Pri riešení problémov s obvodmi sú chvíle, kedy je potrebné upustiť od používania transformátorov na zvýšenie výstupného napätia. Dôvodom je najčastejšie nemožnosť zahrnutia stupňových meničov do zariadení z dôvodu ich hmotnosti a veľkosti. V takejto situácii je riešením použiť multiplikačný obvod.
Definícia násobiteľa napätia
Zariadenie, čo znamená násobič elektriny, je obvod, ktorý vám umožňuje konvertovať striedavé alebo pulzujúce napätie na jednosmerné, ale s vyššou hodnotou. Nárast hodnoty parametra na výstupe zariadenia je priamo úmerný počtu stupňov obvodu. Najzákladnejší existujúci násobič napätia vynašli vedci Cockcroft a W alton.
Moderné kondenzátory vyvinuté v elektronickom priemysle sa vyznačujú malými rozmermi a relatívne veľkou kapacitou. To umožnilo prestavať mnoho obvodov a zaviesť produkt do rôznych zariadení. Násobič napätia bol namontovaný na diódach a kondenzátoroch zapojených podľa vlastného poradia.
Okrem funkcie zvyšovania elektriny ju multiplikátory súčasne premieňajú zo striedavého na jednosmerný prúd. To je výhodné v tom, že celkový obvod zariadenia je zjednodušený a stáva sa spoľahlivejším a kompaktnejším. Pomocou zariadenia je možné dosiahnuť zvýšenie až o niekoľko tisíc voltov.
Kde sa zariadenie používa
Multiplikátory našli uplatnenie v rôznych typoch zariadení, sú to: laserové čerpacie systémy, zariadenia na vyžarovanie röntgenových vĺn v ich vysokonapäťových jednotkách, na podsvietenie displejov s tekutými kryštálmi, iónové čerpadlá, lampy s postupnou vlnou, ionizátory vzduchu, elektrostatické systémy, urýchľovače častíc, kopírovacie stroje, televízory a osciloskopy s kineskopmi, ako aj tam, kde sa vyžaduje vysoko, nízkoprúdový jednosmerný prúd.
Princíp násobiteľa napätia
Ak chcete pochopiť, ako obvod funguje, je lepšie pozrieť sa na fungovanie takzvaného univerzálneho zariadenia. Počet stupňov tu nie je presne špecifikovaný a výstupná elektrina je určená vzorcom: nUin=Uout, kde:
- n je počet prítomných stupňov obvodu;
- Uin je napätie privedené na vstup zariadenia.
V počiatočnom okamihu, keď do obvodu príde prvá, povedzme, kladná polvlna, dióda vstupného stupňa ju odovzdá svojmu kondenzátoru. Ten sa nabíja na amplitúdu prichádzajúcej elektriny. S druhým negatívompolvlna, prvá dióda je uzavretá a polovodič druhého stupňa ju pustí ku svojmu kondenzátoru, ktorý je tiež nabitý. Navyše, napätie prvého kondenzátora, zapojeného do série s druhým, sa pripočíta k poslednému a výstup kaskády je už zdvojnásobený.
To isté sa deje v každej ďalšej fáze – toto je princíp násobiteľa napätia. A ak sa pozriete na postup do konca, ukáže sa, že výstupná elektrina prevyšuje vstup o určitý počet krát. Ale ako v transformátore, prúdová sila tu bude klesať so zvýšením rozdielu potenciálov - zákon zachovania energie tiež funguje.
Schéma na zostavenie multiplikátora
Celá reťaz okruhu je zostavená z niekoľkých článkov. Jedným článkom násobiteľa napätia na kondenzátore je usmerňovač polvlnového typu. Na získanie zariadenia je potrebné mať dve sériovo zapojené linky, z ktorých každá má diódu a kondenzátor. Takýto obvod je zdvojovač elektriny.
Grafické znázornenie zariadenia násobiča napätia v klasickej verzii vyzerá s diagonálnou polohou diód. Smer zapínania polovodičov určuje, ktorý potenciál – záporný alebo kladný – bude prítomný na výstupe multiplikátora vzhľadom na jeho spoločný bod.
Kombináciou obvodov so záporným a kladným potenciálom sa na výstupe zariadenia získa bipolárny obvod zdvojovača napätia. Charakteristickým rysom tejto konštrukcie je, že ak zmeriate úroveňelektriny medzi pólom a spoločným bodom a prekročí vstupné napätie 4-krát, potom sa veľkosť amplitúdy medzi pólmi zvýši 8-krát.
