مدخلكيف يعمل مضاعف الجهد؟ تصعيد التيار المتردد ، محولات الجهد المستمر ، الدائرة ، التصميم
حاليًا ، تحتوي العديد من أجهزة راديو الهواة الشهيرة على مضاعف الجهد، والذي يحول جهد الشبكة الكهربائية 220 فولت إلى الجهد العالي 2000 ... 4000 فولت. يمكن أن تكون هذه الأجهزة مصممة لمحاربة الصراصير ، وأجهزة للتأين الهوائي. تم نشر الرسوم التخطيطية لهذه الأجهزة بشكل متكرر في الأدبيات الإذاعية للهواة ، على سبيل المثال ، في.
في أجهزة تصنيع مُضاعِف الجهد العالي ، وهو الجزء الرئيسي من هذه الهياكل ، يتم استخدام أجزاء حديثة صغيرة الحجم ، وبالتالي فإن أبعاد هذه الأجهزة غير ذات أهمية. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن جميع أجزاء الجهد العالي صغيرة الحجم تقريبًا والتي تعد جزءًا من مضاعف الجهد العالي باهظة الثمن.
غالبًا لا تكون هناك حاجة لتصنيع نسخة صغيرة من هذه الأجهزة. في هذه الحالة ، لتصنيع مضاعف الجهد ، يمكنك استخدام مكونات الراديو القديمة التي لها جهد تشغيل عالٍ - 600 ، 1000 ، 2000 فولت ، ولكن أيضًا بأبعاد كبيرة. يمكن أن تكون مكثفات MBG قديمة ، وأعمدة الصمام الثنائي القديمة عالية الجهد من النوع D1004-D1010 ومكونات الراديو المماثلة من القرن الماضي ، والتي لا تُستخدم الآن في التكنولوجيا الحديثة وتُباع في أسواق الراديو بأسعار منخفضة. ستكون تكلفة الأجهزة المصنوعة باستخدام مكونات الراديو القديمة منخفضة أيضًا.
في مضاعفات الجهد العالي البسيطة ، يتم أخذ الجهد الأولي للمضاعفة اللاحقة مباشرة من الشبكة الكهربائية 220 فولت. ومع ذلك ، في حالة استخدام أجزاء الجهد العالي لبناء مضاعفات الجهد ، فمن المستحسن استخدام جهد الضرب الأولي وليس من شبكة كهربائية منزلية ، لكنها زادت عدة مرات ، بقدر ما يمكنها تحمل أجزاء الجهد العالي المستخدمة. سيؤدي استخدام جهد إدخال متزايد عند إدخال المضاعف إلى تقليل عدد مراحل الضرب وبالتالي تقليل عدد الأجزاء المستخدمة لبناء مضاعف الجهد.
أسهل طريقة "لمضاعفة" جهد التيار الكهربائي في البداية هي باستخدام طريقة الرنين ، كما هو موضح في الشكل 1. كما يتضح من هذا الشكل ، فإن مضاعف الجهد الرنيني عبارة عن دائرة متسلسلة لها صدى في منطقة التردد 50 هرتز. لذلك ، في عناصر هذه الدائرة ، على الملف أو المكثف ، سيكون هناك جهد متزايد. وكلما زاد رنين الدائرة سيكون أقرب إلى تردد 50 هرتز المستخدم في الشبكة الكهربائية. ومع ذلك ، من الضروري تجنب تساوي ترددات الرنين للشبكة والدائرة ، لأنه في هذه الحالة سيكون هناك جهد عالي للغاية على عناصر الدائرة L1 و C1 ، مما قد يؤدي إلى فشل هذه العناصر.
