Принцип работы умножителя напряжения: принцип работы, схемы и т.д.

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






SMD ПРЕДОХРАНИТЕЛИ

Приводятся основные сведения о планарных предохранителях, включая их технические характеристики и применение.


Умножитель напряжения

Умножители напряжения сейчас используются во многих видах аппаратуры. Это устройство, с помощью которого можно преобразовать переменное напряжение в постоянное высоковольтное. В большинстве случаев умножители используются в телевизионных устройствах, в медицинском оборудовании и т. д. Он сделан из диодов и конденсаторов, чтобы получить напряжение больше киловольта, необходимо применять специальные для этого высоковольтные диоды и неполярные конденсаторы.

Схема умножителя напряжения

Умножители напряжения делятся на два основных типа, этопараллельные и последовательные. Умножители напряжения способны увеличивать переменное напряжение на входе в несколько десятков раз, на выходе умножителя появляются высоковольтные импульсы постоянного тока. Умножитель низковольтного напряжения (это когда меньше киловольта на выходе) может быть изготовлен из конденсаторов постоянного тока. Самый важный недостаток умножителя напряжения, это совсем небольшая сила тока на выходе, а если в умножитель напряжения установить много секций конденсаторов, то тогда последние секции хорошо заряжаться не будут и на выходе может оказаться меньше ожидаемого.

Умножитель напряжения (он же генератор Кокрофта-Уолтона) был назван в честь двух физиков, они в 1932 году создали самый первый умножитель напряжения. Вообще в первую очередь этот генератор был изготовлен для исследований в ядерной физике, за это изобретатели в 1951 году оказались обладателями нобелевской премии. Некоторые считаю, что его первым создал швейцарский учёный — физик Генриха Грейнахера. На вход напряжение идёт с выхода высокочастотного трансформатора и увеличивается до необходимой величины в генераторе Кокрофта-Уолтона.

Они используются в лазерном оборудовании и в подсветке на больших экранах. Радиолюбителями умножитель напряжения может понадобиться в высоковольтных устройствах, допустим на люстре Чижского, «самопальных» шокерах, для ионизации воздуха и в счётчике Гейгера. Крошечные умножители напряжения служат ещё для питания микросхем. Умножитель напряжеения хорош тем, что от него нет шума, тепло от него не исходит, но при этом мощность на выходе очень мала.

Вообще конечно штука довольно интересная. Теперь вам понятно, что это такое и принцип работы.

Умножитель — напряжение — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Умножитель — напряжение

Cтраница 1


Умножители напряжения позволяют получить на выходе устройства напряжение, в любое число раз большее напряжения на его входе.  [2]

Умножители напряжения, содержащие дополнительные диодно-конденсаторные цепочки, позволяют получать еще большие напряжения на нагрузке.  [3]

Умножитель напряжения ( рис. 17.26) состоит из двух симметричных схем. Он заряжается пульсирующим напряжением с удвоенной частотой.  [4]

Умножитель напряжения А2 вырабатывает напряжение — 100 В, с помощью которого создается необходимое смещение на ультразвуковом преобразователе. Усиление электрических сигналов ульгразвукового преобразователя осуществляется схемой, выполненной на микросхемах К2УС373 и К.  [5]

Применение умножителя напряжения позволило значительно повысить надежность работы выходного каскада и упростить его схему и конструкцию.  [6]

Схемы умножителей напряжения приведены на рис. 30.6. На рис. 30.6 а приведена схема удвоителя напряжения с несимметричным входом. Эта схема работает следующим образом. В результате конденсатор С2 заряжается через диод VD2 практически до удвоенного значения импульсного напряжения. Выходное напряжение, снимаемое с конденсатора С2, поступает на нагрузку.  [8]

В умножителях напряжения, использующих принцип двухполупе-риодного выпрямления, пульсации значительно снижены, а выходное сопротивление в четыре раза меньше, чем в случае однополупе-риодного умножителя.  [9]

Возможно, неисправен умножитель напряжения.  [10]

Аналогично этому в других умножителях напряжения на отдельных заряженных конденсаторах суммируются с тем, чтобы удвоить, утроить, увеличить в 4 раза входное напряжение.  [11]

После замены высоковольтного кенотрона умножителем напряжения следует настроить трансформатор ЗТр. Это-необходимо из-за того, что после удаления повышающей обмотки изменяются индуктивность и общая емкость оставшихся на трансформаторе обмоток.  [12]

Благодаря замене высоковольтного кенотрона умножителем напряжения и исключения шунтового стабилизатора значительно облегчается тепловой режим трансформатора ЗТр1, сетевого трансформатора и всего телевизора. В итоге удлиняется срок службы и повышается надежность работы блока и деталей телевизора. Так как исходное напряжение, умножаемое в секциях умножителя ( 6 5 — 7 кВ), существенно ниже, чем номинальное напряжение для блока УН8 5 / 25 — 1, 2А, то повышается также надежность и удлиняется срок службы и этого блока.  [13]

После замены высоковольтного кенотрона умножителем напряжения удаляется панелька кенотрона, изоляционный чехол которой покрывается пылью и часто пробивается. При этом без шунтового стабилизатора колебания выпрямленного напряжения при максимальных изменениях токов лучей не превышают 10 — 12 % установленного значения, что дает возможность сохранить хорошее сведение лучей и удовлетворительный баланс белого.  [14]

После замены высоковольтного кенотрона умножителем напряжения следует настроить ТВС на необходимую длительность обратного хода строчной развертки. Это необходимо ввиду того, что после удаления повышающей обмотки изменяется индуктивность и общая емкость оставшихся на трансформаторе обмоток.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Принцип действия и исследовать работу пятиступенчатого умножителя напряжения. Пятиступенчатый умножитель напряжения

Цель работы: изучить принцип действия и исследовать работу пятиступенчатого умножителя напряжения.

Рис.1 Пятиступенчатый умножитель напряжения

Рис.2 Схема исследования работы умножителя напряжения

ПОРЯДОК ВЫПОЛЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.  Исследование работы умножителя в установившемся режиме на холостом ходу.

·  Подключая 2-й канал осциллографа последовательно к точкам А, В, С, D, Е зарисовали в одних координатных осях осциллограммы напряжений UA, UB, UC, UD, UE синхронно с осциллограммой  напряжения Uвх на частоте 50Гц.

Рис.3. Осциллограммы напряжений.

·  Используя первый канал осциллографа, зарисовали в отчёт осциллограмму напряжения на диоде первой ступени умножителя Uvd1.

Рис.4. Осциллограмма напряжения на диоде.

·  Измеряем напряжение на конденсаторах и в точке Е при помощи вольтметра.

UC1=5,5 B             UC2=11 B              UC3=11 B

UC4=11 B              UC5

=11 B              UE=26,5 B

2.  Сняли зависимость Uн = f(Rн) при постоянной амплитуде входного сигнала умножителя Uм=5В и частотах 50Гц и 10 кГц. Данные занесли в таблицу 1.

Таблица 1

Результаты измерения зависимости Uн = f(Rн)

Рис.5. Зависимость Uн = f(Rн) на частоте 50 Гц

Рис.6. Зависимость Uн = f(Rн) на частоте 10 кГц

Вывод: изучили принцип действия и исследовали работу пятиступенчатого умножителя напряжения.

мир электроники — Умножитель напряжения

Электронные устройства

  материалы в категории

Ну многие, наверняка, слышали такое слово: умножитель. Некоторые даже знают как он выглядел в старых телевизорах… Да чего там знают: даже и меняли сами когда-то…

А вот как работает умножитель напряжения сейчас мы и разберемся.


Ну в общем-то по самому названию «умножитель напряжения» и так понятно что так  называют устройство, на выходе которого можно получить напряжение, в любое число раз превышающее напряжение на его входе.

Кстати: выпускаемые промышленность умножители так и маркировались: указывался  коэффициент умножения и выходное напряжение. Например УН9/27 обозначает: умножение в 9 раз, на выходе 27 кВольт.

Еще один момент: умножить можно лишь переменное напряжение, но на выходе мы получим уже постоянное. Другими словами, умножитель — это устройство, преобразующее переменное напряжение в постоянное, превышающее амплитуду входного переменного напряжения. К числу достоинств можно отнести небольшие габариты и массу, стабильность работы. К недостаткам же относятся низкий ток нагрузки, небольшой КПД и, как следствие, небольшая мощность. Умножители напряжения чаще применяют в устройствах, где не требуется значительный ток в нагрузке, но важно высокое напряжение. Самый яркий пример- применение умножителя в кинескопных телевизорах: с его помощью получают напряжение для аквадага кинескопа (25 кВ) и напряжение для фокусировки кинескопа (около 8 кВ).

Итак, начнем с простого: удвоитель напряжения. Схема на рисунке ниже:


В отрицательный полупериод входного напряжения конденсатор С1 заряжается до амплитудного значения входного напряжения — Um.
Во время положительного полупериода начинает заряжаться С2 до значения UC2 = Um + UC1 = 2Um, т. е. на выходе получается удвоенное значение амплитуды входного напряжения. Все очень просто.

Если прилепить еще один диод с конденсатором, то получится утроитель напряжения:


В положительный полупериод С1 заряжается через VD1 до значения Um. В следующий полупериод С2 заряжается через VD2 до значения, равного сумме напряжений на конденсаторе С1 и Um, т. е. UC2 = UC1 + Um = 2Um.
В следующий (третий) положительный полупериод, когда прошла повторная зарядка С1 через диод VD1, диод VD2 закрывается, кондер С2 разряжается через диод VD3 на С3, зарядив последний до 2Um, т. е. до удвоенного амплитудного значения. По окончанию заряда С1 нагрузка окажется под суммарным напряжением кондеров С1 и С3.
Поскольку на С3 удвоенное значение напряжения, на нагрузке выделяется напряжение Uвых = UC1 + UC3 = 3Um.

Ну и так далее: добавляя по диоду с конденсатором получаем следующий коэффициент умножения.

Внимание: до амплитудного значения напряжения заряжается только первый конденсатор.
На каждом последующем напряжение больше на величину входного. Другими словами, необходимо обеспечить защиту схемы от электрического пробоя, т. е. использовать диоды и конденсаторы на соответствующее напряжение.

принцип работы, расчет схемы :: SYL.ru

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 емкость конденсаторов.

Цепь удвоителя напряжения в рабочем режиме

Как правило, обычный источник питания Система обеспечивает питание 230 В переменного тока, которое используется для нескольких электрических и электронных нагрузок. Но некоторые нагрузки или электронное оборудование, такое как электронно-лучевые трубки, рентгеновские системы, ионные насосы, электростатическая система, лазерные системы, лампа бегущей волны и т. Д., Требуют для своей работы источника питания высокой мощности. Таким образом, имеющееся напряжение необходимо умножить с помощью умножителей напряжения. Умножитель напряжения представляет собой электрическую схему, состоящую из диодов и конденсаторов, которые можно использовать для умножения или увеличения напряжения и преобразования переменного тока в постоянный путем умножения напряжения и выпрямления тока. Они разные типы умножителей напряжения такие как удвоитель напряжения, более трехкратное и четырехкратное напряжение. В первую очередь, речь идет о принципиальной схеме удвоителя напряжения и работе удвоителя напряжения.



Двойное напряжение

Схема электронного умножителя напряжения, которая удваивает напряжение за счет использования принципа зарядки и разрядки конденсаторов, называется удвоителем напряжения. Это состоит из основные компоненты электроники типа конденсаторов и диодов.


Цепь удвоителя напряжения


Простая схема удвоителя напряжения состоит из двух конденсаторов и двух диодов, подключенных, как показано на рисунке. Схема удвоителя напряжения может быть простым выпрямителем, который принимает входное переменное напряжение и генерирует выходное постоянное напряжение, которое примерно вдвое превышает входное переменное напряжение. Несмотря на то, что существуют удвоители напряжения постоянного тока в постоянный, в этих типах цепей удвоителя напряжения требуется управляющая схема для управления переключением. Существуют различные типы цепей удвоителя напряжения, такие как простой удвоитель напряжения, как показано выше, удвоитель напряжения с использованием 555 часов , выпрямители с удвоением напряжения, такие как схема Вилларда, схема Грейнахера, мостовая схема, схемы с переключаемыми конденсаторами, зарядный насос Диксона, перекрестно-коммутируемые конденсаторы.

Удвоитель напряжения с использованием таймера 555

Этот удвоитель напряжения с таймерами 555 представляет собой простой умножитель постоянного напряжения, в котором используются конденсаторы, диоды и Таймер IC 555 в нестабильном режиме. Следовательно, он создает прямоугольную волну приблизительно на частоте 2 кГц с помощью R1, R2 и C1, как показано на рисунке. Диоды с прямым смещением D2 и C3 соединены таким образом, чтобы усиливать сигналы. Диод D1 препятствует полной разрядке конденсатора C3.



Схема удвоителя напряжения с использованием таймера 555

Таким образом, эти основные компоненты, такие как конденсаторы C3, C4, диоды D1 и D2, используются для увеличения входной мощности. Поскольку компоненты выбраны с соответствующими номиналами, схема принимает входное напряжение питания от 3 В до 12 В. Если входное напряжение питания превышает этот диапазон, IC 555 может выйти из строя. В этой схеме используются диоды 1N4007, если мы используем другие диоды, например 1N4148, то выходное напряжение уменьшается из-за разных напряжений пробоя.

Практический проект удвоителя напряжения

Повышение уровня 6 В постоянного тока до 10 В постоянного тока с использованием таймеров 555 — это практический проект удвоителя напряжения, который состоит из различных блоков, таких как блок питания для подачи входного напряжения питания в схему, 555 таймеров, которые подключены в нестабильном режиме для создания квадрата постоянного тока. волна, блок умножителя, блок измерения выходного напряжения.


Схема удвоителя напряжения с использованием блок-схемы таймера 555 от Edgefxkits.com

Напряжение прямоугольной формы, создаваемое микросхемой таймера 555, подключенной к нестабильный режим используется как вход для умножителя напряжения или блока удвоителя напряжения. Таким образом, схема удвоителя напряжения умножает входное напряжение для генерации выходного напряжения, которое приблизительно равно удвоенному входному напряжению. В данном случае выходное напряжение составляет примерно 10 В постоянного тока.

