Principiul funcționării multiplicatorului de tensiune

La rezolvarea problemelor de circuite, există cazuri în care este necesar să se evite utilizarea transformatoarelor pentru a crește tensiunea de ieșire. Motivul pentru aceasta este cel mai adesea incapacitatea de a include în dispozitivele up-convertoare din cauza parametrilor de greutate și mărime. Într-o astfel de situație, ieșirea este utilizarea unui circuit multiplicator.

Definirea multiplicatorului de tensiune

Aparatul, prin care se înțelege multiplicator electric - un sistem care permite de a converti tensiunea de curent alternativ într-o pulsează sau constantă, dar la o valoare mai mare. Creșterea valorii parametrului la ieșirea dispozitivului este direct proporțională cu numărul cascadelor circuitului. Cel mai elementar dintre multiplicatorii de tensiune existenți a fost inventat de oamenii de știință Cockcroft și Walton.

Condensatoarele moderne, dezvoltate de industria electronică, se caracterizează prin dimensiunea lor mică și capacitatea relativ mare. Acest lucru a permis reconstituirea mai multor scheme și introducerea produsului în diferite dispozitive. Multiplicatorul de tensiune este asamblat pe diode și condensatoare conectate în ordinea lor.

Pe lângă funcția de creștere a energiei electrice, multiplicatorii o convertesc simultan de la o variabilă la o constantă. Acest lucru este convenabil, deoarece circuitele globale ale dispozitivului sunt simplificate și devin mai fiabile și mai compacte. Utilizând dispozitivul, puteți obține o mărire de până la câteva mii de volți.

Unde să utilizați dispozitivul

Multiplicatorii a găsit aplicarea lor în diferite tipuri de dispozitive sunt: ​​un sistem de pompare cu laser, cu raze X dispozitive de radiații de lungime de undă în unitatea lor de înaltă tensiune pentru a ilumina ecrane ale structurii cu cristale lichide, pompe de tip ionic, călătorind tuburi cu unde, ionizatoare de aer, sisteme electrostatice, acceleratoare de particule, echipamente de copiere, televizoare și osciloscoape cu kinescope, precum și în cazul în care este necesară o electricitate înaltă constantă de curent scăzut.

Principiul funcționării multiplicatorului de tensiune

Pentru a înțelege modul în care funcționează circuitul, este mai bine să te uiți la munca așa-numitului dispozitiv universal. Aici numărul de etape nu este precis specificat, iar electricitatea de ieșire este determinată de formula: n * Uin = Uout, unde:

• n este numărul de cascade prezente în circuit;
• Uin este tensiunea aplicată la intrarea dispozitivului.

În momentul inițial al momentului, când primul circuit ajunge la circuit, să zicem, o jumătate de undă pozitivă, dioda stadiului de intrare îl transmite condensatorului său. Acesta din urmă este încărcat până la amplitudinea electricității care intră. Cu a doua jumătate de undă negativă, prima diodă este închisă, iar semiconductorul celei de-a doua trepte o eliberează la condensatorul său, care este de asemenea încărcat. În plus, tensiunea primului condensator, conectată în serie cu cea de-a doua, se adaugă la ultimul și la ieșirea din cascadă, veți obține de două ori electricitatea.

La fiecare cascadă succesivă, se întâmplă același lucru - acesta este principiul multiplicatorului de tensiune. Și dacă te uiți la progresul până la sfârșit, se pare că energia de ieșire depășește intrarea într-un număr nelimitat de ori. Dar, ca și în transformator, intensitatea curentă va scădea odată cu creșterea diferenței de potențial - de asemenea, funcționează legea conservării energiei.

Construcția multiplicatorului

Întreg circuitul circuitului este asamblat din mai multe legături. O legătură a multiplicatorului de tensiune pe condensator este un redresor al tipului de jumătate de undă. Pentru a obține dispozitivul este necesar să aveți două legături seriale conectate, fiecare având o diodă și un condensator. Această schemă este o dublare a energiei electrice.

Reprezentarea grafică a dispozitivului de înmulțire a tensiunii în versiunea clasică arată ca poziția diagonală a diodelor. Din direcția includerii semiconductorilor depinde de ce potențial - negativ sau pozitiv, va fi prezent la ieșirea multiplicatorului față de punctul său comun.

