När man löser kretsproblem, finns det tillfällen då det är nödvändigt att komma bort från användningen av transformatorer för att öka utspänningen. Anledningen till detta visar sig oftast vara omöjligheten att inkludera step-up-omvandlare i enheter på grund av deras vikt- och storleksindikatorer. I en sådan situation är lösningen att använda en multiplikatorkrets.
Voltage Multiplier Definition
En enhet, som betyder en elmultiplikator, är en krets som låter dig omvandla AC eller pulserande spänning till DC, men med ett högre värde. Ökningen av värdet på parametern vid enhetens utgång är direkt proportionell mot antalet steg i kretsen. Den mest elementära spänningsmultiplikatorn som finns uppfanns av forskarna Cockcroft och W alton.
Moderne kondensatorer utvecklade av elektronikindustrin kännetecknas av liten storlek och relativt stor kapacitans. Detta gjorde det möjligt att bygga om många kretsar och introducera produkten i olika enheter. En spänningsmultiplikator monterades på dioder och kondensatorer kopplade i egen ordning.
Förutom funktionen att öka elektriciteten konverterar multiplikatorer den samtidigt från AC till DC. Detta är bekvämt eftersom enhetens övergripande kretsar är förenklade och blir mer tillförlitliga och kompakta. Med hjälp av enheten kan en ökning på upp till flera tusen volt uppnås.
Där enheten används
Multiplikatorer har hittat sin tillämpning i olika typer av enheter, dessa är: laserpumpsystem, röntgenvågsstrålningsenheter i sina högspänningsenheter, för bakgrundsbelysning av flytande kristallskärmar, jonpumpar, vandringsvågslampor, luftjonisatorer, elektrostatiska system, partikelacceleratorer, kopieringsmaskiner, tv-apparater och oscilloskop med kineskop, samt där hög, lågström DC-elektricitet krävs.
Principen för spänningsmultiplikatorn
För att förstå hur kretsen fungerar är det bättre att titta på hur den så kallade universella enheten fungerar. Här är antalet steg inte exakt specificerat, och den utgående elektriciteten bestäms av formeln: nUin=Uout, där:
- n är antalet närvarande kretssteg;
- Uin är spänningen som appliceras på enhetens ingång.
I det första ögonblicket, när den första, säg, positiva halvvågen kommer till kretsen, skickar instegsdioden den till sin kondensator. Den senare laddas till amplituden av den inkommande elektriciteten. Med ett andra negativthalvvåg, den första dioden är stängd, och halvledaren i det andra steget låter den gå till sin kondensator, som också är laddad. Plus, spänningen för den första kondensatorn, ansluten i serie med den andra, läggs till den sista och utgången från kaskaden är redan fördubblad elektricitet.
Samma sak händer på varje efterföljande steg - detta är principen för en spänningsmultiplikator. Och om man tittar på utvecklingen till slutet, visar det sig att den utgående elen överstiger ingången med ett visst antal gånger. Men som i en transformator kommer strömstyrkan här att minska med en ökning av potentialskillnaden - lagen om energibevarande fungerar också.
Schema för att konstruera en multiplikator
Hela kedjan i kretsen är sammansatt av flera länkar. En länk i spänningsmultiplikatorn på kondensatorn är en likriktare av halvvågstyp. För att få enheten är det nödvändigt att ha två seriekopplade länkar, som var och en har en diod och en kondensator. En sådan krets är en fördubblare av elektricitet.
Den grafiska representationen av spänningsmultiplikatorn i den klassiska versionen ser ut med diodernas diagonala position. Riktningen för att slå på halvledarna avgör vilken potential - negativ eller positiv - som kommer att finnas vid multiplikatorns utgång i förhållande till dess gemensamma punkt.
Genom att kombinera kretsar med negativa och positiva potentialer erhålls en bipolär spänningsfördubblingskrets vid enhetens utgång. En egenskap hos denna konstruktion är att om man mäter nivånelektricitet mellan polen och den gemensamma punkten och den överstiger ingångsspänningen med 4 gånger, då kommer storleken på amplituden mellan polerna att öka med 8 gånger.