Схема удвоителя напряжения с использованием комплекта таймера 555 от Edgefxkits.com

Выходное напряжение таймера 555 проходит через удвоитель напряжения для получения двойного выходного напряжения. Но для поддержания хорошего регулирования и во избежание падения выходного напряжения ниже расчетного уровня мы должны ограничить нагрузку до менее 5 мА. Таким образом, устраняя нагрузки, потребляющие большой ток, мы можем избежать плохого регулирования напряжения.

Добавляя большее количество каскадов умножителя, мы можем получить выходное напряжение, в три-десять раз превышающее входное напряжение.

Схема удвоения напряжения для высоковольтного постоянного тока с использованием диода и конденсаторов

Этот проект удвоителя напряжения предназначен для генерирования высокого выходного напряжения около 2 кВ постоянного тока путем подачи входного питания 230 В переменного тока. Обычно повышающие трансформаторы используются для повышения уровней напряжения. Но эти обычные повышающие трансформаторы увеличивают выходное напряжение и уменьшают ток. Следовательно, умножители напряжения используются для повышения напряжения там, где требуются высокие напряжения и низкие токи, и эти умножители напряжения преобразуют переменный ток в постоянный.

Высоковольтный постоянный ток с использованием комплекта для проектирования схемы умножителя напряжения от Edgefxkits.com

Электрические и электронные устройства, такие как ЭЛТ, телевизионные кинескопы и промышленные приложения, требуют генерации высокого постоянного напряжения около 10 кВ с использованием этой концепции. Но здесь, в этом проекте, генерируется только 2 кВ за счет ограничения коэффициента умножения до 8 по соображениям безопасности.

Высоковольтный постоянный ток с использованием блок-схемы умножителя напряжения от Edgefxkits.com

Блок-схема генерации постоянного тока высокого напряжения с использованием диодов и конденсаторов показана на рисунке, который состоит из основных блоков, таких как последовательная лампа, источник питания, лестничная схема из диодов и конденсаторов, схема удвоителя напряжения, каскадная схема, делитель потенциала.

Этот проект работает по принципу схемы удвоителя напряжения, на каждом этапе умножитель напряжения удваивает напряжение. Следовательно, из 8 каскадов умножитель напряжения генерирует выходное напряжение около 2 кВ постоянного тока. Но измерить это высокое постоянное напряжение с помощью стандартного умножителя невозможно. Следовательно, для измерения используется делитель потенциала 10: 1. Таким образом, если показание на выходе составляет 200 В, то фактическое выходное напряжение составляет 2 кВ. Но, опять же, мультиметр имеет низкое входное сопротивление, при котором выходное напряжение примерно в 7 раз больше переменного напряжения питания.

Для получения дополнительной технической информации об удвоителе напряжения и инновационном проекты электроники , вы можете свободно обращаться к нам, отправляя свои запросы в разделе комментариев ниже.

Схемы умножителя напряжения — Схема удвоения напряжения полупериода

Схемы умножения напряжения — Схема удвоения напряжения

С помощью диодов и конденсаторов можно построить схему, которая будет обеспечивать выходное постоянное напряжение, кратное пиковому входному переменному напряжению.
Такая схема известна как схема умножителя напряжения.
Например,
Схема, которая обеспечивает выход постоянного тока, который в два раза превышает пиковое входное напряжение переменного тока, известна как удвоитель напряжения.
Схема, которая обеспечивает выходное постоянное напряжение, в три раза превышающее пиковое входное переменное напряжение, известна как тройник напряжения.

Запомни это,

  • Несмотря на то, что схемы умножителя напряжения обеспечивают выходное постоянное напряжение, намного превышающее пиковое входное переменное напряжение, усиления мощности не происходит.
  • Итак, закон сохранения выполняется.
  • , т. е. когда схема умножителя напряжения увеличивает пиковое входное напряжение переменного тока в X раз, пиковый входной ток будет уменьшаться в тот же X раз.
  • Таким образом, выходная мощность и входная мощность будут примерно одинаковыми.
  • Учитывая потери в диодах и конденсаторах, выходная мощность будет меньше входной мощности.
Основной принцип работы:

Основная концепция схемы умножителя напряжения состоит в том, чтобы заряжать каждый конденсатор до пикового входного значения переменного тока и размещать конденсаторы таким образом, чтобы их накопленные напряжения складывались.

Полупериодный удвоитель напряжения:

Как показано на рисунке выше, схема полупериодного удвоителя напряжения состоит из двух конденсаторов и двух диодов.Здесь пиковое входное переменное напряжение равно V S(PK) , выходное постоянное напряжение равно 2V S(PK) .

Режим-I: отрицательный полупериод:

Схема цепи для отрицательного полупериода показана выше.
Во время отрицательного полупериода диод D 1 смещен в прямом направлении (т.е. закорочен). Диод D 2 смещен в обратном направлении (т. е. открыт).

Эквивалентная схема показана ниже.
Здесь конденсатор C 1 будет заряжаться до тех пор, пока напряжение на нем не станет равным пику входного переменного напряжения (V S(PK) ].Конденсатор C 2 будет разряжаться через нагрузочный резистор R L .

Режим-II: положительный полупериод

Схема цепи для положительного полупериода показана ниже.
Во время положительного полупериода диод D 1 смещен в обратном направлении (т. е. открыт). Диод D 2 смещен в прямом направлении (т.е. короткозамкнут).

Работу можно понять с помощью приведенной ниже эквивалентной схемы.

  • Конденсатор C 1 уже заряжен до V S(PK) , и источник напряжения V S теперь действует как последовательные вспомогательные источники напряжения.
  • Таким образом, конденсатор C 2 будет заряжен до суммы последовательных пиковых напряжений, т.е. 2 В S(PK) .
  • Следовательно, когда V S возвращается в отрицательный полупериод, диод D 2 снова выключается.
  • В настоящий момент единственным путем разряда для C 2 является сопротивление нагрузки R L .
  • Постоянная времени (=R L C 2 ) регулируется таким образом, чтобы у C 2 было мало времени, чтобы потерять свой заряд до того, как полярность входа снова изменится.
  • Во время положительного полупериода D 2 включается, а C 2 перезаряжается до тех пор, пока напряжение на нем снова не станет равным 2 В S(PK) .

То есть, выходное напряжение пост. тока = В пост. ток = 2 В S(PK)

Поскольку значение C 2 велико, они почти не разряжаются между циклами ввода. Таким образом, выходное напряжение похоже на форму выходного сигнала отфильтрованного полуфабрикатного выпрямителя.

Недостатки умножителей напряжения
  1. Плохая регулировка напряжения.
  2. При увеличении тока нагрузки выходное постоянное напряжение резко падает.
  3. Для поддержания выходного напряжения требуются фильтрующие конденсаторы большой емкости.
Подробнее:

Цепи регулирования напряжения
Как контролировать скорость двигателя постоянного тока?
Как работает люминесцентная лампа?
Электрические машины 1 Viva Вопросы и ответы

Спасибо за внимание…. Пожалуйста, оставьте свои комментарии ниже….

Принцип работы высокого постоянного напряжения от переменного тока в схеме умножителя напряжения

Проект высокого постоянного напряжения от переменного тока в умножителе напряжения

В настоящее время спрос на продукцию высокого напряжения огромен, но, к сожалению, некоторые технологии, такие как традиционные, не удовлетворяют существующий спрос.Трансформаторы используются для выработки переменного тока высокого напряжения, который необходимо преобразовать в постоянный. Эта техника и громоздкая, и дорогая. Предлагаемая система может работать в обоих направлениях. Здесь мы производим высоковольтный постоянный ток с помощью основных компонентов, таких как конденсаторы и диоды. С усилением в потоке могут быть достигнуты очень высокие напряжения. Несмотря на то, что в некоторых электронных схемах обычно используется трансформатор напряжения для усиления напряжения, иногда не всегда можно найти подходящий повышающий трансформатор, необходимый для высоковольтных приложений.Еще один метод заключается в использовании схемы диодного умножителя напряжения, которая повышает напряжение без использования трансформатора.

Блок-схема высокого постоянного напряжения переменного тока в цепи умножителя напряжения

Аппаратные требования этого проекта схемы умножителя высокого напряжения постоянного тока от переменного тока в основном включают диоды, электролитические конденсаторы, резисторы, мультиметр и лампу.

Высокое напряжение постоянного тока от переменного тока в умножителе напряжения

Этот проект описывает проектирование и реализацию от однофазного переменного тока до высоковольтного источника питания постоянного тока до 10 кВ на выходе.Выполнение аппаратных работ по созданию высоковольтного источника питания постоянного тока предназначено для использования в лабораторных условиях. Разработанный источник питания постоянного тока можно использовать и в промышленных целях. В конструкции схемы используется удвоитель напряжения, принцип действия которого заключается в удвоении выходного напряжения. Выход удвоителя напряжения дается на серию каскадной цепи, которая генерирует до 10 кВ, но для студенческого проекта рекомендуется поднять до 2 кВ из соображений безопасности.

Конденсатор

Базовый конденсатор состоит из двух параллельных пластин, разделенных изоляционным материалом.Конденсатор накапливает электрический заряд между двумя пластинами. Единицей емкости являются фарады (Ф).

Зарядка между пластинами

Электроны на левой пластине притягиваются к положительной клемме источника напряжения. Это оставляет избыток положительно заряженных дырок. Электроны отталкиваются к правой пластине. Избыточные электроны оставляют отрицательный заряд

Диод

Диод представляет собой простейшее нелинейное полупроводниковое устройство, используемое в источниках питания и схемах ограничения напряжения.

Диод

Проект Работает на высоком напряжении постоянного тока

Предлагаемая система может быть разработана для получения высокого напряжения постоянного тока примерно 2 кВ от источника переменного тока 230 В с использованием диодов, а также конденсаторов в виде лестничной схемы на основе концепции умножителя напряжения.

Предлагаемая система дает представление о том, как спроектировать высоковольтный постоянный ток из однофазного переменного тока. Из соображений безопасности эта система устанавливает коэффициент умножения равным 8, чтобы выходное напряжение было равно 2 кВ.Эта концепция теории генерации используется в различных электронных устройствах, а именно в телевизионных кинескопах, ЭЛТ, осциллографах, а также в производственных приложениях.

Проектный комплект умножителя высокого напряжения постоянного тока от сети переменного тока

Схема может быть разработана с умножителем напряжения, принцип действия которого заключается в удвоении напряжения для каждой ступени. Таким образом, O/P от 8-ступенчатого умножителя напряжения может производить до 2 кВ. Поскольку это невозможно рассчитать с помощью обычного мультиметра

На выходе используется делитель потенциала 10:1 на о/п такой, что 2кВ.На выходе используется делитель потенциала 10:1, так что показание 200 В означает 2 кВ. Из-за небольшого входного импеданса мультиметра фактически показание будет примерно в 7 раз больше переменного напряжения i/p.

Кроме того, этот проект может быть разработан для производства постоянного тока высокого напряжения в диапазоне от 30 до 50 кВ за счет увеличения количества ступеней. Применение этой системы может быть связано с промышленностью и медициной.

Преимущества

Преимущества высокого постоянного напряжения переменного тока в схеме умножителя напряжения включают следующее.

  • Это удобно, занимает меньше места и стоит недорого
  • Генерирует высокое напряжение
  • При увеличении количества ступеней будет генерировать до 50кВ
  • При преобразовании переменного тока в постоянный выпрямители удаляются.
Приложения

Применения высокого постоянного напряжения от переменного тока в цепи умножителя напряжения включают промышленность, резку металлов, биомедицинскую область, в процессе электролиза, лазерные пушки, ЖК-дисплеи, зажигалки, камеры и т. д.

Таким образом, все дело в высоком напряжении постоянного тока от переменного в цепи умножителя напряжения.Мы надеемся, что вы лучше поняли эту концепцию. Чтобы узнать больше о реализации электрических проектов, дайте свои ценные предложения, оставив комментарий в разделе комментариев ниже.

Двухполупериодный и двухполупериодный удвоитель напряжения: работа и принципиальная схема

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

Полупериодный удвоитель напряжения Работа

Исследование Рисунок 1. На нем показано действие в схеме полуволнового удвоителя напряжения. В , часть A на рис. 1, входное переменное напряжение находится на отрицательном полупериоде. В результате точка А становится отрицательной. Ток течет из точки A через выпрямитель D 1 и заряжает конденсатор C 1 до указанной полярности.

Рис. 1. Электрическая схема полупериодного удвоителя напряжения

A–В течение первого полупериода C 1 заряжается за счет проводимости выпрямителя D 1 .

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

В течение положительного полупериода точка A является положительной. Приложенное пиковое напряжение 165 вольт последовательно с заряженным конденсатором C 1 . При последовательном соединении напряжения складываются. Таким образом, выход удвоителя представляет собой приложенное напряжение плюс напряжение C 1 .

Ток не может проходить через выпрямитель D 1 из-за его односторонней проводимости. Форма выходного сигнала показывает полуволновое выпрямление с амплитудой, примерно вдвое превышающей входное напряжение. Выпрямитель D 2 пропускает ток только в одном направлении к нагрузке.

Двухполупериодный удвоитель напряжения Работа

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

Рис. 2. Схема двухполупериодного удвоителя напряжения

A– C 1 заряжается в течение первого полупериода.

B –C 1 + C 2 последовательно.

Во время отрицательного цикла ввода точка А имеет отрицательное значение. Ток течет через D 2 к C 2 , заряжая его с указанной полярностью, к точке B.

Обратите внимание, что в течение одного периода переменного тока конденсаторы C 1 и C 2 были заряжены так, что напряжения на C 1 и C 2 включены последовательно.Выходной сигнал снимается с этих последовательно соединенных конденсаторов. Выходное напряжение представляет собой сумму обоих напряжений или удвоенное входное напряжение.

Цепи удвоения напряжения обеспечивают полезное высокое напряжение для цепей, требующих слабого тока. Поскольку выходное напряжение зависит от заряженных конденсаторов, регулировка напряжения плохая. Обычные схемы фильтров добавлены для сглаживания напряжения, как в схемах трансформаторного выпрямителя.

особенности и принцип действия

При необходимости получения постоянных напряжений, кратных питающему их напряжению переменного тока, во многих областях радиотехники применяют выпрямители-умножители напряжения (ВН).Они подразделяются на полуволновые и полноволновые, последовательные и параллельные типы.