V multiplikátore bude spoločný bod (ktorý je pripojený k spoločnému vodiču) ten, kde je výstup napájacieho zdroja pripojený k výstupu kondenzátora zoskupeného s inými sériovo zapojenými kondenzátormi. Na ich konci sa výstupná elektrina odoberá na párnych prvkoch - pri párnom koeficiente, na nepárnych kondenzátoroch, respektíve pri nepárnom koeficiente.
Pumpovacie kondenzátory v multiplikátore
Inými slovami, v zariadení multiplikátora konštantného napätia existuje určitý prechodný proces nastavenia výstupného parametra zodpovedajúceho deklarovanému. Najjednoduchší spôsob, ako to vidieť, je zdvojnásobiť elektrinu. Keď sa cez polovodič D1 nabije kondenzátor C1 na plnú hodnotu, tak v ďalšej polvlne spolu so zdrojom elektriny súčasne nabije aj druhý kondenzátor. C1 nemá čas úplne odovzdať svoj náboj C2, takže výstup spočiatku nemá dvojnásobný potenciálny rozdiel.
Pri tretej polvlne sa prvý kondenzátor dobije a potom aplikuje potenciál na C2. Ale napätie na druhom kondenzátore už má opačný smer ako prvý. Preto výstupný kondenzátor nie je úplne nabitý. S každým novým cyklom bude mať elektrina na prvku C1 tendenciu k vstupu, napätie C2 sa zdvojnásobí.
Akovypočítať multiplikátor
Pri výpočte násobiaceho zariadenia je potrebné vychádzať z počiatočných údajov, ktorými sú: prúd potrebný pre záťaž (In), výstupné napätie (Uout), koeficient zvlnenia (Kp). Minimálna hodnota kapacity kondenzátorových prvkov, vyjadrená v uF, je určená vzorcom: С(n)=2, 85nIn/(KpUout), kde:
- n je počet, koľkokrát sa zvýši vstupná elektrina;
- In - prúd tečúci v záťaži (mA);
- Kp – pulzačný faktor (%);
- Uout - napätie prijaté na výstupe zariadenia (V).
Dvojnásobným alebo trojnásobným zvýšením kapacity získanej výpočtami sa získa hodnota kapacity kondenzátora na vstupe obvodu C1. Táto hodnota prvku umožňuje okamžite získať plnú hodnotu napätia na výstupe a nečakať, kým neuplynie určitý počet období. Keď práca záťaže nezávisí od rýchlosti nárastu elektriny na nominálny výkon, kapacita kondenzátora sa môže považovať za identickú s vypočítanými hodnotami.
Najlepšie pre záťaž, ak faktor zvlnenia násobiteľa napätia diódy nepresiahne 0,1 %. Uspokojivá je aj prítomnosť zvlnenia do 3 %. Všetky diódy obvodu sú vybrané z výpočtu tak, aby mohli voľne odolať sile prúdu dvojnásobku jeho hodnoty v záťaži. Vzorec na výpočet zariadenia s vysokou presnosťou vyzerá takto: nUin - (In(n3 + 9n2/4 + n/2)/(12 f C))=Uout, kde:
- f – frekvencia napätia na vstupe zariadenia (Hz);
- C - kapacita kondenzátora (F).
Výhody anevýhody
Keď už hovoríme o výhodách násobiteľa napätia, môžeme si všimnúť nasledovné:
Schopnosť získať značné množstvo elektriny na výstupe – čím viac článkov v reťazci, tým väčší bude multiplikačný faktor
- Jednoduchosť dizajnu – všetko je zostavené na štandardných linkách a spoľahlivých rádiových prvkoch, ktoré len zriedka zlyhajú.
- Hmotnosť – absencia objemných prvkov, ako je napríklad výkonový transformátor, znižuje veľkosť a hmotnosť obvodu.
Najväčšou nevýhodou akéhokoľvek multiplikačného obvodu je, že z neho nie je možné získať veľký výstupný prúd na napájanie záťaže.
Záver
Výber násobiteľa napätia pre konkrétne zariadenie. je dôležité vedieť, že symetrické obvody majú lepšie parametre z hľadiska zvlnenia ako nesymetrické. Preto je pre citlivé zariadenia vhodnejšie použiť stabilnejšie multiplikátory. Asymetrické, jednoduché na výrobu, obsahuje menej prvkov.