I multiplikatorn kommer den gemensamma punkten (som är ansluten till den gemensamma ledningen) att vara den där utgången från matningskällan är ansluten till utgången på en kondensator grupperad med andra seriekopplade kondensatorer. I slutet av dem tas den utgående elektriciteten på jämna element - vid en jämn koefficient, på udda kondensatorer, respektive med en udda koefficient.
Pumpkondensatorer i multiplikatorn
Med andra ord, i enheten för konstantspänningsmultiplikatorn, finns det en viss transient process för att ställa in utgångsparametern som motsvarar den deklarerade. Det enklaste sättet att se detta är genom att fördubbla elektriciteten. När, genom halvledaren D1, kondensatorn Cl laddas till sitt fulla värde, laddar den i nästa halvvåg, tillsammans med elektricitetskällan, samtidigt den andra kondensatorn. C1 hinner inte helt ge upp sin laddning till C2, så utgången har initi alt ingen dubbel potentialskillnad.
Vid den tredje halvvågen laddas den första kondensatorn upp och applicerar sedan en potential på C2. Men spänningen på den andra kondensatorn har redan en motsatt riktning mot den första. Därför är utgångskondensatorn inte fulladdad. Med varje ny cykel kommer elektriciteten på C1-elementet att tendera till ingången, C2-spänningen kommer att fördubblas i storlek.
Hurberäkna multiplikator
När man beräknar multiplikationsanordningen är det nödvändigt att utgå från initialdata, som är: strömmen som krävs för belastningen (In), utspänningen (Uout), rippelkoefficienten (Kp). Det minsta kapacitansvärdet för kondensatorelement, uttryckt i uF, bestäms av formeln: С(n)=2, 85nIn/(KpUout), där:
- n är antalet gånger den ingående elen ökas;
- In - ström flyter i lasten (mA);
- Kp – pulsationsfaktor (%);
- Uout - spänning mottagen vid enhetens utgång (V).
Genom att öka kapacitansen som erhålls genom beräkningar med två eller tre gånger, erhåller man värdet på kondensatorns kapacitans vid ingången till kretsen C1. Detta värde på elementet låter dig omedelbart få det fulla värdet av spänningen vid utgången och inte vänta tills ett visst antal perioder har passerat. När lastens arbete inte beror på elektricitetens ökningshastighet till den nominella uteffekten, kan kondensatorns kapacitans tas identisk med de beräknade värdena.
Bäst för belastningen om pulsfaktorn för diodspänningsmultiplikatorn inte överstiger 0,1 %. Förekomsten av krusningar upp till 3% är också tillfredsställande. Alla dioder i kretsen väljs från beräkningen så att de fritt kan motstå en strömstyrka två gånger dess värde i belastningen. Formeln för att beräkna enheten med hög noggrannhet ser ut så här: nUin - (In(n3 + 9n2/4 + n/2)/(12 f C))=Uout, där:
- f – spänningsfrekvens vid enhetens ingång (Hz);
- C - kondensatorkapacitans (F).
Fördelar ochnackdelar
Apropå fördelarna med spänningsmultiplikatorn kan vi notera följande:
Förmågan att få betydande mängder el vid utgången - ju fler länkar i kedjan, desto större blir multiplikationsfaktorn
- Enkel design - allt är monterat på standardlänkar och pålitliga radioelement som sällan misslyckas.
- Vikt – frånvaron av skrymmande element som en krafttransformator minskar storleken och vikten på kretsen.
Den största nackdelen med en multiplikatorkrets är att det är omöjligt att få en hög utström från den för att driva lasten.
Slutsats
Välja en spänningsmultiplikator för en viss enhet. det är viktigt att veta att balanserade kretsar har bättre parametrar vad gäller rippel än obalanserade. För känsliga enheter är det därför mer ändamålsenligt att använda mer stabila multiplikatorer. Asymmetrisk, lätt att göra, innehåller färre element.