كمحث L1 ، استخدم خنق المرشح للتلفزيون الأنبوبي أو جهاز الاستقبال. لا يتم استخدام ملفات التصفية الآن عمليًا في أي مكان ، كما أن تكلفتها في الأسواق منخفضة. من الممكن تمامًا استخدام L1 الملف الأساسي لمحول شبكة صغير الحجم أو لف الأنود لمحول "صوتي" قديم من مستقبل الأنبوب أو التلفزيون ، أو الملف الأساسي لـ TVK. تعتمد سعة المكثف C1 على قيمة الحث L1 والجهد الأولي المطلوب عند إدخال مضاعف الجهد. يُنصح باختيار سعة المكثف تجريبيًا ، بدءًا من القيم الصغيرة ، على سبيل المثال ، من 0.1 μF. يجب ضبط تردد الطنين للدائرة فوق تردد التيار الرئيسي البالغ 50 هرتز. سيكون لهذا تأثير إيجابي على ظروف تشغيل الملف L1. بالنسبة لمعظم ملفات التصفية المستخدمة في المعدات القديمة للحصول على جهد طنين في حدود 600 ... 1000 فولت ، يمكن أن تكون سعة المكثف C1 في نطاق 0.25 ... 2 μF. يجب أن يكون للمكثف C1 جهد تشغيل عالي قدر الإمكان ، وعلى أي حال يجب ألا يكون أقل من الجهد الموجود على المكثف أثناء الرنين.
سيكون أكبر جهد على أحد عناصر الدائرة الموضحة في الشكل 1 ، وعلى العنصر الذي يحتوي على المزيد مقاومة عاليةالتيار المتردد 50 هرتز. في حالتنا ، عندما يكون تردد الطنين للدائرة أعلى من تردد التيار الكهربائي ، سيكون هذا مكثفًا. سيكون للمكثف جهد أعلى من المحث. حالة مهمةمن أجل تشغيل موثوق وطويل الأجل لهذا العنصر.
كما ذكرنا سابقًا ، من الممكن جدًا الحصول على جهد على المكثف C1 في حدود 600 ... 1000 فولت. سيسمح ذلك باستخدام مضاعف الجهد بدلاً من رباعي في الدائرة. يظهر مضاعف الجهد البسيط في الشكل 2. في الدائرة ، بدلاً من ضرب جهد التيار الكهربائي بمقدار 8 ، يمكنك استخدام مضاعفة الجهد الموجود على المكثف C1 ثلاث مرات (انظر الشكل 1). يظهر منظم جهد بسيط في الشكل 3. في بعض الحالات ، يُنصح باستخدام دائرة مضاعفة الجهد أربع مرات ، كما هو موضح في الشكل 4. بطبيعة الحال ، عند تصميم مثل هذه المضاعفات ، لا ينبغي لأحد أن ينسى أنه يجب توصيلها بمصدر جهد عالٍ من خلال مقاومات محدودة التيار بمقاومة لا تقل عن 1 MΩ. يجب مراعاة هذا الشرط من أجل سلامة العمل مع مصادر الجهد العالي.
ولكن ليس دائمًا ضرب جهد التيار الكهربائي بواسطة عناصر دائرة الطنين هو الحل الأمثل ، ففي بعض الأحيان يكون الوضع مختلفًا. يوجد تحت تصرف هواة الراديو العديد من الثنائيات والمكثفات التي لها جهد تشغيل منخفض نسبيًا 200 ... 300 فولت. في هذه الحالة ، لا يمكن توصيل مضاعف الجهد الذي تم تجميعه باستخدامه بشكل مباشر بشبكة كهربائية 220 فولت. الذروة في نفس الوقت ستصل إلى 310 فولت! وهذا سيؤدي بالفعل إلى فشل مكونات الراديو المستخدمة في مضاعف الجهد هذا!
في هذه الحالة ، من المنطقي استخدام خيار آخر: تقليل الجهد عند إدخال المضاعف ، ولكن في نفس الوقت زيادة عدد سلاسل الضرب. يمكن تقليل الجهد عند دخل المضاعف عن طريق توصيل مضاعف الجهد هذا بالشبكة الكهربائية من خلال مقسم جهد مكثف ، كما هو موضح في الشكل 5. في هذه الحالة ، ستحدد نسب السعات ومفاعلتها انتاج التيار الكهربائيعند إخراج الحاجز. بالطبع ، مع زيادة عدد سلاسل الضرب ، ستزداد أبعاد الجهاز. ولكن يمكن تبرير ذلك برخص تكلفة المكونات المستخدمة.