Схема однополупериодного выпрямителя

На рис. 1 показана схема однополупериодного выпрямителя с удвоением напряжения. Схема может использоваться как самостоятельно, так и в составе многоярусных последовательных умножителей.

Рис. 1. Схема однополупериодного выпрямителя с удвоением напряжения.

На рис. 2 показана параллельная схема двухполупериодного выпрямителя с удвоением напряжения (схема Латура).Этот УН как выпрямитель можно рассматривать как две полуволны, включенные последовательно (вторичная обмотка трансформатора Т1 — диод VD1 — конденсаторы С1, С3; вторичная обмотка трансформатора — диод VD2, конденсаторы С2, С4). Удвоенное напряжение на его выходе получается в результате сложения отдельно выпрямленных двухполярных напряжений.

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

Однополупериодный выпрямитель лестничного типа серии

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

Его схема состоит из однополупериодных выпрямителей — звеньев, в следующем алгоритме — одно звено (диод и конденсатор) — просто однополупериодный выпрямитель, состоящий из диода и конденсатора (выпрямитель и фильтр), два звена — множитель напряжения в два раза, три — в три раза и т. д.

В большинстве случаев значения емкости каждого звена одинаковы и зависят от частоты питающего напряжения на ВЛ и потребляемого тока.

Рис. 3. Схема многозвенного однополупериодного умножителя напряжения.

Удобно рассмотреть физические процессы повышения напряжения в многозвенной полуволне (рис. 3) ВН при подаче на нее переменного синусоидального напряжения. ООН работает следующим образом.

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

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

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

Представьте себе второй положительный импульс, возникающий на верхнем выводе Т1 и поступающий на левую пластину С1 по схеме на рис.3, также в виде конденсатора, заряженного до напряжения +U(Cu).

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

Рис. 4. Схема умножителя напряжения.

При появлении на нижнем выводе Т1 импульса +U и суммирования его таким же образом с напряжением +2U на конденсаторе С2, через открывшийся VD3 на С3 появится напряжение +3U и т.д. .

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

Однако для правильного выбора рабочего напряжения конденсаторов, используемых в СУ, имеет значение не напряжение на них относительно «общего» провода, а напряжение, подаваемое на их собственные выводы.Это напряжение только на С1 равно +U, а на всех остальных +2U независимо от шага умножения.

Теперь представим окончание длительности действия импульса ВИ, как замыкание конденсатора С (рис. 4) перемычкой (S1). Очевидно, что в результате короткого замыкания потенциал на аноде VD2 уменьшится до +U, а к катоду будет приложен потенциал 2U. Диод VD2 закроется при обратном напряжении 2U-U=U.

Отсюда можно сделать вывод, что на каждый диод UN подается обратное напряжение относительно собственных электродов, не превышающее амплитудное значение импульса питающего напряжения.Для выходного напряжения UN все диоды включены последовательно.

Практические схемы УКВ для КВ и УКВ

Коротковолновые радиолюбители, изготавливающие радиоаппаратуру своими руками, знакомы с проблемой изготовления хорошего силового трансформатора для выходного каскада передатчика или приемопередатчика.

Диаграмма, показанная на рисунке 2, поможет решить эту проблему. Преимуществом практической реализации является использование готового, не дефицитного в связи с уходом от старой технологии силового трансформатора (СТ) от унифицированного лампового телевизора (УЛТ) второго класса, который может быть использован в качестве силовой трансформатор для питания усилителя мощности (УМ) радиостанции 3-й категории.

Рекомендуемое техническое решение позволяет получить от ТТ все необходимые выходные напряжения для УМ без каких-либо доработок. СТ выполнен на сердечнике типа ПЛ, все обмотки конструктивно выполнены симметрично и имеют по полвитка на каждой из двух катушек.

Такой СТ удобен как для получения необходимого анодного напряжения, так и напряжения накала, т. к. позволяет использовать в качестве выхода в УМ как лампу с 6-вольтовой нитью накала (типа 6П45С), так и лампу (типа ГУ50) с 12-вольтовой нитью накала. -вольтовая нить накала, для чего необходимо лишь соединить обмотки накала параллельно или последовательно.Применение удвоителя позволит легко получить напряжение 550…600 В при токе нагрузки около 150 мА.

Этот режим оптимален для получения линейной характеристики лампы ГУ50 при работе на SSB. Соединив последовательно накальные обмотки (используются в ТВ для питания накала ламп и кинескопа) и применив УН по схеме рис. 3, можно получить источник отрицательного напряжения смещения для управляющих сеток ламп (около минус 55.65 В).

В связи с малым потреблением тока по управляющей сетке в качестве конденсаторов такого УН можно использовать неполярные конденсаторы емкостью 0,5 мкФ на 100,200 В.

Эти же обмотки можно использовать для получения напряжения переключения 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, и +300 В напряжение возбуждения подается на катод через конденсатор.

Можно подключить управляющую сетку напрямую к -300 В, катод подключается к -300 В через две параллельно соединенные цепочки, каждая из которых состоит из стабилитрона Д815А и резистора 2 ватта 3,9 Ом. В этом случае напряжение возбуждения 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 от точки подключения С1, С2, С3, С4 (т. Выход -300 В подключается к «общему» проводу RXTX), что позволяет избавиться от мощных демпфирующих резисторов в цепи экранной сетки, на которых бесполезно выделяется много тепловой мощности.Отрицательное смещение -55,65 В подается на управляющую сетку от ранее упомянутого УН.

Для снижения уровня пульсаций питающего напряжения в выпрямителе можно также использовать штатные дроссели (L1, L2, рис. 2) фильтра питающего напряжения того же УЛТ типа ДР2ЛМ с индуктивностью первичной обмотки около 2 Гн .Намоточные данные для СТ и ДР2ЛМ приведены в.

Светотехника

Примером использования умножителя напряжения на четыре является схема безстартерного пуска с лампой дневного света (LLS), показанная на рис. 5, которая состоит из двух удвоителей напряжения, соединенных последовательно по постоянному току и параллельно по переменному току.

Рис. 5. Схема умножителя напряжения на четыре для беззвездного запуска лампы дневного света.

Лампа зажигается без нагрева электродов. Пробой ионизированного промежутка «холодной» ЛДС происходит при достижении напряжения зажигания ЛДС на выходе UN. LDS воспламеняется почти мгновенно.

Зажженная лампа шунтирует своим низким входным сопротивлением высокое выходное сопротивление УН, конденсаторы которого из-за малой емкости 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 в питающей сети примерно равномерно распределяется по балластным конденсаторам С1, С2 и ЛДС, включенным последовательно по переменному току, что соответствует нормальному режиму работы ЛДС.

При использовании в этой схеме ЛДС с цилиндрической частью диаметром 36 мм зажигаются без проблем, ЛДС с диаметром 26 мм зажигаются хуже, так как из-за особенностей их конструкции напряжение зажигания даже для новых ламп без прогрева нить накала может превышать 1200 В.

ТВ

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

Схемотехнические решения получения высокого напряжения для питания второго анода кинескопа, применявшиеся во всех моделях ламповых телевизоров, имели место только в первых модификациях УЛПКТ, и то вместо повышающей обмотки топливной сборки (практически равных по числу витков анода) стали применять УН, которые по своей электрической прочности, а значит, и надежности значительно превосходили аналогичные параметры блока обмоток.

Рис. 6.Схема умножителя напряжения с умножением, от ТВ Юность.

UN практически сразу стали использовать в бытовых черно-белых портативных телевизорах. Например, в телевизоре «Юность 401» используется схема утроения напряжения, показанная на рис.6.

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

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

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

Например, если «общий» провод (рис. 3) подключен к точке 2, то рабочие напряжения снимаются с четных звеньев, если с точкой 1 — с нечетных.

При использовании как четных, так и нечетных звеньев одной СУ для получения постоянного напряжения от звена, в котором присутствует переменная составляющая, необходимо (особенно при емкостной нагрузке) включить другое звено (диод и конденсатор) между звено умножителя и нагрузка (рис. 7).

Диод (VDd) в этом случае предотвратит короткое замыкание на переменную составляющую, а конденсатор (Cdf) выступит в роли фильтра. Естественно, конденсатор Cdf должен иметь рабочее напряжение, равное полному постоянному выходному напряжению.

Рис. 7. Включение еще одного звена на умножитель напряжения.

Нельзя также забывать о негативном влиянии на надежность работы многозвенных утечек УЛ, которые всегда присутствуют в радиоэлементах и ​​материалах при их работе под высокими напряжениями, что накладывает определенные ограничения на реально достижимое значение выходного Напряжение.

Практический вариант схемы УН с умножением на три показан на рис.6; 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, умноженного на пять.

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

В данной статье рассмотрена только часть схемотехники УН, которая применялась ранее и применяется в настоящее время в бытовой технике и радиолюбительском проектировании.Некоторые разновидности схемотехники УН, принципы работы которых аналогичны рассмотренным, опубликованы в.

В литературе и в общении с радиолюбителями часто встречается путаница в отношении ООН в терминах. Например, утверждается, что если по УН маркировка 8,5/25-1,2 или 9/27-1,3, то это утроитель напряжения. Согласно схеме, эти CN являются множителями на пять.

Маркировка несет информацию только о том, что при напряжении с амплитудой 8.На вход УНН подается напряжение 5 кВ, это обеспечивает получение на его выходе среднего постоянного (положительного) напряжения 25 кВ (при токе, потребляемом его нагрузкой, около 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 при обратном пути пучка, следующее с частотой 15625 Гц, с длительностью (положительного) импульса около 12 мкс и рабочий цикл около пяти.

При большом коэффициенте умножения значительную величину также имеет падение напряжения в прямом направлении на выпрямительных постах, являющихся выпрямителями UN. Например, для колонки 5ГЕ600АФ при ее использовании в качестве одинарного выпрямителя падение напряжения в прямом направлении составляет 800 В!

Из вышеизложенного следует, что элементы УН служат также для подачи импульсного напряжения в качестве интегрирующей цепи, снижающей среднее постоянное напряжение (при токе нагрузки 1 мА) относительно входного напряжения до величины примерно 5 кВ на связь.Именно эти факторы являются основными, влияющими на величину выходного напряжения СУ, а не приблизительная арифметика.

Исторически сложилось так, что использование селеновых диодов в качестве выпрямителей в первых образцах УН для ТВ определялось достигнутым в то время уровнем техники, их дешевизной, а также мягкой электрической характеристикой, позволяющей включать последовательно практически неограниченное количество диодов.

Очевидно, что селеновые выпрямители благодаря высокому внутреннему сопротивлению лучше выдерживают кратковременные перегрузки, чем кремниевые.С усовершенствованием технологии изготовления кремниевых диодов в УН ТВ стали применять кремниевые полюса типа КЦ106.

При ремонте ТВ даже предварительная оценка возможного наличия дефектов выпрямительных элементов УН с помощью автометра невозможна. Физический смысл этого явления заключается в том, что для открытия одного кремниевого диода необходимо приложить разность потенциалов порядка 0,7 В в прямом направлении.

Если, например, вместо столбика КЦ106Г использовать эквивалент отдельных диодов КД105Б (uобр = 400 В), то для получения обратного напряжения 10 кВ потребуется цепочка из 25 последовательно соединенных диодов, в результате чего необходимое напряжение для их открытия составит 17.5 В, а авометр позволяет только 4,5 В!

Единственное, что можно однозначно утверждать после измерения УН автометром, так это то, что при проверке исправного УН стрелка омметра не должна отклоняться при измерении сопротивления между любыми его электродами.

Простое решение для предварительной проверки работоспособности элементов УН методом вольтметра было предложено в . Суть предложения заключается в использовании для этой цели дополнительного источника (А1) постоянного напряжения (PSI) 200 …300 В и авометром, работающим в режиме вольтметра постоянного тока на пределе 200.300 В. Измерения производятся следующим образом.

Включается автометр (рис. 11) последовательно с одноименным полюсом ПСИ и проверяемым столбом выпрямителя или ВН. Алгоритм проверки.

Рис. 11. Схема включения авометра на пост выпрямителя.

Если при измерении диода в противоположных направлениях показания вольтметра:

  • существенно отличаются, значит исправен;
  • равно максимальному напряжению ИПП, то он пробит;
  • маленький, потом отрывается;
  • промежуточных значений говорят о наличии в нем значительных утечек.

Пригодность элементов испытуемого выпрямителя определяют опытным путем для конкретной марки статистическим методом сравнения со значениями падения напряжения, полученными практически при измерениях в прямом и обратном направлениях исправного, аналогичного по марке, пост или диод UN.

Для радиолюбителей, занимающихся ремонтом телеаппаратуры на дому у заказчика, удобнее использовать схему, представленную на рис.12 и предлагаемых в схеме, питаемой через токоограничивающие конденсаторы от сети 220 В, для предварительной проверки работоспособности элементов УН методом вольтметра (исходя из массы и габаритов).

Рис. 12. Силовая цепь с токоограничивающими конденсаторами.

Схема хорошо зарекомендовала себя на практике, по схемотехнике представляет собой выпрямитель с удвоением напряжения. Алгоритм измерения тот же. Эта же схема может быть использована для устранения некоторых видов межэлектродных замыканий («прострелов») в кинескопе.

Довольно часто спрашивают можно ли установить UN9/27-1.3 вместо UN8.5/25-1.2? Один совет: можно, но будьте осторожны! Все зависит от серьезности 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 прямая замена в принципе возможна, а обратная нет, так как у них разное количество входящих радиодеталей.

Поэтому при установке УН9/27-1.3 в УЛПКТ ТВ действуйте следующим образом: замкните накоротко входные клеммы импульсного напряжения и вывод «В»; провод от ТВС припаивается к соответствующему вводу УН9/27; провод со знаком «земля» подключается по кратчайшему расстоянию ко второму контакту ТВС; провод, идущий к фокусирующему варистору, подключаем к выводу «+F», а штатный конденсатор фокусирующего фильтра С23* (по заводской схеме на ТВ) можно отключить, так как его функцию может выполнять конденсатор С1 ( Инжир.10), который устанавливается внутри ВН. К выводу «+» подключается высоковольтный провод с «присоской» и ограничительным резистором Rf.

Полученное улучшение качества изображения на экране телевизора в результате такой замены не означает, что это результат замены!

