La rezolvarea problemelor de circuit, există momente când este necesar să scapi de la utilizarea transformatoarelor pentru a crește tensiunea de ieșire. Motivul pentru aceasta se dovedește cel mai adesea a fi imposibilitatea includerii convertoarelor step-up în dispozitive din cauza indicatorilor lor de greutate și dimensiune. Într-o astfel de situație, soluția este să folosiți un circuit multiplicator.
Definiția multiplicatorului de tensiune
Un dispozitiv, care înseamnă un multiplicator de energie electrică, este un circuit care vă permite să convertiți tensiunea AC sau pulsatorie în DC, dar de o valoare mai mare. Creșterea valorii parametrului la ieșirea dispozitivului este direct proporțională cu numărul de trepte ale circuitului. Cel mai elementar multiplicator de tensiune existent a fost inventat de oamenii de știință Cockcroft și W alton.
Condensatorii moderni dezvoltați de industria electronică se caracterizează prin dimensiuni mici și capacitate relativ mare. Acest lucru a făcut posibilă reconstruirea multor circuite și introducerea produsului în diferite dispozitive. Un multiplicator de tensiune a fost asamblat pe diode și condensatoare conectate în propria lor ordine.
Pe lângă funcția de creștere a energiei electrice, multiplicatorii o convertesc simultan din AC în DC. Acest lucru este convenabil prin faptul că circuitul general al dispozitivului este simplificat și devine mai fiabil și mai compact. Cu ajutorul dispozitivului se poate obține o creștere de până la câteva mii de volți.
Unde este utilizat dispozitivul
Multiplicatorii și-au găsit aplicația în diverse tipuri de dispozitive, acestea sunt: sisteme de pompare cu laser, dispozitive de radiație cu raze X în unitățile lor de în altă tensiune, pentru iluminarea din spate a afișajelor cu cristale lichide, pompe de tip ioni, lămpi cu undă de călătorie, ionizatoare de aer, sisteme electrostatice, acceleratoare de particule, mașini de copiat, televizoare și osciloscoape cu kinescoape, precum și acolo unde este nevoie de curent electric continuu de mare curent continuu.
Principiul multiplicatorului de tensiune
Pentru a înțelege cum funcționează circuitul, este mai bine să vă uitați la funcționarea așa-numitului dispozitiv universal. Aici numărul de trepte nu este specificat exact, iar energia electrică de ieșire este determinată de formula: nUin=Uout, unde:
- n este numărul de trepte de circuit prezente;
- Uin este tensiunea aplicată la intrarea dispozitivului.
În momentul inițial de timp, când prima, să zicem, semi-undă pozitivă vine în circuit, dioda de intrare o trece la condensatorul său. Acesta din urmă este încărcat la amplitudinea energiei electrice primite. Cu un al doilea negativsemiundă, prima diodă este închisă, iar semiconductorul celei de-a doua trepte o lasă să meargă la condensatorul său, care este și el încărcat. În plus, tensiunea primului condensator, conectat în serie cu al doilea, se adaugă ultimului și ieșirea cascadei este deja dublată de electricitate.
Același lucru se întâmplă în fiecare etapă ulterioară - acesta este principiul unui multiplicator de tensiune. Și dacă te uiți la progresia până la sfârșit, se dovedește că electricitatea de ieșire depășește intrarea de un anumit număr de ori. Dar, ca și într-un transformator, puterea curentului de aici va scădea odată cu creșterea diferenței de potențial - funcționează și legea conservării energiei.
Schema pentru construirea unui multiplicator
Întregul lanț al circuitului este asamblat din mai multe verigi. O legătură a multiplicatorului de tensiune de pe condensator este un redresor de tip semiundă. Pentru a obține dispozitivul, este necesar să aveți două legături conectate în serie, fiecare dintre ele având o diodă și un condensator. Un astfel de circuit dublează energia electrică.
Reprezentarea grafică a dispozitivului multiplicator de tensiune în versiunea clasică arată cu poziția diagonală a diodelor. Direcția de pornire a semiconductorilor determină ce potențial - negativ sau pozitiv - va fi prezent la ieșirea multiplicatorului în raport cu punctul său comun.
Combinând circuite cu potențial negativ și pozitiv, se obține un circuit dublator de tensiune bipolar la ieșirea dispozitivului. O caracteristică a acestei construcții este că dacă măsurați nivelulelectricitate între pol și punctul comun și depășește tensiunea de intrare de 4 ori, apoi mărimea amplitudinii dintre poli va crește de 8 ori.