عند بناء مضاعفات الجهد ، يجب أن نتذكر أنه لا ينصح بتوصيل الثنائيات والمكثفات في سلسلة لزيادة جهد التشغيل ، لأن موثوقية هذه السلسلة ستكون منخفضة. من الأكثر موثوقية أن يتبع تصميم مضاعف الجهد مسار زيادة مراحل الضرب.
الأدب
1. صرصور. صرصور, صرصور // أعسر.- 1991. - رقم 9. - ص 20.
2. Beletsky. P. المضاعف - مؤين الهواء // هواة راديو. - 1995.- رقم 10. -مع. 17.
غريغورييف ، بيلغورود
في ممارسة راديو الهواة ، غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى العديد من الفولتية لتشغيل العقد منخفضة التيار (دوائر دقيقة متخصصة ، المضخماتإلخ) ، ويخرج مصدر الطاقة المتاح جهدًا واحدًا. لكي لا تبحث عن محول بلفات إضافية ، يمكنك استخدام دوائر مضاعفة الجهد. مخطط أدناه:نحن نقدم العديد من مخططات مضاعفة الجهد. يتم عرض دائرة مضاعفة جهد الدفع والسحب للجسر. في هذه الدائرة ، يكون تردد تموج الجهد المعدل يساوي ضعف تردد التيار الكهربائي (fn = 2fc) ، والجهد العكسي عبر الثنائيات أكبر 1.5 مرة من الجهد المعدل ، وعامل استخدام المحول هو 0.64. يمكن تمثيلها كدائرتين نصف موجيتين متصلتين بالسلسلة تعملان من نفس ملف المحول ومتصلان بحمل مشترك. إذا كانت النقطة الوسطى (نقطة توصيل المكثف) متصلة بسلك مشترك ، فسيتم الحصول على مصدر ثنائي القطب بجهد خرج ± U.
تظهر دائرة مضاعفة الجهد الثانية في الشكل 2 ، والتي يمكنك رؤيتها أدناه:
في ذلك ، يكون للمدخل (الملف الثانوي للمحول) والمخرج نقطة مشتركة ، والتي يمكن أن تكون مفيدة في بعض الحالات. هنا ، خلال نصف الدورة السلبية لجهد الدخل ، يتم شحن المكثف C1 من خلال الصمام الثنائي VD2 إلى جهد يساوي قيمة السعة لـ U-1. أثناء الدورة النصف الموجبة ، يتم إغلاق الصمام الثنائي VD2 ، ويتم توصيل المكثف C1 في سلسلة مع الملف الثانوي T1 ، لذلك يتم شحن المكثف C2 من خلال الصمام الثنائي VD1 لمضاعفة الجهد. بإضافة ديود آخر ومكثف لهذه الدائرة ، نحصل على خيارات لثلاثة أضعاف الجهد ، والتي تظهر في الأشكال التالية:
يمكن أن تكون الدائرة في الشكل 2 متتالية والحصول على جهد عالي جدًا. يظهر هذا المضاعف المتسلسل في الشكل:
في هذه الدائرة ، يتم شحن جميع المكثفات ، باستثناء C1 ، حتى ضعف الجهد Ui (Uc = 2Ui) ، ويتم شحن C1 حتى Ui فقط. وبالتالي ، فإن جهد التشغيل للمكثفات والصمامات الثنائية منخفض جدًا. يتم إعطاء أقصى تيار من خلال الثنائيات بواسطة:
حيث lH هو التيار المرسوم بواسطة الحمل.
يتم تحديد السعة المطلوبة للمكثفات في هذه الدائرة بالصيغة التقريبية:
C \ u003d 2.85N * In / (Kp * Uout) ، مكف
حيث N هو عامل الضرب للجهد ؛
IN - تيار الحمل ، مللي أمبير ؛
Kp - عامل تموج جهد الخرج المسموح به ،٪ ؛
جهد خرج Uvylx ، V.
يجب زيادة سعة المكثف C1 بمقدار 4 مرات مقارنة بالقيمة المحسوبة (على الرغم من أن الزيادة مرتين أو ثلاثة أضعاف كافية في معظم الحالات). يجب أن تكون المكثفات ذات تيار تسرب أدنى (نوع K73 وما شابه).