Причина, прежде всего, в том, что в УН9/27-1,3 в качестве вентилей используются кремниевые полюса типа КЦ106Г, падение напряжения на которых в прямом направлении (как было сказано ранее) значительно меньше, чем на полюсах 5GE600AF, которые являются частью UN 8.5/25-1,2.

Именно на величину этой разницы увеличивается 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» на установленный внутри нее высоковольтный резистор 4,7 кОм. рф) «присоска» от ТВ 3УЦСТ с резистором 100 кОм. Rf выполняет три функции: входит в состав звена сглаживающего RC-фильтра для образованной им цепи высокого напряжения и емкости ак-вадага кинескопа Са (рис.9, 10), а также защитный резистор постоянного тока, ограничивающий его номинал в цепи UN при кратковременных межэлектродных пробоях внутри кинескопа (что бывает очень часто и непредсказуемо в старых кинескопах).

Он же «горящий предохранитель», предохраняющий ТВС при пробое диодов ВЛ, когда переменное напряжение, поступающее от ТВС, практически замыкается на корпус через Са, реактивное сопротивление которого достаточно мало для частоты сети токи.

Поэтому следует иметь в виду, что значительно меньшее значение полного внутреннего сопротивления УН9/27-1,3 при малом значении (или отсутствии по тем или иным причинам) Rf в случаях замены УН нежелательно, т.к. может привести к появлению вышеперечисленных неисправностей как выхода из строя ТВС, так и к возгоранию самого ТВ.

При определенной сноровке и аккуратности можно «достать» (если повезет) высоковольтные конденсаторы из неработоспособных в ТВ УН с определенной сноровкой и аккуратностью, которые еще могут послужить для срочного ремонта ТВ модификаций УЛПЧТИ или УПИМЦТ или для экспериментов с другими конструкциями.

Для этого сначала аккуратно разбейте молотком корпус УН и освободите корпуса конденсаторов от компаунда, а затем отделите их выводы от межсоединений и остального компаунда, последовательно откалывая их боковыми надрезами. Практическая разборка трех экземпляров каждой марки УН показала, что у УН8/25-1,2 конденсаторы имеют маркировку К73-13 2200х10 кВ на корпусе.

В УН9/27-1.3 (рис. 10), который по сравнению с УН8/25-1.2 имеет большее количество элементов, но меньшие габаритные размеры, применены конденсаторы (судя по технологии изготовления и материалу, из которого они изготовлены) однотипных (маркировки на корпусах нет), которые конструктивно выполнены в виде трехштифтового (диаметром 16 мм) узла (С2, С4 — рис.10) из конденсаторов емкостью 1000 пФ, и четырехвыводной (С1, С3, С5 — рис. 10) сборки диаметром 18 мм. При этом С1 имеет емкость по 2200 пФ, а С3, С5 — по 1000 пФ. Обе сборки имеют длину 40 мм.

Медицина

Одним из «экзотических» примеров использования ЦН в медицинском оборудовании является его использование в конструкции электроэффлювиальной люстры (ЭЛ), которая предназначена для получения потока отрицательных ионов, благотворно влияющих на организм человека. дыхательные пути.

Для получения высокого отрицательного потенциала излучающей части генератора аэроионов использовалась УН с отрицательным выходным напряжением.Из-за достаточно большого количества вспомогательной информации рекомендации по проектированию и использованию ЭЛ выходят за рамки данной статьи, поэтому ЭЛ упоминается только в информационных целях.

Детали для диаграмм

Спецификация фигурок:

  • 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.

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

Литература:

  1. Елкин С.А. Беззвездный пуск люминесцентных ламп // Е-2000-7.
  2. Иванов Б.С. Электроника в самоделках. М.: ДОСААФ, 1981.
  3. Казанский И.В. Усилитель мощности КВ радиостанции // В помощь радиолюбителям. — Вып. 44. — М.: ДОСААФ, 1974.
  4. Костюк А. Усилитель мощности для СВ радиостанции // Радиолюбитель. -1998. — № 4. — С.37.
  5. Кузинец Л.М. и другие ТВ 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 схемам. -Минск: Высшая школа, 1976.
  8. Сотников С. Неисправности цепей умножителя напряжения и фокусировки // Радио. — 1983. — № 10. — С.37.
  9. Садченкова Д. Умножители напряжения // Радиоаматор. — 2000.- № 12. -С.35.
  10. Фоменков А.П. Радиолюбителям о транзисторных телевизорах. — М.: ДОСААФ, 1978.
  11. Штан А.Ю., Штан Ю.А. О некоторых особенностях применения ионизаторов воздуха // Радиоаматор. — 2001. — № 1. — С.24.
  12. 12. Ященко О. Прибор для проверки и восстановления кинескопов // Радио. — 1991. — № 7. — С.43.

Среди различных схем выпрямительных устройств особую группу составляют схемы, в которых посредством соответствующего соединения выпрямительных элементов и конденсаторов осуществляется не только выпрямление, но и умножение выпрямленного напряжения.

Преимуществом таких схем является возможность построения высоковольтных бестрансформаторных выпрямителей и выпрямителей с трансформаторами, только для питания цепей нагрева кенотронов. Отсутствие повышающей обмотки в силовом трансформаторе значительно облегчает его изготовление и улучшает работу выпрямителя. К недостаткам этих схем можно отнести относительно сильную зависимость выпрямленного напряжения от тока в нагрузке и относительную трудность получения больших мощностей.

Наибольшее распространение в рентгеновской аппаратуре получили схемы выпрямителей

с умножением напряжения. В радиотехнической практике они применяются в основном для питания маломощной аппаратуры, потребляющей не более 50-70 мА при напряжении около 200 В. Однако и здесь область их применения может быть значительно расширена за счет построения, например, по схеме с утроением или учетверением напряжения достаточно мощные бестрансформаторные выпрямители. Такие выпрямители с напряжением переменного тока 110, 127 или 220 В позволяют получить постоянное напряжение 300-400 В при токе до 100-150 мА, что обеспечивает питание анодных цепей приемников, усилителей низкой частоты средняя мощность.

Особенностью работы выпрямителей с умножением напряжения является использование свойств конденсаторов накапливать и запасать электрическую энергию в течение некоторого времени. При работе выпрямителя от обычной 50-периодной сети переменного тока время, в течение которого конденсатор должен сохранять свой заряд, не превышает 0,02 сек. Чем больше емкость (включенных в цепь конденсаторов, тем большее количество электрической энергии они запасают и тем выше при той же нагрузке получается выпрямленное напряжение.Поэтому в таких выпрямителях удобнее всего использовать электролитические конденсаторы, которые при небольших размерах имеют значительную емкость! …

Ниже описан ряд практических схем выпрямителей с умножением напряжения, и для большинства из них даны нагрузочные характеристики, снятые при разных емкостях накопительных конденсаторов. Такие характеристики позволяют достаточно полно судить о возможных областях применения той или иной схемы, а также подобрать схему выпрямителя на заданные выпрямленный ток, выпрямленное напряжение и напряжение питания и определить основные данные ее частей.

СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ С УМНОЖЕНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ

Цепи удвоения напряжения. Схемы выпрямителей с удвоением напряжения, получившие наибольшее распространение в радиолюбительской практике, представлены на рис. 1.

РИС. 1. Принципиальные схемы выпрямителей с удвоением напряжения.
а — схема двухполупериодного выпрямителя; б — схема однополупериодного выпрямителя.

Для того, чтобы можно было в полной мере сравнить и оценить преимущества и недостатки обеих схем, на рис.2 показаны их нагрузочные характеристики. Характеристики снимались при разных емкостях конденсаторов С1 и С2. В выпрямителях использовались селеновые колонны Б1 и Б2, собранные каждая из 13 шайб диаметром 45 мм. Напряжение питания поддерживалось на уровне 120 В. Для ограничения пускового тока, который из-за емкостного характера нагрузки может достигать значительных значений, в цепь питания последовательно включалось сопротивление R, равное 20 Ом. Это создавало более благоприятные условия для работы выпрямителей.

РИС. 2. Нагрузочные характеристики выпрямителей с удвоением напряжения (сняты при напряжении питания 120 В).
а — характеристики двухполупериодного выпрямителя; б — характеристики однополупериодного выпрямителя.

Сравнивая нагрузочные характеристики обоих выпрямителей, взятые при одинаковых (одинаковых значениях емкости конденсаторов С1 и С2, можно отметить, что для двухполупериодной схемы выпрямления они лежат заметно выше, чем для половинной -волновой контур.Поэтому выпрямленное напряжение на нагрузке при одном и том же токе оказывается большим для первой схемы (рис. 1, а), чем для второй (рис. 1, б).

Приведенные характеристики также позволяют судить о реальных рабочих напряжениях, при которых работают конденсаторы схемы.

В связи с тем, что частота пульсаций при двухполупериодном выпрямлении в два раза выше, чем при однополупериодном, для первой схемы (рис. 1, а) значительно облегчается дальнейшая фильтрация выпрямленного напряжения, а кроме того , коэффициент пульсаций, показывающий, какую часть выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя составляет амплитуда переменной составляющей этого напряжения) при той же нагрузке и одинаковых значениях емкости конденсаторов С1 и С2 оказывается несколько меньше.Так, например, при сопротивлении нагрузки 2000 Ом и емкости конденсаторов С1 и С2 по 48 мкФ коэффициент пульсаций для первой цепи составил 6,5 %, а для второй — 7,6 % (несмотря на то, что в В первой схеме суммарная емкость на выходе выпрямителя в два раза меньше, чем во второй).

Следует также отметить, что рабочие напряжения на конденсаторах в первой цепи одинаковы и равны половине выпрямленного напряжения, то есть не превышают 150 В (если выпрямитель не работает без нагрузки), в то время как в вторая цепь, только конденсатор С1, а конденсатор С2 находится на полном выпрямленном напряжении и поэтому должен быть рассчитан на рабочее напряжение не менее 300 В.

При работе выпрямителей с удвоением напряжения без нагрузки, т. е. в режиме холостого хода, выпрямленное напряжение примерно равно удвоенному пиковому значению напряжения питающей сети и, следовательно, может превышать 350 В (при действующем напряжении сети 127 В). Это повышение напряжения может привести к пробою конденсаторов, селеновых шайб или изоляции между нитью накала и катодом в кенотронах. Поэтому, если по техническим условиям выпрямитель должен работать без нагрузки или на очень высокоомную нагрузку, то используемые в нем детали должны быть рассчитаны на соответствующее рабочее напряжение.Последнее условие также относится к диаграммам в следующих разделах брошюры.

Некоторым преимуществом однополупериодной схемы является возможность очень легко переключить ее на питание от сети 220 В. Чтобы сделать такой переключатель, необходимо соединить последовательно выпрямительные элементы В1 и В2 и закоротить конденсатор С1. В этом случае выпрямитель будет работать по схеме однополупериодного выпрямления без удвоения напряжения. В этом случае нагрузочная характеристика выпрямителя практически не изменится.

Областью применения описанных выше схем выпрямителей является питание 4…5 ламповых приемников (с выходной мощностью не более 2-3 Вт), маломощных усилителей низкой частоты и малоламповой измерительной аппаратуры.

Во всех этих случаях в качестве выпрямительного элемента удобнее всего использовать кенотрон 30Ц6С, нити накала которого соединены последовательно с нитями накала других ламп аппарата. Выпрямитель с этим кенотроном и конденсаторами С1 и С2 емкостью 20-40 мкФ дает напряжение 200-220 В при токе около 70 мА.Используя вместо кенотрона 30Ц6С селеновые колонки, собранные из шайб диаметром 35 или 45 мм, и конденсаторы большей емкости, можно несколько увеличить выпрямленное напряжение и получить ток вдвое (для шайб диаметром 35 мм ) и в три раза (для шайб диаметром 45 мм) больше. Выпрямители в этом случае могут питать более мощные приемники (до 4 Вт выходной мощности), усилители низкой частоты, малоламповые телевизоры и т.п.

РИС. 3.Принципиальная схема выпрямителя с утроением напряжения.

РИС. 4. Нагрузочная характеристика выпрямителя при утроении напряжения (снята при напряжении питания равном 120 В).

Цепь утроения напряжения. Схема выпрямителя с утроением напряжения показана на рис. 3. Она представляет собой комбинацию двух схем однополупериодного выпрямителя: схемы с удвоением напряжения и схемы без умножения. Оба контура подключены к питающей сети параллельно, а их выходы (выпрямленные напряжения) соединены последовательно друг с другом.Таким образом, напряжение на выходе выпрямителя, равное сумме выпрямленных напряжений (удвоенное сетевое напряжение на конденсаторе С2 и однократное на конденсаторе С3), оказывается примерно равным трехкратному сетевому напряжению .

Нагрузочные характеристики выпрямителя, представленные на рис. 4, показывают, что при токе около 200 мА такой выпрямитель может отдавать напряжение свыше 300 В. Характеристики сняты при сопротивлении R = 10 Ом от выпрямителя в котором (в качестве выпрямительных элементов Б1, Б2 и Б3 использовались одинаковые селеновые колонны, собранные каждая в 13 шайб диаметром 45 мм.

Напряжение питания поддерживалось на уровне 120 В, а емкости конденсаторов С1, С2 и С3 варьировались от 32 до 100 мкФ.

Характер пульсаций выпрямленного напряжения этой схемы при равных значениях емкости всех трех конденсаторов такой же, как и в схеме двухполупериодного выпрямления, а коэффициент пульсаций при нагрузке выпрямителя сопротивлением 2000 Ом и емкость 50 мкФ составляет около 7%. Рабочие напряжения на конденсаторах С1 и С3 не превышают 150 В, а на конденсаторе С2 — 300 В.

Следует иметь в виду, что в схеме с утроением напряжения при отсутствии нагрузки и напряжении питания 120-127 В выпрямленное напряжение превышает 500 В.

Приведенные выше данные показывают, что выпрямитель с тройным напряжением может использоваться даже шире, чем выпрямитель с двойным напряжением. О выборе выпрямительных элементов для такого выпрямителя будет сказано ниже.

Счетверенные цепи напряжения. Схема выпрямителя с учетверением напряжения может быть двух видов: симметричная и несимметричная.