Atunci când se combină circuitele cu potențiale negative și pozitive la ieșirea dispozitivului, un polar cu două tensiune dublă. Particularitatea acestei construcții este că, în cazul în care nivelul de putere măsurat între polul și punctul comun și tensiunea de intrare să depășească 4 ori, atunci valoarea amplitudinii dintre poli crește deja de 8 ori.

În multiplicator, un punct comun (care este conectat la firul comun) este acela în care ieșirea sursei de alimentare este conectată la terminalul condensatorului grupat cu alte condensatoare conectate în serie. În final, ele iau electricitatea de ieșire pe elemente uniforme - cu coeficient uniform, pe condensatori ciudat, respectiv, cu un coeficient ciudat.

Pomparea condensatoarelor într-un multiplicator

Cu alte cuvinte, în dispozitivul multiplicatorului de tensiune DC există un proces tranzitoriu de setare a parametrului la ieșirea corespunzătoare celei declarate. Cea mai ușoară modalitate de a vedea acest lucru este exemplul de dublare a energiei electrice. Când condensatorul C1 este încărcat prin semiconductorul D1 la valoarea sa completă, acesta va încărca simultan al doilea condensator împreună cu sursa de energie electrică în următoarea jumătate de undă. C1 nu are timp să renunțe complet la taxa C2, astfel încât la ieșirea nu există la început nici o diferență de potențial dublat.

Cu a treia jumătate de undă, primul condensator este reîncărcat și apoi aplică un potențial la C2. Dar tensiunea pe al doilea condensator are deja o contra-direcție față de prima. Prin urmare, condensatorul de ieșire nu este complet reîncărcat. Cu fiecare ciclu nou, energia electrică de pe elementul C1 va avea tendința de intrare, tensiunea C2 de două ori valoarea.

Cum se calculează multiplicatorul

La calcularea multiplicatorului, este necesar să se repună datele inițiale, care sunt: ​​curentul necesar pentru sarcină (In), tensiunea de ieșire (Uout), coeficientul de pulsație (Kp). Valoarea minimă a capacității elementelor condensatoare, exprimată în μF, este determinată de formula: C (n) = 2.85 * n * In / (Kp * Uout)

• n - numărul, de câte ori electricitatea de intrare crește;
• Curentul care curge în sarcină (mA);
• Kp - coeficient de pulsatie (%);
• Uout este tensiunea primită la ieșirea dispozitivului (B).

Prin creșterea capacității obținute de două sau de trei ori, se obține capacitatea condensatorului la intrarea circuitului C1. O astfel de evaluare a elementului vă permite să obțineți la ieșire imediat valoarea maximă a tensiunii și să nu așteptați până când un anumit număr de perioade au trecut. În cazul în care operațiunea de încărcare nu este dependentă de rata de ucis de energie electrică la o putere nominală, capacitatea poate fi luată identic cu valorile calculate.

Cel mai bine este sarcina dacă factorul de cedare al multiplicatorului de tensiune pe diode nu depășește 0,1%. Satisfăcătoare este și prezența pulsațiilor de până la 3%. Toate diodele circuitului sunt selectate din calcul astfel încât să poată rezista în mod liber la puterea curentului, care este de două ori valoarea în sarcină. Formula pentru calculul dispozitivului cu precizie mare este după cum urmează: n * Uin - (In * (n3 + 9 * n2 / 4 + n / 2) / (12 *

• f - frecvența de tensiune la intrarea dispozitivului (Hz);
• C - capacitate condensator (F).

Avantaje și dezavantaje

Vorbind despre avantajele unui multiplicator de tensiune, putem observa următoarele:

• Abilitatea de a primi cantități semnificative de energie electrică la ieșire - cu cât sunt mai multe legături în circuit, cu atât este mai mare factorul de multiplicare.

• Simplitatea design-ului - totul este asamblat pe legături tipice și elemente radio de încredere, rareori nereușind.
• Dimensiunile de masă - absența unor elemente greoaie, cum ar fi un transformator de putere, reduc dimensiunea și greutatea circuitului.

Cel mai mare dezavantaj al oricărui circuit de multiplicare este faptul că este imposibil să se obțină prin utilizarea curentului său mare de ieșire pentru alimentarea încărcăturii.

concluzie

Alegerea unui multiplicator de tensiune pentru un dispozitiv specific. Este important de știut că circuitele simetrice au parametri mai buni în ceea ce privește factorul de rupere decât cele asimetrice. Prin urmare, pentru dispozitivele sensibile este mai important să se utilizeze multiplicatori mai stabili. Dezechilibrat simplu în procesul de fabricație, conține mai puține elemente.