يمكنك أيضًا مضاعفة الجهد باستخدام مقومات الجسر. الرسم البياني أدناه في الشكل 6:
من المناسب هنا أخذ جسور مقوم صغيرة الحجم ، على سبيل المثال ، سلسلة RB156 و RB157 وما شابه ذلك. المكثفات SZ ... C6 (وما بعده) - بسعة 0.22 ... 0.56 μF. ضع في الاعتبار الزيادة في الجهد عبر لوحات المكثف وحدد جهد التشغيل وفقًا لذلك. الأمر نفسه ينطبق على مكثفات المرشح C1 و C2.
في تيارات الحمل المنخفضة للغاية ، يمكنك استخدام مخطط مضاعف نصف الموجة:
اعتمادًا على جهد الخرج المطلوب Uout = 0.83Uo ، يتم تحديد عدد المراحل N بواسطة الصيغة التقريبية:
حيث U1 هو جهد الدخل.
السعة C للمكثفات C1 ... C3 محسوبة:
C = 34 In * (T + 2) / U2
حيث lH هو تيار الحمل للمضاعف ؛
U2 - انخفاض الجهد عبر R1 (يتم تحديده عادةً في غضون 3 ... 5٪ من U-1).
يمكنك تقليل عامل التموج في مضاعفات الجهد باستخدام مرشحات الترانزستور (الشكل 8) ،
مما يقلل بشكل كبير من تموج وضوضاء جهد الخرج وتتميز بجميع مؤشرات الوزن والحجم الصغيرة. الآن يتم إنتاج ترانزستورات قوية بجهد مسموح به يبلغ 1.5 كيلو فولت وأعلى عند تيار تحميل يصل إلى 10 أ. يتم اختيار الثنائيات من الحالة Uobr \ u003d 1.5U0 و Imax \ u003d 2Iout - السعة C للمكثفات C1 ، يتم حساب C2 باستخدام الصيغة التقريبية:
С = 125In / U0
يتم تحديد مقاومة المقاوم R1 في حدود 20 ... 100 أوم. يتم تحديد سعة المكثف C3 من التعبير:
С3 = 0.5 * 10 ^ 6 / (م * fc * R1)
حيث م هو عدد مراحل المعدل (ر = 2) ؛
fc - تردد تشغيل المضاعف (fc = 50 هرتز).
يتم تحديد المقاومة R2 تجريبيًا (في حدود 51 ... 75 كيلو أوم) ، لأنها تعتمد على الكسب الحالي للترانزستور VT1. يمكن للمرشح استخدام الترانزستورات المحلية KT838 و KT840 و KT872 و KT834 وما شابه ذلك.
ناقش مقال VOLTAGE MULTIPLIERS
غالبًا ما يستخدم العديد من مهندسي الإلكترونيات دوائر الطاقة بناءً على مبدأ مضاعفة الجهد. بعد كل شيء ، يمكن أن يؤدي استخدام المضاعف إلى تقليل وزن الجهاز وأبعاده بشكل كبير. لفهم فيزياء كيف ذلك جهاز الكتروني، ضع في اعتبارك خيارات الدائرة الرئيسية لبناء مثل هذه الهياكل. يمكن تقسيمها شرطيًا إلى مضاعفات متماثلة وغير متماثلة. غير المتماثل ، بدوره ، ينقسم إلى نوعين: النوع الأول والثاني
تتكون جميع التصميمات عادةً من مكثفات وثنائيات ، للحصول على قيم تزيد عن كيلو فولت ، يجب استخدام الثنائيات الخاصة عالية الجهد والمكثفات غير القطبية.
تُستخدم هذه التصميمات على نطاق واسع في تقنية الليزر ، في العديد من تصميمات الجهد العالي ، على سبيل المثال ، في ، في مؤينات الهواء,
دوائر الضرب غير المتوازنة أحادية الطور عبارة عن اتصال متسلسل لعدة دوائر تصحيح أحادية الطرف متطابقة مع حمولة سعوية.