Симметричная схема, показанная на фиг. 5 представляет собой комбинацию двух схем однополупериодного выпрямителя с удвоением, работающих в разных полупериодах питающего напряжения. Работа этой схемы заключается в следующем — За полупериод одного знака заряжаются конденсаторы С1 и С4, при этом напряжение на конденсаторе С1 достигает примерно однократного, а на конденсаторе С4 — удвоенного действующего значения сетевого напряжения (конденсатор C4 заряжается, используя имеющийся заряд на конденсаторе C2). В течение полупериода противоположного знака конденсаторы С2 и С3 заряжаются одинаково.Выпрямленное напряжение снимается с соответствующих полюсов конденсаторов С3 и С4, включенных последовательно друг с другом. Таким образом, он удваивается во второй раз.

РИС. 5. Схема симметричного выпрямителя с учетверением напряжения.

Напряжение, до которого заряжаются конденсаторы С1 и С2, оказывается тем больше, чем больше сопротивление нагрузки, или, другими словами, чем меньше мощность, отдаваемая выпрямителем. Зарядное напряжение достигает своего максимального значения при отключении от выпрямителя нагрузки, становясь равным пиковому значению сетевого напряжения (1.41-кратное действующее значение) на конденсаторах С1 и С2 и удвоенное амплитудное значение (2,82-кратное действующее значение) — на конденсаторах С3 и С4.

РИС. 6. Нагрузочная характеристика выпрямителя с учетверением напряжения (снята при напряжении питания 120 В).

Для того чтобы можно было быстро определить требуемые емкости конденсаторов С1, С2, С3 и С4, на рис. 6 приведены нагрузочные характеристики, снятые с выпрямителя при различных значениях этих емкостей (во всех случаях С1\ u003C2 и C3=C4).Приведенные характеристики показывают, что даже с конденсаторами С1 и С2 емкостью по 60 мкФ и С3 и С4 — по 16 мкФ напряжение на выходе выпрямителя при токе 150 мА достигает 400 В.

Конденсаторы С1 и С2 должны быть рассчитаны на рабочее напряжение не менее 150 В, а С3 и С4 — не менее 250 В.

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения в случае нагрузки выпрямителя 3000 Ом составляет примерно 6%, а форма напряжения на нагрузке такая же, как и при двухполупериодном выпрямлении.

Следует иметь в виду, что в схемах симметричного выпрямителя, умножающего напряжение, шасси находится под относительно высоким потенциалом по отношению к земле и источнику питания.

РИС. 7. Схема несимметричного выпрямителя с учетверением напряжения.

Схема несимметричного четырехкратного выпрямителя напряжения показана на фиг. 7. Работает по несколько иному принципу, чем предыдущий. Здесь за полупериод соответствующего знака конденсатор С1 заряжается через выпрямительный элемент В1 и сопротивление R примерно до сетевого напряжения.В следующем полупериоде конденсатор С3 заряжается через выпрямительный элемент В2 и сопротивление R, используя заряд конденсатора С1, примерно вдвое увеличивая сетевое напряжение. До этого же напряжения заряжается конденсатор С2 в следующем полупериоде через выпрямительный элемент В3. В то же время конденсатор С1 снова заряжается. Затем заряд конденсатора С2 через выпрямительный элемент В4 заряжает конденсатор С4. Выпрямленное напряжение снимается с последовательно соединенных конденсаторов С3 и С4.Вся схема работает по принципу однополупериодного выпрямления.

РИС. 8. Нагрузочная характеристика несимметричного счетверенного выпрямителя (снята при напряжении питания, равном 120 В).

Нагрузочная характеристика, снятая с выпрямителя (рис. 8), имеет значительный наклон. Это показывает невозможность использования таких схем для мощных радиоустройств. Рабочее напряжение распределяется по конденсаторам очень своеобразно, причем характер распределения зависит от величины нагрузки.В таблице 1 показаны рабочие напряжения на конденсаторах при двух разных нагрузках и без нагрузки.

Таблица 1

Конденсаторы на схеме фиг. 7 Емкость, мкФ Рабочее напряжение на нагрузке 2000 Ом, В Рабочее напряжение на нагрузке 7500 Ом, в Напряжение холостого хода, В
С1 60 100 125 170
С2 48 125 220 340
С3 48 175 240 340
С4 48 100 105 340

Примечание.Напряжение питания 120 В.

Такое неравномерное распределение напряжения сопровождается очень неравномерной формой пульсаций, в связи с чем коэффициент пульсаций на выходе выпрямителя составляет около 10% при сопротивлении нагрузки 5000 Ом, а при сопротивлении нагрузки 1700 Ом повышается до 23%. В результате несимметричная схема выпрямителя с учетверенным напряжением может применяться только при больших сопротивлениях нагрузки или, другими словами, при малых потребляемых токах.

Выпрямители, собранные по симметричной счетверенной схеме, в которых применены селеновые выпрямительные элементы, могут найти широкое применение для питания различных радиотехнических устройств, требующих достаточно высоких напряжений при токах 150-200 мА.

Цепи с кратным умножением напряжения. Принцип учетверения напряжения, описанный выше, действителен для любого четного коэффициента умножения. Для каждого последующего увеличения выпрямленного напряжения в два раза по сравнению с напряжением сети схему выпрямителя необходимо дополнять всего двумя выпрямительными элементами и двумя конденсаторами, как показано на рис. 9.

Схема, показанная на рис. 9, хорошо работает только при очень низком потреблении тока, но может выдавать очень высокое выпрямленное напряжение.Его удобно использовать в телевизорах для питания анода кинескопа и т. п. В качестве элементов выпрямителя используют селеновые шайбы наименьшего диаметра, собранные в столбики так, чтобы допустимое обратное напряжение было равно удвоенной амплитуде напряжения, заданного здесь можно использовать источник переменного напряжения. Все конденсаторы схемы должны быть рассчитаны на одинаковое рабочее напряжение, кроме (конденсатора С1, находящегося под единым амплитудным напряжением источника. Так как схема рассчитана на малые рабочие токи,

РИС.9. Схема несимметричного выпрямителя с кратным умножением напряжения.

Емкости конденсаторов

могут быть небольшими, в пределах от 0,25 до 0,5 мкФ. Из-за высокого сопротивления нагрузки коэффициент пульсаций на выходе выпрямителя ничтожен даже при таких малых значениях емкости конденсаторов. Общее напряжение, выдаваемое выпрямителем, рассчитывается для ненагруженного выпрямителя путем умножения амплитуды переменного напряжения на количество пар элементов цепи.Конденсатор и выпрямительный элемент взяты за одну пару элементов.

РИС. 10 показана симметричная схема многократного умножения напряжения, имеющая по сравнению со схемой

РИС. 10. Схема симметричного выпрямителя с кратным умножением напряжения.

рис. 9 предлагает те же преимущества, что и четырехкратное балансное напряжение по сравнению с несимметричным. Данную схему можно рекомендовать для выпрямителей, питающих выходные каскады любительских коротковолновых передатчиков и устройств, требующих высоких напряжений и относительно больших токов.При этом, конечно, должны быть соответствующим образом подобраны выпрямительные элементы и выпрямительные конденсаторы.

Для приведенных схем выпрямителей характер нагрузочной характеристики определяется емкостями используемых конденсаторов. Чем больше эти емкости, тем меньше наклон характеристики, а значит, больше напряжение при данной нагрузке.

Для случая работы выпрямителя без нагрузки существуют определенные минимальные значения емкостей конденсаторов, при их занижении перестают работать схемы с умножением напряжения.В тех случаях, когда необходимо получить от выпрямителя ток в несколько десятков или сотен миллиампер, конденсаторы следует брать максимально возможной емкости. Это также способствует улучшенной фильтрации выпрямленного напряжения. Кроме того, подбором емкостей конденсаторов можно эффективно задавать анодное напряжение, необходимое для режима питания.

В промышленных и любительских телевизорах схема умножения напряжения показана на рис. 11.Эта схема отличается от приведенных ранее наличием дополнительных сопротивлений и емкостей. Это работает следующим образом. В течение положительного полупериода питающего напряжения через элемент выпрямителя В1 заряжается конденсатор С1 до амплитудного значения напряжения, а в течение отрицательного полупериода — конденсатор С2 через сопротивление R1.

РИС. 11. Схема умножения напряжения на сопротивление.

В следующем положительном полупериоде напряжение на конденсаторе С2 прибавляется к напряжению питания, и этот конденсатор разряжается через выпрямительный элемент В2 на последовательно соединенные конденсаторы С1 и С3, с концов которых получается удвоенное на нагрузку подается выпрямленное напряжение.Построение связей в схеме, как показано пунктирной линией на фиг. 11, можно получить умножение напряжения любой величины.

Преимущества такой схемы заключаются в облегчении условий работы выпрямительных элементов и емкостей, так как обратное напряжение на каждом выпрямительном элементе не превышает двойного, а на каждом конденсаторе — одинарного амплитудного напряжения, его подаем от выпрямителя. Сопротивления R1, R2 и др. позволяют в случае использования селеновых колонок иметь значительный разброс их обратных сопротивлений.

Рассматриваемая схема пригодна только для работы выпрямителя с большим сопротивлением нагрузки. Конденсаторы могут иметь емкость порядка 500…1000 нФ, сопротивление около 2…4 мОм. В качестве элементов выпрямителя могут быть использованы соответствующие селеновые столбы или кенотроны, однако для питания нитей накала последних на силовом трансформаторе должны быть предусмотрены отдельные хорошо изолированные обмотки.

Многие электронщики часто используют схемы питания, основанные на принципе умножения напряжения.Ведь использование мультипликатора позволяет значительно уменьшить вес и габариты устройства. Чтобы понять физику работы такого электронного устройства, рассмотрим основные варианты схемотехники построения таких конструкций. Их условно можно разделить на симметричные и асимметричные мультипликаторы. Асимметричные, в свою очередь, делятся на два типа: первый и второй вид

Все конструкции обычно состоят из конденсаторов и диодов; для получения значений свыше киловольта необходимо применять специальные высоковольтные диоды и неполярные конденсаторы.

Данные конструкции широко применяются в лазерной технике, в различных высоковольтных конструкциях, например в ионизаторах воздуха ,

Однофазные несимметричные цепи умножения представляют собой последовательное соединение нескольких одинаковых несимметричных цепей выпрямления с емкостной нагрузкой.


В схеме каждая последующая емкость заряжается до большего значения. Если ЭДС вторичной обмотки трансформатора направлена ​​из точки а в точку б, то открывается первый диод и идет заряд С1.Этот конденсатор заряжается до U равной амплитуде на вторичной обмотке трансформатора U 2м . При изменении ЭДС вторичной обмотки зарядный ток второго конденсатора потечет по цепи: точка а , С1, ВД2, С2, точка б. При этом емкость С2 заряжается до UC2 + U2м + UC1 = 2U2м, так как вторичная обмотка трансформатора и С1 оказались соединены последовательно и последовательно. При очередном изменении направления ЭДС вторичной обмотки заряд С3 начинается по цепи: точка б, С2, VD3, точка С3 а вторичной обмотки.Конденсатор С3 зарядится до напряжения UC3 = U2м + UC2≈ 3U2м и так далее. То есть на каждом последующем конденсаторе кратность соответствует формуле:

Требуемое значение умноженного U удаляется из одного контейнера C n


За время отрицательной полуволны емкость С1 заряжается через открытый диод VD1 до амплитудного значения U. При поступлении на вход положительной полуволны емкость С2 заряжается через открытый диод VD2 до значения 2уа.В течение следующего цикла отрицательного полупериода через диод VD3 до величины 2U заряжается емкость С3. И в результате следующей положительной полуволной до 2U происходит заряд конденсатора С4.

Очень хорошо видно, что мультипликатор будет запускаться через несколько полупериодов. Постоянное выходное напряжение складывается из напряжений на последовательно включенных и постоянно перезаряжаемых конденсаторах С2 и С4 и равно 4Ua.

Умножитель, показанный на верхней диаграмме, имеет последовательный тип.Есть также параллельные, которые требуют меньших номиналов конденсаторов на шаг удвоения.

Чаще всего радиолюбители используют последовательные умножители. Они более универсальны, напряжение на диодах и конденсаторах делится примерно поровну, и можно реализовать большее количество шагов умножения. Но у параллельных конструкций есть и свои преимущества. Однако их огромный недостаток, такой как увеличение напряжения на конденсаторах при увеличении числа ступеней умножения, ограничивает их применение до номиналов 20 кВ.

К достоинствам параллельной схемы, той что в центре рисунка, можно отнести следующее: на емкость С1, С3 приходит только амплитудное напряжение, нагрузка на диоды одинакова, приличная стабильность выходного напряжения достигнуто. Второй умножитель, схема которого представлена ​​ниже. отличаются такими характеристиками, как возможность получения большой мощности на выходе конструкции, простота сборки своими руками, одинаковое распределение нагрузки между элементами, большое количество ступеней преобразования.

Это мостовая схема, в которой диоды VD1 VD2 подключены к двум плечам моста, а конденсаторы С1 С2 подключены к двум другим плечам. Вторичная обмотка подключается к одной из диагоналей моста, нагрузка к другой. Схема удвоения может быть представлена ​​в виде двух последовательно соединенных полуволновых цепей, работающих от одной вторичной обмотки. В первом полупериоде, когда потенциал точки а вторичной обмотки положителен относительно точки b, клапан VD1 откроется и начнется заряд С1.Ток в этот момент идет через вторичную обмотку, VD1 и С1.

Во втором полупериоде заряжается C2. Зарядный ток этого конденсатора идет через вторичную обмотку С2 и VD2. С1 и С2 по отношению к Rn1 (сопротивлению нагрузки) соединены последовательно, а U на нагрузке равно сумме UC1 + UC2. Основным преимуществом этой схемы является повышенная частота пульсаций по сравнению с двухфазной схемой и достаточно полное использование трансформатора.

Все чаще радиолюбителей стали интересовать схемы питания, которые построены по принципу умножения напряжения.Этот интерес связан с появлением на рынке миниатюрных конденсаторов большой емкости и удорожанием медного провода, используемого для намотки катушек трансформатора. Дополнительным преимуществом этих устройств являются их малые габариты, что значительно уменьшает конечные габариты проектируемого оборудования. Что такое множитель напряжения? Это устройство состоит из конденсаторов и диодов, соединенных определенным образом. По сути, это преобразователь низкого напряжения переменного тока в высокое постоянное напряжение. Зачем нужен умножитель постоянного напряжения?

