et trekk ved denne konstruksjonen er at hvis du måler nivåetelektrisitet mellom polen og fellespunktet og den overskrider inngangsspenningen med 4 ganger, så vil størrelsen på amplituden mellom polene øke med 8 ganger.
I multiplikatoren vil fellespunktet (som er koblet til fellesledningen) være det hvor utgangen fra forsyningskilden er koblet til utgangen til en kondensator gruppert med andre seriekoblede kondensatorer. På slutten av dem tas utgangselektrisiteten på partallselementer - henholdsvis med en partall koeffisient, på odde kondensatorer, med en odde koeffisient.
Pumpekondensatorer i multiplikatoren
Med andre ord, i enheten til konstantspenningsmultiplikatoren, er det en viss transient prosess for å sette utgangsparameteren tilsvarende den deklarerte. Den enkleste måten å se dette på er ved å doble elektrisiteten. Når, gjennom halvlederen D1, kondensatoren C1 lades til sin fulle verdi, lader den i neste halvbølge, sammen med elektrisitetskilden, samtidig den andre kondensatoren. C1 har ikke tid til å gi opp ladningen til C2 helt, så utgangen har i utgangspunktet ikke en dobbel potensialforskjell.
Ved den tredje halvbølgen lades den første kondensatoren opp og påfører deretter et potensial til C2. Men spenningen på den andre kondensatoren har allerede en motsatt retning til den første. Derfor er ikke utgangskondensatoren fulladet. Med hver ny syklus vil elektrisiteten på C1-elementet gå til inngangen, C2-spenningen vil dobles i størrelse.
Hvordanberegn multiplikator
Når du beregner multiplikasjonsenheten, er det nødvendig å starte fra startdataene, som er: strømmen som kreves for belastningen (In), utgangsspenningen (Uout), rippelkoeffisienten (Kp). Minimum kapasitansverdi for kondensatorelementer, uttrykt i uF, bestemmes av formelen: С(n)=2, 85nIn/(KpUout), hvor:
- n er antall ganger inngående elektrisitet økes;
- In - strøm flyter i lasten (mA);
- Kp – pulsasjonsfaktor (%);
- Uout - spenning mottatt ved utgangen til enheten (V).
Ved å øke kapasitansen oppnådd ved beregninger med to eller tre ganger, får man verdien av kapasitansen til kondensatoren ved inngangen til krets C1. Denne verdien av elementet lar deg umiddelbart få den fulle verdien av spenningen ved utgangen, og ikke vente til et visst antall perioder har gått. Når lastens arbeid ikke avhenger av stigningshastigheten for elektrisitet til den nominelle utgangen, kan kapasitansen til kondensatoren tas identisk med de beregnede verdiene.
Best for belastningen hvis rippelfaktoren til diodespenningsmultiplikatoren ikke overstiger 0,1 %. Tilstedeværelsen av krusninger opp til 3 % er også tilfredsstillende. Alle dioder i kretsen er valgt fra beregningen slik at de fritt kan motstå en strømstyrke som er to ganger dens verdi i belastningen. Formelen for å beregne enheten med høy nøyaktighet ser slik ut: nUin - (In(n3 + 9n2/4 + n/2)/(12 f C))=Uout, hvor:
- f – spenningsfrekvens ved enhetens inngang (Hz);
- C - kondensatorkapasitans (F).
Fordeler ogulemper
Når vi snakker om fordelene med spenningsmultiplikatoren, kan vi merke oss følgende:
Evnen til å få betydelige mengder elektrisitet ved utgangen - jo flere ledd i kjeden, desto større blir multiplikasjonsfaktoren
- Enkel design - alt er satt sammen på standardlenker og pålitelige radioelementer som sjelden feiler.
- Vekt – fraværet av store elementer som en krafttransformator reduserer størrelsen og vekten på kretsen.
Den største ulempen med enhver multiplikatorkrets er at det er umulig å få en stor utgangsstrøm fra den for å drive lasten.
Konklusjon
Velge en spenningsmultiplikator for en bestemt enhet. det er viktig å vite at balanserte kretser har bedre parametere når det gjelder rippel enn ubalanserte. For sensitive enheter er det derfor mer hensiktsmessig å bruke mer stabile multiplikatorer. Asymmetrisk, enkel å lage, inneholder færre elementer.