في الدائرة ، يتم شحن كل سعة لاحقة بقيمة أعلى. إذا تم توجيه EMF للملف الثانوي للمحول من النقطة أ إلى النقطة ب ، فإن الصمام الثنائي الأول يفتح ويتم شحن C1. هذا المكثف يشحن حتى يويساوي السعة على اللف الثانوي للمحول ش 2 م. عندما يتغير EMF للملف الثانوي ، فإن تيار الشحن للمكثف الثاني سوف يمر عبر الدائرة: النقطة أ ، C1 ، VD2 ، C2 ، النقطة ب. في هذه الحالة ، يتم شحن السعة C2 حتى UC2 = U2m + UC1 = 2U2m ، حيث تبين أن الملف الثانوي للمحول و C1 متصلان بشكل ثابت ومتسلسل. مع التغيير التالي في اتجاه EMF للملف الثانوي ، تبدأ الشحنة C3 على طول الدائرة: النقطة b ، C2 ، VD3 ، النقطة C3 أ للملف الثانوي. سوف يتم شحن مكثف C3 حتى الجهد UC3 = U2m + UC2≈ 3U2m وهكذا. بمعنى ، في كل مكثف لاحق ، تتوافق التعددية مع الصيغة:
يتم أخذ القيمة المطلوبة لـ U المضاعفة من حاوية واحدة C n
خلال نصف موجة سالبة ، يتم شحن السعة C1 من خلال الصمام الثنائي المفتوح VD1 إلى قيمة السعة U. عندما تصل موجة نصف دورة موجبة إلى المدخل ، يتم شحن السعة C2 عبر الصمام الثنائي المفتوح VD2 بقيمة 2Ua. خلال الدورة التالية من نصف الدورة السلبية ، يتم شحن السعة SZ من خلال الصمام الثنائي VD3 بقيمة 2U. ونتيجة لذلك ، عند نصف الموجة الموجبة التالية حتى 2U ، يكون المكثف C4 مشحونًا.
من الواضح جدًا أن إطلاق المضاعف سيتم في عدة فترات من نصف الموجات. يتم جمع جهد الخرج الثابت من الفولتية على المكثفات المتصلة بالسلسلة والمعاد شحنها باستمرار C2 و C4 ويساوي 4Ua.
المضاعف الموضح في الرسم البياني العلوي هو من النوع التسلسلي. هناك أيضًا موازية تتطلب تصنيفات مكثفات أصغر لكل خطوة مضاعفة.
في أغلب الأحيان ، يستخدم هواة الراديو المضاعفات التسلسلية. إنها أكثر تنوعًا ، والجهد عبر الثنائيات والمكثفات مقسم بالتساوي تقريبًا ، ومن الممكن تحقيق ذلك أكثرخطوات الضرب. لكن هناك مزايا للتصاميم المتوازية. ومع ذلك ، فإن عيبها الضخم ، كزيادة في الجهد على المكثفات مع زيادة عدد خطوات الضرب ، يحد من استخدامها إلى تصنيفات 20 كيلو فولت.
تشمل مزايا الدائرة المتوازية ، تلك الموجودة في وسط الشكل ، ما يلي: يأتي جهد السعة فقط إلى السعات C1 و SZ ، والحمل على الثنائيات هو نفسه ، ويتم تحقيق استقرار جهد خرج لائق. المضاعف الثاني ، الدائرة التي تظهر أدناه. تميز هذه الخصائص مثل إمكانية الإصدار قوة عاليةعند إخراج الهيكل ، سهولة التجميع بأيديكم ، نفس توزيع الحمل بين العناصر ، عدد كبير من خطوات التحويل.
هذه دائرة جسر يتم فيها توصيل الثنائيات VD1 VD2 بذراعين للجسر ، والمكثفات C1 C2 متصلة بالذراعين الآخرين. يتم توصيل ملف ثانوي بأحد أقطار الجسر ، ويتم توصيل الحمل بالآخر. يمكن تمثيل دائرة المضاعفة كدائرتين نصف موجيتين متصلتين في سلسلة وتعملان من ملف ثانوي واحد. في أول نصف دورة ، عندما تكون احتمالية النقطة a للملف الثانوي موجبة بالنسبة لـ b ، يفتح الصمام VD1 وتبدأ الشحنة C1. يمر التيار في هذه اللحظة عبر الملف الثانوي ، VD1 و C1.