Область применения

Такой прибор нашел широкое применение в телевизионной технике (в источниках анодного напряжения кинескопов), медицинской технике (при питании от мощных лазеров), в измерительной технике (измерители излучения, осциллографы).Кроме того, он применяется в приборах ночного видения, в электрошоковых устройствах, бытовой и оргтехнике (копировальных аппаратах) и т. д. Такую популярность умножитель напряжения получил благодаря способности генерировать напряжения до десятков и даже сотен тысяч вольт. , и это при небольших размерах и весе аппарата. Еще одним важным плюсом упомянутых устройств является простота изготовления.

Типы схем

Рассматриваемые устройства делятся на симметричные и несимметричные, умножители первого и второго рода.Симметричный умножитель напряжения получается путем соединения двух несимметричных цепей. Одна такая схема изменяет полярность конденсаторов (электролитов) и проводимость диодов. Симметричный множитель имеет лучшую производительность. Одним из основных преимуществ является удвоенное значение частоты пульсаций выпрямленного напряжения.

Принцип работы

На фото представлена ​​простейшая схема полуволнового устройства. Рассмотрим, как это работает.Под действием отрицательного полупериода напряжения через открытый диод Д1 конденсатор С1 начинает заряжаться до амплитудного значения приложенного напряжения. В момент начала периода положительной волны конденсатор С2 заряжается (через диод D2) до удвоенной величины приложенного напряжения. В начале следующего этапа отрицательного полупериода заряжается конденсатор С3 — также до удвоенного значения напряжения, а при изменении полупериода конденсатор С4 также заряжается до заданного значения.Устройство запускается в течение нескольких полных периодов переменного напряжения. На выходе получается постоянная физическая величина, представляющая собой сумму напряжений последовательных, постоянно заряженных конденсаторов С2 и С4. Результатом является значение, в четыре раза превышающее входное значение. Так работает умножитель напряжения.

Расчет схемы

При расчете необходимо задать необходимые параметры: выходное напряжение, мощность, входное переменное напряжение, габариты. Не следует пренебрегать некоторыми ограничениями: входное напряжение не должно превышать 15 кВ, его частота колеблется в пределах 5-100 кГц, выходное значение не должно превышать 150 кВ.На практике применяются устройства с выходной мощностью 50 Вт, хотя реально сконструировать умножитель напряжения с выходным показателем, приближающимся к 200 Вт. Величина 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 — количество ступеней;

F – частота входного напряжения;

С — мощность генератора.

Таким образом, если установить значение выходного напряжения, тока, частоты и количества ступеней, то можно рассчитать требуемое

До недавнего времени множители напряжения недооценивались. Многие разработчики рассматривают эти схемы с точки зрения ламповой технологии и, таким образом, упускают некоторые большие возможности. Хорошо известно, каким удачным решением стало применение в телевизорах утроителей и учетверителей напряжения. К счастью, нам не приходится иметь дело с рентгеновскими лучами в SMPS, но схемы умножения напряжения часто могут быть полезны для дальнейшего уменьшения размеров после достижения очевидного предела с помощью обычных методов, использующих высокочастотное переключение и удаление трансформаторов 60 Гц.В других случаях умножители напряжения могут обеспечить элегантный способ получения дополнительного выходного напряжения с помощью вторичной обмотки одного трансформатора.

Многие учебники подробно описывают недостатки умножителей напряжения. Говорят, что они имеют плохую стабильность напряжения и слишком сложны. Констатация этих недостатков вполне обоснована, но основана на опыте использования ламповых схем, которые всегда работали с синусоидальными напряжениями частотой 60 Гц. Свойства умножителей напряжения значительно улучшаются при работе с прямоугольными, а не синусоидальными напряжениями, и особенно при работе с высокими частотами.При частоте коммутации 1 кГц, а тем более при 20 кГц умножитель напряжения заслуживает переоценки своих возможностей. Учитывая, что пиковое и среднеквадратичное значения равны для прямоугольной волны, конденсаторы в схеме умножителя имеют гораздо большее время накопления по сравнению со случаем синусоидальных колебаний. Это проявляется в повышенной стабильности напряжения и улучшенной фильтрации. Известно, что очень хорошая стабильность возможна при синусоидальном напряжении, но только за счет больших конденсаторов.Некоторые полезные схемы умножителей напряжения показаны на рис. 16.4. Два разных изображения одной и той же цепи на рис. (А) показывают, что способ рисования диаграммы иногда может вводить в заблуждение.

Хотя стабильность больше не является большой проблемой для умножителей напряжения, очень хорошая стабильность не требуется в системе, где одна или несколько цепей обратной связи обеспечивают окончательную стабилизацию выходного постоянного напряжения. В частности, некоторые умножители напряжения очень хорошо работают при 50% рабочем цикле инвертора.Соответствующие умножители напряжения рекомендуются в качестве нерегулируемого источника питания, обычно предшествующего контуру обратной связи. Как правило, это использование связано с преобразователем постоянного тока в постоянный. Например, сетевое напряжение частотой 60 Гц можно выпрямить и удвоить. Затем это постоянное напряжение используется в мощном преобразователе постоянного тока, который можно настроить как импульсный стабилизатор. Обратите внимание, что этот метод позволяет получать высокие выходные напряжения без трансформатора, работающего на частоте 60 Гц.

Умножитель напряжения позволяет легко построить хороший инвертор.Инверторный трансформатор лучше всего работает с коэффициентом трансформации около единицы. Значительные отклонения от этого значения, особенно при увеличении напряжения, часто приводят к появлению в обмотках трансформатора достаточно большой индуктивности рассеяния, что вызывает неустойчивую работу инвертора. Итак, те, кто экспериментировал с инверторами и преобразователями, прекрасно знают, что наиболее вероятным отказом в работе даже простой схемы являются колебания, частота которых отличается от расчетной.Индуктивность рассеяния может легко вывести из строя переключающие транзисторы. Этой проблемы можно избежать, если в умножителе напряжения использовать трансформатор с коэффициентом трансформации около единицы.

Рис. 16.4. Схемы умножения напряжения. Обе схемы на рис. (А) электрически идентичны. Обратите внимание на допустимые и запрещенные варианты заземления для разных цепей — в некоторых случаях генератор и нагрузка могут не иметь одну и ту же точку заземления.

При работе с синусоидальными напряжениями помните, что умножители напряжения работают с пиковым напряжением.Таким образом, так называемый удвоитель напряжения, работая при входном напряжении, имеющем действующее 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 мала, то результат больше похож на утроение входного действующего значения напряжения. Аналогичные рассуждения справедливы и для других мультипликаторов.

Если принять равные емкости всех конденсаторов и синусоидальное напряжение на входе, то множители напряжения должны иметь значение (оср не менее 100, где (0 = 2К/, рабочая частота выражается в герцах, емкость измеряется в фарадах, а представляет собой эффективное сопротивление в омах, соответствующее низкоомной нагрузке, которую можно подключить, и в этом случае выходное напряжение будет составлять не менее 90 % от максимально достижимого напряжения постоянного тока и будет меняться относительно мало.Для прямоугольного напряжения значение cocr может быть значительно меньше 100.

При выборе схемы умножения напряжения следует обратить внимание на заземление. На рис. 16.4 символ генератора обычно обозначает вторичную обмотку трансформатора. Учтите, что если один из выводов нагрузки должен быть заземлен, то в однополупериодных схемах можно заземлить один вывод трансформатора, а в двухполупериодных вариантах — нет. Двухполупериодные схемы полезны для создания источников с биполярным выходом, в которых один выход положительный по отношению к земле, а другой отрицательный, и на каждый выход приходится половина общего выходного напряжения.

Схемы, показанные на рис. 16.4 (А), идентичны и представляют собой двухполупериодные выпрямители с удвоением напряжения. Схема на рис. Б представляет собой однополупериодный выпрямитель с удвоением напряжения. Схема рис. C работает как полуволновой тройник. Полноволновый учетверитель показан на рис. D, а полуволновой учетверитель на рис. E. Такие умножители напряжения широко используются в телевизионных обратноходовых источниках питания, обеспечивающих высоковольтные ЭЛТ. Они также используются в счетчиках Гейгера, лазерах, электростатических сепараторах и т. д.

Хотя двухполупериодные умножители напряжения имеют лучшую стабильность и меньшую пульсацию, чем однополупериодные умножители напряжения, на практике различия становятся небольшими при использовании высокочастотных прямоугольных импульсов.Использование больших конденсаторов всегда может улучшить стабильность напряжения и уровень пульсаций. В целом на частоте 20 кГц и выше наличие общей точки заземления для полуволновых умножителей оказывает решающее влияние на выбор проектировщика.

За счет соединения большого количества элементарных каскадов можно получить очень высокие напряжения постоянного тока. Хотя этот метод не нов, на самом деле реализовать его с помощью полупроводниковых диодов проще, чем с предыдущими ламповыми выпрямителями, которые усложняли задачи изоляции и удорожали из-за нагрева цепей.Два примера многокаскадных умножителей напряжения показаны на рис. 16.5. Они умножают пиковое значение входного переменного напряжения в восемь раз. На схеме рис. 16,5А, ни на одном конденсаторе напряжение не превышает 2К Отличительной особенностью схемы, представленной на рис. 16,5В, является общая земля для входа и выхода. Однако номинальные напряжения конденсаторов должны постепенно увеличиваться по мере приближения к выходу схемы. Хотя на частоте 60 Гц это приводит к увеличению габаритов и стоимости, на высоких частотах эти недостатки менее чувствительны.Диоды в обеих схемах должны выдерживать пиковое входное напряжение Е, но для надежности следует использовать диоды с номинальным напряжением хотя бы в несколько раз превышающим Е. В этих схемах обычно используются конденсаторы одинаковой емкости. Чем больше емкость конденсаторов, тем лучше стабильность и меньше пульсации. Однако большие конденсаторы предъявляют к диодам повышенные требования по максимальным значениям тока.

Схема, показанная на рис. 16.6, оказалась очень полезной для электронных приложений.Обратите внимание, что он работает на однополярной последовательности импульсов. Это схема умножителя напряжения Кокрофта-Уолтона, которая часто встречается в литературе. Хотя все конденсаторы могут иметь одинаковую емкость и одинаковое номинальное напряжение Е, лучше использовать следующий подход:

Сначала рассчитаем емкость выходного конденсатора

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

.

За максимальное значение пульсаций принимается напряжение В.или ПО мкФ.

Откуда берутся эти цифры? Они представляют собой относительные значения токов в цепи. Если на рис. 16.6 их можно определить с помощью выражения (2/1-1). Здесь n представляет собой коэффициент умножения входного напряжения. Очевидно, что в умножителе на шесть n=6. Начинаешь с входного конденсатора и находишь, что 2n-\=11. Дальше продолжаешь по нижнему ряду конденсаторов, получая 2/1-3, 2/2- 5, 2/1-7, 2/2-9 и, наконец, для — (2/2-11).являются: 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, питание от однополярного импульсного источника. Значение цифр рядом с конденсаторами поясняется в тексте.

Тот факт, что конденсаторы возле входа имеют большую емкость, чем те, что ближе к выходу, связан с переносом заряда, который, естественно, должен быть достаточно большим на входе. За один цикл происходит 2/2-1 переноса заряда.При каждой из этих передач происходит естественная потеря энергии. Эти потери энергии минимальны, если емкости конденсаторов рассчитаны, как описано выше.

Первая проверка любого умножителя напряжения должна проводиться с помощью переменного автотрансформатора или какого-либо другого устройства, позволяющего повышать входное напряжение. В противном случае диоды могут быть разрушены импульсным током. Жесткость этого правила зависит от таких факторов, как емкость, уровень мощности, частота, ESR конденсаторов и, конечно же, номинальный пиковый ток диодов.Может понадобиться поставить на вход умножителя терморезистор, или резистор, включаемый реле. С другой стороны, во многих случаях можно вообще обойтись без защиты, поскольку вполне доступны диоды, работающие с большими пиковыми токами. Иногда защита бывает «невидимой», например, трансформатор на вводе просто не может обеспечить большой бросок тока.

При работе с высокими напряжениями величина прямого падения напряжения на диодах незначительна.При низком напряжении накопленное падение напряжения на диодах может помешать достижению требуемого выходного напряжения и значительно снизить эффективность. множитель напряжения. Убедитесь, что время обратного восстановления диода совместимо с частотой входного напряжения. В противном случае расчетный множитель напряжения загадочным образом будет отсутствовать.

Работа без нагрузки в цепи умножителя напряжения Кокрофта-Уолтона, электротехника, техника высокого напряжения, конспект лекций, pdf

Цепь удвоителя напряжения Greinacher:

Рис. Цепь удвоителя напряжения Грейнахера

  • При высокой д.в. необходимо генерировать напряжение, используются схемы удвоения напряжения или каскадного умножителя напряжения. Схема Greinacher Doubler — одна из самых популярных схем для генерации высокого постоянного напряжения.
  • Предположим, что B является более положительным по отношению к A, и диод D 1 проводит, таким образом, заряжая конденсатор C 1 до V max с полярностью, как показано на рисунке. В течение следующего полупериода клемма A конденсатора C 1 повышается до V max и, следовательно, клемма M достигает потенциала 2 V max .Таким образом, конденсатор C 2 заряжается до 2 В max через D 2 . Обычно напряжение на нагрузке составляет менее 2 В max в зависимости от постоянной времени цепи C 2 R L .

Работа без нагрузки в цепи умножителя напряжения Кокрофта-Уолтона:

Рис. Многокаскадная однофазная каскадная схема типа Кокрофта-Уолтона.

  • Часть ABM’MA точно идентична схеме удвоителя напряжения Greinacher, и напряжение на C становится 2 V max , когда M достигает напряжения 2 V max .
  • В течение следующего полупериода, когда B становится положительным по отношению к A, потенциал M падает и, следовательно, потенциал N также падает, становясь меньше потенциала M ′, следовательно, C 2 взимается через D 2 .Следующий полупериод A становится более положительным, а потенциал M и повышается, таким образом, заряжая C 2 через D 2 . Наконец все конденсаторы C 1 , C 2 , C 3 , C 1 , C 2 и C 3 и C 3 взимаются.
  • Напряжение на столбце конденсаторов, состоящем из C 1 , C 2 , C 3 , продолжает колебаться при изменении напряжения питания.Поэтому эта колонна известна как колебательная колонна . Однако напряжение на емкостях C 1 , C 2 , C 3 остается постоянным и известно как 7 сглаживающий столбец 9.
  • Напряжения на M ′, N ′ и O ′ составляют 2 В max 4 В max и 6 В max. Следовательно, напряжение на всех конденсаторах составляет 2 В макс , за исключением C 1 , где оно составляет В макс .
  • Общее выходное напряжение составляет 2 н В макс. , где n — количество ступеней. Таким образом, использование многоступенчатой ​​схемы, расположенной показанным образом, позволяет получить очень высокое напряжение. Равное напряжение используемых элементов (как конденсаторов, так и диодов) очень полезно и способствует модульной конструкции таких генераторов.