În multiplicator, punctul comun (care este conectat la firul comun) va fi cel în care ieșirea sursei de alimentare este conectată la ieșirea unui condensator grupat cu alți condensatori conectați în serie. La sfârșitul acestora, electricitatea de ieșire este preluată pe elemente pare - la un coeficient par, respectiv pe condensatoare impari, la un coeficient impar.
Condensatori de pompare în multiplicator
Cu alte cuvinte, în dispozitivul multiplicatorului de tensiune constantă, există un anumit proces tranzitoriu de setare a parametrului de ieșire corespunzător celui declarat. Cel mai simplu mod de a vedea acest lucru este dublarea energiei electrice. Când, prin semiconductorul D1, condensatorul C1 este încărcat la valoarea sa maximă, apoi în următoarea jumătate de undă, acesta, împreună cu sursa de electricitate, încarcă simultan al doilea condensator. C1 nu are timp să renunțe complet la sarcina lui C2, așa că ieșirea nu are inițial o diferență de potențial dublă.
La a treia jumătate de undă, primul condensator este reîncărcat și apoi aplică un potențial la C2. Dar tensiunea de pe al doilea condensator are deja o direcție opusă primului. Prin urmare, condensatorul de ieșire nu este încărcat complet. Cu fiecare nou ciclu, electricitatea de pe elementul C1 va tinde spre intrare, tensiunea C2 se va dubla.
Cumcalcula multiplicatorul
La calcularea dispozitivului de multiplicare este necesar să se pornească de la datele inițiale, care sunt: curentul necesar pentru sarcină (In), tensiunea de ieșire (Uout), coeficientul de ondulație (Kp). Valoarea capacității minime a elementelor condensatorului, exprimată în uF, este determinată de formula: С(n)=2, 85nIn/(KpUout), unde:
- n este de câte ori este crescută energia electrică introdusă;
- In - curent care curge în sarcină (mA);
- Kp – factor de pulsație (%);
- Uout - tensiune primită la ieșirea dispozitivului (V).
Mărind capacitatea obţinută prin calcule de două sau trei ori, se obţine valoarea capacităţii condensatorului la intrarea circuitului C1. Această valoare a elementului vă permite să obțineți imediat valoarea completă a tensiunii la ieșire și să nu așteptați până când au trecut un anumit număr de perioade. Când funcționarea sarcinii nu depinde de rata de creștere a energiei electrice la puterea nominală, capacitatea condensatorului poate fi considerată identică cu valorile calculate.
Cel mai bun pentru sarcină dacă factorul de ondulare al multiplicatorului de tensiune al diodei nu depășește 0,1%. Prezența ondulațiilor de până la 3% este, de asemenea, satisfăcătoare. Toate diodele circuitului sunt selectate din calcul, astfel încât să poată rezista liber la o putere de curent de două ori mai mare decât valoarea acesteia în sarcină. Formula pentru calcularea dispozitivului cu precizie ridicată arată astfel: nUin - (In(n3 + 9n2/4 + n/2)/(12 f C))=Uout, unde:
- f – frecvența tensiunii la intrarea dispozitivului (Hz);
- C - capacitatea condensatorului (F).
Beneficii șidezavantaje
Vorbind despre avantajele multiplicatorului de tensiune, putem observa următoarele:
Abilitatea de a obține cantități semnificative de energie electrică la ieșire - cu cât mai multe verigi în lanț, cu atât va fi mai mare factorul de multiplicare
- Simplitatea designului - totul este asamblat pe legături standard și elemente radio fiabile care rareori dau greș.
- Greutate – absența elementelor voluminoase, cum ar fi un transformator de putere, reduce dimensiunea și greutatea circuitului.
Cel mai mare dezavantaj al oricărui circuit multiplicator este că este imposibil să obțineți un curent mare de ieșire de la acesta pentru a alimenta sarcina.
Concluzie
Alegerea unui multiplicator de tensiune pentru un anumit dispozitiv. este important de știut că circuitele echilibrate au parametri mai buni în ceea ce privește ondulația decât cele dezechilibrate. Prin urmare, pentru dispozitivele sensibile este mai oportun să se utilizeze multiplicatori mai stabili. Asimetric, ușor de realizat, conține mai puține elemente.