في نصف الدورة الثانية ، يتم شحن C2. التيار الشاحنيمر هذا المكثف عبر الملف الثانوي ، C2 و VD2. C1 و C2 فيما يتعلق Rn1 (مقاومة الحمل) متصلان في سلسلة ، و U عند الحمل تساوي مجموع UC1 + UC2. الميزة الرئيسية لهذه الدائرة هي زيادة تردد التموج مقارنة بالدائرة ثنائية الطور والاستخدام الكامل إلى حد ما للمحول.
في كثير من الأحيان ، أصبح هواة الراديو مهتمين بدوائر الطاقة المبنية على مبدأ مضاعفة الجهد. يرتبط هذا الاهتمام بظهور المكثفات المصغرة ذات السعة الكبيرة في السوق وزيادة تكلفة الأسلاك النحاسية ، والتي تستخدم لتصفية ملفات المحولات. ميزة إضافية للأجهزة المذكورة هي أبعادها الصغيرة ، مما يقلل بشكل كبير من الأبعاد النهائية للمعدات المصممة. ما هو مضاعف الجهد؟ يتكون هذا الجهاز من مكثفات وثنائيات متصلة بطريقة معينة. في الواقع ، إنه محول جهد متناوب من مصدر جهد منخفض إلى مصدر عالي. ضغط متواصل. لماذا تحتاج إلى مضاعف جهد التيار المستمر؟
منطقة التطبيق
وجد مثل هذا الجهاز تطبيقًا واسعًا في أجهزة التلفزيون (في مصادر جهد الأنود في مناظير الحركة) ، والمعدات الطبية (لتشغيل أشعة الليزر عالية الطاقة) ، وفي تكنولوجيا القياس (أدوات قياس الإشعاع ، راسمات الذبذبات). بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامه في أجهزة الرؤية الليلية ، وأجهزة الصدمات الكهربائية ، والمعدات المنزلية والمكتبية (آلات التصوير) ، وما إلى ذلك ، وقد اكتسب مضاعف الجهد هذه الشعبية نظرًا لقدرته على توليد جهد يصل إلى عشرات وحتى مئات الآلاف من الفولتات ، وهذا بأحجام وكتلة صغيرة للجهاز. ميزة أخرى مهمة للأجهزة المذكورة هي سهولة التصنيع.
أنواع المخطط
الأجهزة قيد النظر مقسمة إلى متماثل وغير متماثل ، إلى مضاعفات من النوع الأول والثاني. يتم الحصول على مضاعف الجهد المتماثل عن طريق توصيل دائرتين غير متوازنتين. تقوم إحدى هذه الدوائر بتغيير قطبية المكثفات (الإلكتروليت) وموصلية الثنائيات. المضاعف المتماثل له أفضل أداء. إحدى المزايا الرئيسية هي القيمة المزدوجة لتردد تموج الجهد المعدل.
مبدأ التشغيل
الصورة توضح أبسط دائرةأداة نصف الموجة. ضع في اعتبارك مبدأ العملية. تحت تأثير نصف دورة الجهد السالب من خلال الصمام الثنائي المفتوح D1 ، يبدأ المكثف C1 في الشحن حتى قيمة سعة الجهد المطبق. في اللحظة التي تبدأ فيها فترة الموجة الموجبة ، يتم شحن المكثف C2 (من خلال الصمام الثنائي D2) إلى ضعف قيمة الجهد المطبق. في بداية المرحلة التالية من نصف الدورة السالبة ، يتم شحن المكثف C3 - أيضًا حتى قيمة جهد مضاعف ، وعندما تتغير نصف الدورة ، يتم أيضًا شحن المكثف C4 إلى القيمة المحددة. يتم تشغيل الجهاز في عدة فترات كاملة من جهد التيار المتردد. الناتج هو كمية مادية ثابتة ، وهي مجموع مؤشرات الجهد للسلسلة ، والمكثفات المشحونة باستمرار C2 و C4. نتيجة لذلك ، نحصل على قيمة أكبر بأربع مرات من القيمة المدخلة. هذه هي الطريقة التي يعمل بها مضاعف الجهد.