Множитель напряжения

Умножитель напряжения каскада Виллара.

Умножитель напряжения представляет собой электрическую цепь, которая преобразует электрическую мощность переменного тока из более низкого напряжения в более высокое постоянное напряжение, как правило, с помощью сети конденсаторов и диодов.

Умножители напряжения могут использоваться для создания напряжения смещения в диапазоне от нескольких вольт для электронных приборов до миллионов вольт для таких целей, как эксперименты по физике высоких энергий и испытания на безопасность от молнии.

Наиболее распространенным типом умножителя напряжения является умножитель полуволновой серии, также называемый каскадом Виллара (но на самом деле он был изобретен Генрихом Грейнахером).

Операция

Предполагая, что пиковое напряжение источника переменного тока составляет +U с , мы можем описать (упрощенно) работу каскада следующим образом:

  1. отрицательный пик (-U s ): Конденсатор C 1 заряжается через диод D 1 до U s  В (разность потенциалов между левой и правой обкладками конденсатора U s )
  2. положительный пик (+U s ): потенциал C 1 суммируется с потенциалом источника, таким образом заряжая C 2 до 2U s через D 2
  3. отрицательный пик: потенциал C 1 падает до 0 В, что позволяет заряжать C 3 через D 3 до 2U s .
  4. положительный пик: потенциал С 1 повышается до 2U с (аналогично шагу 2), также заряжается С 4 до 2U с . Выходное напряжение (сумма напряжений на C 2 и C 4 ) повышается до 4U s .

В действительности требуется больше циклов для C 4 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.

Напряжение пробоя

Несмотря на то, что умножитель может использоваться для получения выходного напряжения в тысячи вольт, отдельные компоненты не должны быть рассчитаны на то, чтобы выдерживать весь диапазон напряжений. Каждый компонент должен быть связан только с относительными перепадами напряжения непосредственно на его собственных клеммах и компонентах, непосредственно прилегающих к нему.

Обычно умножитель напряжения физически устроен как лестница, так что прогрессивно увеличивающийся потенциал напряжения не дает возможности дугового разряда перейти к участкам цепи с гораздо более низким потенциалом.

Обратите внимание, что необходим некоторый запас прочности в относительном диапазоне перепадов напряжения в умножителе, чтобы лестница могла выдержать короткое замыкание по крайней мере одного компонента диода или конденсатора. В противном случае одноточечное короткое замыкание может последовательно вызвать перенапряжение и вывести из строя каждый следующий компонент умножителя, потенциально разрушив всю цепочку умножителя.

Другие топологии схемы

Два каскада, управляемые одним трансформатором с отводом от середины.Эта конфигурация обеспечивает двухполупериодное выпрямление, что приводит к уменьшению пульсаций.
Штабелирование
Второй каскад, наложенный на первый, приводится в действие второй вторичной обмоткой, изолированной от высокого напряжения. Вторая обмотка соединена со сдвигом фазы на 180° для получения двухполупериодного выпрямления. Две обмотки должны быть изолированы от большого напряжения между ними. Одна вторичная обмотка трансформатора, одновременно управляющая двумя каскадами противоположных полярностей. Объединение двух каскадов обеспечивает выходное напряжение, вдвое превышающее напряжение, но с лучшими характеристиками пульсаций и зарядки конденсаторов, чем при использовании одного длинного каскада того же напряжения.

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

Нагнетательный насос Dickson

Стандартный нагнетательный насос Dickson. 4-этапный (множитель x5)

Нагнетательный насос Диксона или умножитель Диксона является модификацией умножителя Грейнахера/Кокрофта-Уолтона.Однако, в отличие от этой схемы, умножитель Диксона использует источник постоянного тока в качестве своего входа, поэтому он представляет собой форму преобразователя постоянного тока в постоянный. Кроме того, в отличие от Greinacher/Cockcroft-Walton, который используется в высоковольтных приложениях, умножитель Диксона предназначен для низковольтных приложений. В дополнение к входу постоянного тока схема требует подачи двух последовательностей тактовых импульсов с амплитудой, колеблющейся между шинами питания постоянного тока. Эти две последовательности импульсов являются противоположными фазами друг друга и не перекрываются, так что поведение переключения является разрывом перед замыканием. [1]

Чтобы описать идеальную работу схемы, пронумеруйте диоды D1, D2 и т. д. слева направо и конденсаторы C1, C2 и т. д. Когда тактовый сигнал низкий, D1 будет заряжать C1 до В в . Когда он становится высоким, верхняя пластина C1 поднимается до 2 V в . Затем D1 выключается, а D2 включается, и C2 начинает заряжаться до 2 В в . На следующем такте снова становится низким, а теперь становится высоким, толкая верхнюю пластину C2 до 3 V в .D2 выключается, а D3 включается, заряжая C3 до 3 В в и т. д. с передачей заряда вверх по цепочке, отсюда и название зарядового насоса. Последняя диодно-конденсаторная ячейка в каскаде соединена с землей, а не с тактовой фазой, и, следовательно, не является умножителем; это пиковый детектор, который просто обеспечивает сглаживание. [2]

Существует ряд факторов, которые уменьшают выход по сравнению с идеальным случаем нВ в . Одним из них является пороговое напряжение, В Т коммутационного аппарата, то есть напряжение, необходимое для его включения.Выходное напряжение уменьшится как минимум на нВ T из-за падения напряжения на ключах. Диоды Шоттки обычно используются в умножителях Диксона, среди прочего, из-за их низкого падения напряжения в прямом направлении. Другая трудность заключается в том, что в каждом узле есть паразитные емкости на землю. Эти паразитные емкости действуют как делители напряжения, а накопительные конденсаторы схемы еще больше снижают выходное напряжение. [3] До определенного момента более высокая тактовая частота выгодна: пульсации уменьшаются, а высокая частота облегчает фильтрацию оставшихся пульсаций.Также уменьшается размер необходимых конденсаторов, поскольку за цикл необходимо сохранять 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 схемой. 4-этапный (множитель x5) Умножители Диксона

часто встречаются в интегральных схемах (ИС), где они используются для увеличения напряжения питания низковольтной батареи до напряжения, необходимого для ИС.Разработчику и производителю ИС выгодно иметь возможность использовать одну и ту же технологию и одно и то же базовое устройство во всей ИС. По этой причине в популярных микросхемах с КМОП-технологией транзистором, который образует основной строительный блок схемы, является полевой МОП-транзистор. Следовательно, диоды в умножителе Диксона часто заменяют полевыми МОП-транзисторами, подключенными так, чтобы они вели себя как диоды. [5]

Насос заряда Диксона с линейным полевым МОП-транзистором, подключенным параллельно с полевым МОП-транзистором с диодной схемой. 4-этапный (множитель x5)

Версия умножителя Диксона на полевых МОП-транзисторах с диодной схемой не очень хорошо работает при очень низких напряжениях из-за больших падений напряжения сток-исток на полевых МОП-транзисторах.Часто для решения этой проблемы используется более сложная схема. Одним из решений является подключение параллельно переключающему MOSFET другого MOSFET, смещенного в его линейную область. Этот второй полевой МОП-транзистор имеет более низкое напряжение сток-исток, чем переключающий МОП-транзистор сам по себе (поскольку переключающий МОП-транзистор жестко включен), и, следовательно, выходное напряжение увеличивается. Затвор MOSFET с линейным смещением подключен к выходу следующего каскада, так что он выключен, 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 (умножитель x5) с входным напряжением 1,5 В будет иметь выходное напряжение 7,5 В. Однако 4-ступенчатый умножитель MOSFET с диодной схемой может иметь выходное напряжение только 2 В. Добавление параллельных MOSFET в линейная область улучшает это примерно до 4 В. Более сложные схемы все же могут обеспечить выходной сигнал, намного более близкий к идеальному случаю. [7]

Существует множество других вариантов и улучшений базовой схемы Диксона.Некоторые попытки уменьшить пороговое напряжение переключения, такие как умножитель Мандала-Сарпешкара [8] или умножитель Ву. [9] Другие схемы компенсируют пороговое напряжение: умножитель Умэда делает это с внешним напряжением [10] , а умножитель Накамото с внутренним напряжением. [11] Множитель Бержере нацелен на максимальное повышение энергоэффективности. [12]

Подкачивающий насос Dickson, модифицированный для RF

Модифицированный зарядный насос Диксона.2-этапный (множитель x3)

В КМОП-интегральных схемах тактовые сигналы легко доступны или легко генерируются. Это не всегда имеет место в радиочастотных интегральных схемах, но часто будет доступен источник радиочастотной мощности. Стандартную схему умножителя Диксона можно изменить, чтобы удовлетворить этому требованию, просто заземлив нормальный вход и один из тактовых входов. ВЧ-мощность подается на другой тактовый вход, который затем становится входом схемы. Радиочастотный сигнал является не только источником питания, но и часами.Однако, поскольку часы вводятся только в каждый второй узел, схема достигает стадии умножения только для каждой второй ячейки диодного конденсатора. Другие диодно-конденсаторные ячейки просто действуют как детекторы пиков и сглаживают пульсации без увеличения коэффициента умножения. [13]

Коммутируемый конденсатор с перекрестной связью

Каскад удвоителей напряжения на МОП-транзисторах с перекрестной связью. 3-ступенчатый (множитель x4)

Умножитель напряжения может быть образован каскадом удвоителей напряжения типа переключаемых конденсаторов с перекрестной связью.Этот тип схемы обычно используется вместо умножителя Диксона, когда напряжение источника составляет 1,2 В или меньше. Умножители Диксона имеют все более низкую эффективность преобразования мощности по мере падения входного напряжения, потому что падение напряжения на диодных транзисторах становится намного более значительным по сравнению с выходным напряжением. Поскольку транзисторы в схеме с перекрестной связью не соединены диодами, проблема падения напряжения не так серьезна. [14]

Схема работает, попеременно переключая выход каждой ступени между удвоителем напряжения, управляемым и управляемым .Такое поведение дает еще одно преимущество перед множителем Диксона; снижение пульсаций напряжения при удвоенной частоте. Увеличение частоты пульсаций выгодно, потому что их легче удалить фильтрацией. Каждый каскад (в идеальной схеме) повышает выходное напряжение на пиковое тактовое напряжение. Если предположить, что это тот же уровень, что и входное напряжение постоянного тока, то умножитель каскада n будет (в идеале) выводить нВ в . Основной причиной потерь в схеме с перекрестной связью является паразитная емкость, а не пороговое напряжение переключения.Это приводит к потерям, потому что часть энергии должна идти на зарядку паразитных емкостей в каждом цикле. [15]

приложений

В высоковольтных источниках питания для электронно-лучевых трубок часто используются умножители напряжения со сглаживающим конденсатором конечной ступени, образованным внутренним и внешним покрытиями аквадага на самом ЭЛТ.

Распространенным типом умножителя напряжения, используемым в физике высоких энергий, является генератор Кокрофта-Уолтона (который был разработан Джоном Дугласом Кокрофтом и Эрнестом Томасом Синтоном Уолтоном для ускорителя частиц для использования в исследованиях, которые принесли им Нобелевскую премию по физике в области физики высоких энергий). 1951). Кампардо и др. , стр.379
Лю, стр.234

Библиография

  • Кампардо, Джованни; Микелони, Рино; Новосел, Дэвид СБИС-дизайн энергонезависимой памяти , Springer, 2005 ISBN 354020198X.
  • Lin, Yu-Shiang Маломощные схемы для миниатюрных сенсорных систем , Publisher ProQuest, 2008 ISBN 0549986723 .
  • Лю, Минлян Демистификация схем с переключаемыми конденсаторами , Newnes, 2006 ISBN 0750679077.
  • Пелузо, Винченцо; Стейарт, Мишель; Sansen, Willy MC Проектирование низковольтных маломощных аналого-цифровых преобразователей Delta-Sigma CMOS Delta-Sigma , Springer, 1999 ISBN 0792384172 .
  • Yuan, Fei КМОП-схемы для пассивных беспроводных микросистем , Springer, 2010 ISBN 1441976795 .
  • Zumbahlen, Hank Справочник по проектированию линейных схем , Newnes, 2008 ISBN 0750687037 .

Внешние ссылки

Engineering:Умножитель напряжения — HandWiki

thumb|right|280px|Умножитель напряжения каскада Виллара.Умножитель напряжения представляет собой электрическую схему, которая преобразует электрическую мощность переменного тока из более низкого напряжения в более высокое постоянное напряжение, обычно с использованием сети конденсаторов и диодов.

Умножители напряжения могут использоваться для выработки напряжения от нескольких вольт для электронных устройств до миллионов вольт для таких целей, как эксперименты по физике высоких энергий и испытания на молниезащиту. Наиболее распространенным типом умножителя напряжения является умножитель полуволновой серии, также называемый каскадом Виллара (но на самом деле он был изобретен Генрихом Грейнахером).

Операция

Если предположить, что пиковое напряжение источника переменного тока составляет +U s , и что значения C достаточно высоки, чтобы при зарядке протекал ток без значительного изменения напряжения, то (упрощенная) работа источника переменного тока каскад выглядит следующим образом:

Иллюстрация описанной операции с +U s = 100 В
  1. отрицательный пик (-U s ): Конденсатор C 1 заряжается через диод D 1 до U s  В (разность потенциалов между левой и правой обкладками конденсатора U s )
  2. положительный пик (+U s ): потенциал C 1 суммируется с потенциалом источника, таким образом заряжая C 2 до 2U s через D 2
  3. отрицательный пик: потенциал C 1 упал до 0 В, что позволило зарядить C 3 через D 3 до 2U s .
  4. положительный пик: потенциал С 2 повышается до 2U с (аналогично шагу 2), также заряжается С 4 до 2U с . Выходное напряжение (сумма напряжений при C 2 и C 4 ) возрастает до тех пор, пока не будет достигнуто 4U s .