حساب الدائرة
عند الحساب ، من الضروري ضبط المعلمات المطلوبة: جهد الخرج ، الطاقة ، جهد الدخل المتغير ، الأبعاد. لا ينبغي إهمال بعض القيود: يجب ألا يتجاوز جهد الدخل 15 كيلو فولت ، ويتراوح تردده من 5 إلى 100 كيلو هرتز ، ويجب ألا تتجاوز قيمة الخرج 150 كيلو فولت. في الممارسة العملية ، يتم استخدام الأجهزة التي تبلغ طاقتها الإنتاجية 50 واط ، على الرغم من أنه من الواقعي تصميم مضاعف الجهد بمؤشر خرج يقترب من 200 وات. تعتمد قيمة جهد الخرج بشكل مباشر على تيار الحمل ويتم تحديدها بواسطة الصيغة:
U out \ u003d N * U in - (I (N3 + + 9N2 / 4 + N / 2)) / 12FC ، حيث
أنا - تيار الحمل ؛
N هو عدد الخطوات ؛
F - تردد جهد الدخل ؛
C هي سعة المولد.
وبالتالي ، إذا قمت بتعيين قيمة جهد الخرج والتيار والتردد وعدد الخطوات ، فمن الممكن حساب المطلوب
مضاعف الجهدهي دائرة مقوم خاصة تنتج جهد خرج يساوي نظريًا ذروة جهد دخل التيار المتردد ، ويزيد بعدد صحيح من المرات ؛ على سبيل المثال ، جهد دخل التيار المتردد مضروبًا في 2 أو 3 أو 4 مرات. لذلك يمكنك الحصول على 200Vdc من 100Vpk باستخدام مضاعف ، أو 400Vdc من رباعي. أي حمولة في مخطط حقيقييقلل من هذه الضغوط.
تطبيق مضاعف الجهد هو مصدر جهد ثابت قادر على استخدام 240 فولت تيار متردد أو 120 فولت تيار متردد. يستخدم المصدر مفتاحًا لتحديد مقوم جسر كامل الموجة للحصول على ما يقرب من 300 Vdc من مصدر 240 فولت. يعيد موضع المفتاح 120 فولت توصيل جسر الصمام الثنائي بالمضاعف ، مما يوفر ما يقرب من 300 فولت تيار مستمر من 120 فولت تيار متردد. في كلتا الحالتين ، يسلم المصدر 300 Vdc. يمكن استخدام هذه الدائرة في مصادر الطاقة المبدلة لدوائر الجهد المنخفض مثل الكمبيوتر الشخصي.
يتكون مضاعف الجهد نصف الموجي في الشكل أدناه (أ) من دائرتين: مشبك المستوى في الشكل (ب) وكاشف الذروة (مقوم نصف الموجة) من الفصل السابق ، والذي يظهر في شكل معدل في الشكل (ج). تمت إضافة مكثف C2 إلى كاشف الذروة (مقوم نصف الموجة).
بالإشارة إلى الشكل أعلاه (ب) ، يشحن المكثف C2 إلى 5 فولت (4.3 فولت بما في ذلك انخفاض الصمام الثنائي) أثناء الدورة النصف السالبة لجهد دخل التيار المتردد. يتم توصيل طرفه الأيمن بسلك مشترك من خلال صمام ثنائي موصل D2. يتم شحن طرفه الأيسر بواسطة الذروة السلبية لجهد التيار المتردد المدخل. هذه هي وظيفة المسواة.
خلال نصف الدورة الموجبة ، يبدأ مقوم نصف الموجة في الشكل أعلاه (ج) في العمل. تتم إزالة الصمام الثنائي D2 من الدائرة لأنه متحيز عكسيًا. مكثف C2 متصل الآن في سلسلة مع مصدر الجهد. لاحظ أن المذبذب وأقطاب C2 في نفس الاتجاه ويجمعان. وهكذا ، يرى المعدل D1 إجمالي 10 فولت في ذروة الموجة الجيبية ، و 5 فولت من المولد و 5 فولت من المكثف C2.