В действительности требуется больше циклов для C 4 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

Схема учетверителя напряжения Кокрофта-Уолтона. Он генерирует выходное напряжение постоянного тока В o , в четыре раза превышающее пик входного напряжения переменного тока В i

Удвоитель напряжения использует две ступени, чтобы приблизительно удвоить напряжение постоянного тока, которое можно было бы получить от одноступенчатого выпрямителя. Пример удвоителя напряжения можно найти во входном каскаде импульсных источников питания, содержащих переключатель 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 соединения переменного тока мостового выпрямителя и подключения входа к соединению двух последовательно соединенных конденсаторов фильтра. Для работы с напряжением 240 В переключатель настраивает систему как двухполупериодный мост, повторно подключая провод центрального ответвления конденсатора к открытой клемме переменного тока системы мостового выпрямителя. Это позволяет работать с напряжением 120 или 240 В с добавлением простого переключателя SPDT.

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

Тройники обычно использовались в цветных телевизионных приемниках для подачи высокого напряжения на электронно-лучевую трубку (ЭЛТ, кинескоп).

Тройники до сих пор используются в высоковольтных источниках питания, таких как копировальные аппараты, лазерные принтеры, ловушки для насекомых и электрошоковое оружие.

Напряжение пробоя

Несмотря на то, что умножитель может использоваться для получения выходного напряжения в тысячи вольт, отдельные компоненты не должны быть рассчитаны на то, чтобы выдерживать весь диапазон напряжений. Каждый компонент должен быть связан только с относительными перепадами напряжения непосредственно на его собственных клеммах и компонентах, непосредственно прилегающих к нему.

Обычно умножитель напряжения физически устроен как лестница, так что прогрессивно увеличивающийся потенциал напряжения не дает возможности дугового разряда перейти к участкам цепи с гораздо более низким потенциалом.

Обратите внимание, что необходим некоторый запас прочности в относительном диапазоне перепадов напряжения в умножителе, чтобы лестница могла выдержать короткое замыкание хотя бы одного компонента диода или конденсатора. В противном случае одноточечное короткое замыкание может последовательно вызвать перенапряжение и вывести из строя каждый следующий компонент умножителя, потенциально разрушив всю цепочку умножителя.

Другие топологии схемы

Два каскада, управляемые одним трансформатором с отводом от середины.Эта конфигурация обеспечивает двухполупериодное выпрямление, что приводит к меньшей пульсации, и при любом коллапсе из-за дугового разряда емкостная энергия может компенсироваться.
Штабелирование
Второй каскад, наложенный на первый, приводится в действие второй вторичной обмоткой, изолированной от высокого напряжения. Вторая обмотка соединена со сдвигом фазы на 180° для получения двухполупериодного выпрямления. Две обмотки должны быть изолированы от большого напряжения между ними. Одна вторичная обмотка трансформатора, одновременно управляющая двумя каскадами противоположных полярностей.Объединение двух каскадов обеспечивает выходное напряжение, вдвое превышающее напряжение, но с лучшими характеристиками пульсаций и зарядки конденсаторов, чем при использовании одного длинного каскада того же напряжения.

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

Нагнетательный насос Dickson

Стандартный нагнетательный насос Dickson (4 ступени: 5-кратный множитель)

Нагнетательный насос Диксона или умножитель Диксона является модификацией умножителя Грейнахера / Кокрофта-Уолтона. Однако, в отличие от этой схемы, умножитель Диксона использует источник постоянного тока в качестве своего входа, поэтому он представляет собой форму преобразователя постоянного тока в постоянный. Кроме того, в отличие от Greinacher/Cockcroft-Walton, который используется в приложениях с высоким напряжением, умножитель Диксона предназначен для целей низкого напряжения.В дополнение к входу постоянного тока схема требует подачи двух последовательностей тактовых импульсов с амплитудой, колеблющейся между шинами питания постоянного тока. Эти последовательности импульсов находятся в противофазе. [1]

Для описания идеальной работы схемы пронумеруйте слева направо диоды D1, D2 и т. д., а также конденсаторы C1, C2 и т. д. Когда часы [math]\displaystyle{ \phi_1 }[/ math] низкий, D1 зарядит C1 до В в . Когда [math]\displaystyle{ \phi_1 }[/math] становится высоким, верхняя пластина C1 поднимается до 2 V в .Затем D1 выключается, а D2 включается, и C2 начинает заряжаться до 2 В в . На следующем такте [math]\displaystyle{ \phi_1 }[/math] снова становится низким, а теперь [math]\displaystyle{ \phi_2 }[/math] становится высоким, толкая верхнюю пластину C2 до 3 V в . D2 выключается, а D3 включается, заряжая C3 до 3 В в и т. д. с передачей заряда вверх по цепочке, отсюда и название зарядового насоса. Последняя диодно-конденсаторная ячейка в каскаде соединена с землей, а не с тактовой фазой, и, следовательно, не является умножителем; это пиковый детектор, который просто обеспечивает сглаживание. [2]

Существует ряд факторов, которые уменьшают выход по сравнению с идеальным случаем нВ в . Одним из них является пороговое напряжение, В Т коммутационного аппарата, то есть напряжение, необходимое для его включения. Выходное напряжение уменьшится как минимум на нВ T из-за падения напряжения на ключах. Диоды Шоттки обычно используются в умножителях Диксона, среди прочего, из-за их низкого падения напряжения в прямом направлении.Другая трудность заключается в том, что в каждом узле есть паразитные емкости на землю. Эти паразитные емкости действуют как делители напряжения, а накопительные конденсаторы схемы еще больше снижают выходное напряжение. [3] До определенного момента более высокая тактовая частота выгодна: пульсации уменьшаются, а высокая частота облегчает фильтрацию оставшихся пульсаций. Также уменьшается размер необходимых конденсаторов, поскольку за цикл необходимо сохранять 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 разводкой (4 ступени: 5-кратный множитель) Умножители Диксона

часто встречаются в интегральных схемах (ИС), где они используются для увеличения напряжения питания низковольтной батареи до напряжения, необходимого для ИС. Разработчику и производителю ИС выгодно иметь возможность использовать одну и ту же технологию и одно и то же базовое устройство во всей ИС. По этой причине в популярных микросхемах с КМОП-технологией транзистором, который образует основной строительный блок схемы, является полевой МОП-транзистор.Следовательно, диоды в умножителе Диксона часто заменяют полевыми МОП-транзисторами, подключенными так, чтобы они вели себя как диоды. [5]

Насос заряда Диксона с линейным полевым МОП-транзистором параллельно с полевым МОП-транзистором с диодной схемой (4 ступени: 5-кратный множитель)

Версия умножителя Диксона на полевых МОП-транзисторах с диодной схемой не очень хорошо работает при очень низких напряжениях из-за больших падений напряжения сток-исток на полевых МОП-транзисторах. Часто для решения этой проблемы используется более сложная схема. Одним из решений является подключение параллельно переключающему MOSFET другого MOSFET, смещенного в его линейную область.Этот второй полевой МОП-транзистор имеет более низкое напряжение сток-исток, чем переключающий МОП-транзистор сам по себе (поскольку переключающий МОП-транзистор жестко включен), и, следовательно, выходное напряжение увеличивается. Затвор MOSFET с линейным смещением подключен к выходу следующего каскада, так что он выключен, пока следующий каскад заряжается от конденсатора предыдущего каскада. То есть транзистор с линейным смещением выключается одновременно с переключающим транзистором. [6]

Идеальный 4-ступенчатый множитель Диксона (5-кратный множитель) с входом 1.5 В будет иметь выходное напряжение 7,5 В. Однако 4-ступенчатый умножитель MOSFET с диодной схемой может иметь выходное напряжение только 2 В. Добавление параллельных МОП-транзисторов в линейную область улучшает это примерно до 4 В. Более сложные схемы все еще могут достигать результат намного ближе к идеальному случаю. [7]

Существует множество других вариантов и улучшений базовой схемы Диксона. Некоторые попытки уменьшить пороговое напряжение переключения, такие как умножитель Мандала-Сарпешкара [8] или умножитель Ву. [9] Другие схемы компенсируют пороговое напряжение: умножитель Умеда делает это с внешним напряжением [10] , а умножитель Накамото делает это с внутренним напряжением. [11] Множитель Бержере нацелен на максимальное повышение энергоэффективности. [12]

Модификация для ВЧ мощности
Модифицированный зарядный насос Диксона (2 ступени: 3-кратный множитель)

В КМОП-интегральных схемах тактовые сигналы легко доступны или легко генерируются.Это не всегда имеет место в радиочастотных интегральных схемах, но часто будет доступен источник радиочастотной мощности. Стандартную схему умножителя Диксона можно изменить, чтобы удовлетворить этому требованию, просто заземлив нормальный вход и один из тактовых входов. ВЧ-мощность подается на другой тактовый вход, который затем становится входом схемы. Радиочастотный сигнал является не только источником питания, но и часами. Однако, поскольку часы вводятся только в каждый второй узел, схема достигает стадии умножения только для каждой второй ячейки диодного конденсатора.Другие диодно-конденсаторные ячейки просто действуют как детекторы пиков и сглаживают пульсации без увеличения коэффициента умножения. [13]

Коммутируемый конденсатор с перекрестной связью

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

Умножитель напряжения может быть образован каскадом удвоителей напряжения типа переключаемых конденсаторов с перекрестной связью. Этот тип схемы обычно используется вместо умножителя Диксона, когда напряжение источника равно 1.2 В или менее. Умножители Диксона имеют все более низкую эффективность преобразования мощности по мере падения входного напряжения, потому что падение напряжения на диодных транзисторах становится намного более значительным по сравнению с выходным напряжением. Поскольку транзисторы в схеме с перекрестной связью не соединены диодами, проблема падения напряжения не так серьезна. [14]

Схема работает путем поочередного переключения выхода каждого каскада между удвоителем напряжения, управляемым [math]\displaystyle{ \phi_1 }[/math], и одним, управляемым [math]\displaystyle{ \phi_2 } [/математика].Такое поведение приводит к еще одному преимуществу по сравнению с множителем Диксона: уменьшенному напряжению пульсаций при удвоенной частоте. Увеличение частоты пульсаций выгодно, потому что их легче удалить фильтрацией. Каждый каскад (в идеальной схеме) повышает выходное напряжение на пиковое тактовое напряжение. Если предположить, что это тот же уровень, что и входное напряжение постоянного тока, то умножитель каскада n 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]

приложений

thumb|right|280px|ТВ-каскад (зеленый) и обратный трансформатор (синий).

В источниках высокого напряжения для электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) в телевизорах часто используются умножители напряжения со сглаживающим конденсатором конечного каскада, образованным внутренним и внешним покрытиями типа «квадаг» на самом ЭЛТ. Раньше ЭЛТ были обычным компонентом телевизоров.Умножители напряжения до сих пор можно найти в современных телевизорах, копировальных аппаратах и ​​устройствах от насекомых. [16]

Умножители высокого напряжения используются в оборудовании для окраски распылением, которое чаще всего используется на предприятиях по производству автомобилей. Умножитель напряжения с выходной мощностью около 100 кВ используется в сопле распылителя краски для электрического заряда распыленных частиц краски, которые затем притягиваются к противоположно заряженным металлическим поверхностям, подлежащим окраске. Это помогает уменьшить объем используемой краски и способствует равномерному распределению слоя краски.

Распространенным типом умножителя напряжения, используемым в физике высоких энергий, является генератор Кокрофта-Уолтона (который был разработан Джоном Дугласом Кокрофтом и Эрнестом Томасом Синтоном Уолтоном для ускорителя частиц для использования в исследованиях, которые принесли им Нобелевскую премию по физике в 1951).

См. также

  • Генератор Маркса (устройство, в котором в качестве переключающих элементов используются искровые промежутки вместо диодов и которое может обеспечивать более высокие пиковые токи, чем диоды).
  • Повышающий преобразователь (преобразователь мощности постоянного тока в постоянный, повышающий напряжение, часто с использованием катушки индуктивности)

Примечания

  1. ↑ Лю, с.226
  2. ↑ Лю, стр. 226–227.
  3. ↑ Юань, стр. 13–14
    Лю | 2006, стр. 227–228
  4. ↑ Пелузо и др. , с. 35
  5. ↑ Лю, стр. 226–228.
  6. ↑ Лю, стр. 228–230.
  7. ↑ Юань, стр. 14–16.
  8. ↑ Юань, стр. 17–18.
  9. ↑ Лю, стр. 230–232.
  10. ↑ Юань, стр. 18–20.
  11. ↑ Юань, стр. 19–20.
  12. ↑ Юань, стр. 20–21.
  13. ↑ Лю, стр. 228–230.
  14. ↑ Кампардо и др. , с.377–379
    • Лю, с. 232–235
    • Линь, с. 81
  15. ↑ Кампардо и др. , с. 379
  16. ↑ Макгоуэн, с. 87

Библиография

  • Кампардо, Джованни; Микелони, Рино; Новосел, Дэвид СБИС-дизайн энергонезависимой памяти , Springer, 2005 ISBN: 3-540-20198-X.
  • Лин, Ю-Шианг Маломощные схемы для миниатюрных сенсорных систем , Издательство ProQuest, 2008 ISBN: 0-549-98672-3.
  • Лю, Минлян Демистификация схем с переключаемыми конденсаторами , Newnes, 2006 ISBN: 0-7506-7907-7 .
  • Макгоуэн, Кевин, Полупроводники: от книги к макету , Cengage Learning, 2012 ISBN: 1133708382.
  • Пелузо, Винченцо; Стейарт, Мишель; Сансен, Вилли MC Проектирование низковольтных маломощных аналого-цифровых преобразователей Delta-Sigma CMOS , Springer, 1999 ISBN: 0-7923-8417-2 .
  • Юань, Фэй КМОП-схемы для пассивных беспроводных микросистем , Springer, 2010 ISBN: 1-4419-7679-5.
  • Zumbahlen, Hank Справочник по проектированию линейных схем , Newnes, 2008 ISBN: 0-7506-8703-7 .

Внешние ссылки

.

0 comments on “Принцип работы умножителя напряжения: принцип работы, схемы и т.д.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.