تقوم D1 بإجراء إشارة v (1) (الشكل أدناه) ، وشحن مكثف C1 إلى ذروة موجة جيبية منحازة 5 VDC (الشكل أدناه v (2)). إشارة v (2) هي خرج المضاعف ، والذي يستقر عند 10V (8.6V مع قطرات الصمام الثنائي) بعد عدة دورات من موجة جيبية الإدخال.
مضاعف الجهد: v (4) input ، v (1) clamp output ، v (2) خرج مقوم نصف الموجة ، وهو أيضًا خرج المضاعف. * SPICE 03255.eps C1 2 0 1000p D1 1 2 الصمام الثنائي C2 4 1 1000p D2 0 1 الصمام الثنائي V1 4 0 SIN (0 5 1k). نموذج الصمام الثنائي د. مضاعف جهد الموجة الكاملةيتكون من زوج من مقومات نصف الموجة متصلة في سلسلة (الشكل أدناه). يقوم المعدل السفلي المقابل بشحن C1 خلال دورة النصف السالب لإشارة الدخل. يقوم المقوم العلوي بشحن C2 خلال دورة نصف موجبة. يتم شحن كل مكثف حتى 5 فولت (4.3 فولت مع انخفاض الصمام الثنائي). عند الإخراج عند النقطة 5 ، المكثفات C1 + C2 المتصلة على التوالي تعطي جهدًا إجماليًا قدره 10 فولت (8.6 فولت مع انخفاض جهد الصمام الثنائي).
يتكون المضاعف للجهد الكامل الموجة من مقومين نصف موجي يعملان في أقطاب مختلفة * SPICE 03273.eps * R1 3 0100k * R2 5 3100k D1 0 2 الصمام الثنائي D2 2 5 الصمام الثنائي C1 3 0 1000p C2 5 3 1000p V1 2 3 SIN (0 5 1k). نموذج الصمام الثنائي د. تران 0.01 م 5 م. نهاية لاحظ أن الناتج v (5) في الشكل أدناه يصل إلى قيمته النهائية في دورة واحدة من الإدخال v (2).
مضاعف جهد الموجة الكاملة: v (2) دخل ، v (3) جهد متوسط ، v (5) جهد إخراج يوضح الشكل أدناه بناء مضاعف كامل الموجة من زوج من مقومات نصف الموجة من القطبين المعاكسين (أ). يتم إعادة رسم المعدل السلبي للزوج من أجل الوضوح (ب). يتم دمج كلا المقومات عند (ج) باستخدام نفس نقطة الأسلاك المشتركة. عند (د) ، يتم إعادة توصيل المعدل السالب لمشاركته مع المعدل الإيجابي لنفس مصدر الجهد. هذا يعطي مصدر طاقة ± 5 فولت (4.3 فولت مع قطرات الصمام الثنائي) ؛ على الرغم من أنه يمكن قياس 10 فولت بين المخرجات ، يتم نقل نقطة الأرض بحيث يتوفر + 10 فولت فيما يتعلق بالأرض.
ثلاثة أضعاف الجهد(الشكل أدناه) مبني من مزيج من مقوم مضاعف ونصف موجة (C3 ، D3). ينتج مقوم نصف الموجة 5V (4.3V) عند النقطة 3. يوفر المضاعف 10V (8.6V) بين النقطتين 2 و 3. والنتيجة هي 10V (12.9V) عند نقطة الخرج 2 بالنسبة للأرض.
يتم عرض netlist أدناه.
يتكون المضاعف الثلاثي للجهد من مضاعف يوضع على ساق مقوم واحدة * SPICE 03283.eps C3 3 0 1000p D3 0 4 الصمام الثنائي C1 2 3 1000p D1 1 2 الصمام الثنائي C2 4 1 1000p D2 3 1 الصمام الثنائي V1 4 3 SIN (0 5 1k) نموذج ديود د. تران 0.01 م 5 م نهاية لاحظ أن v (3) في الشكل أدناه يرتفع إلى 5V (4.3V) في أول نصف دورة سلبية. يتم إزاحة إشارة الإدخال v (4) 5V (4.3V) بسبب الجهد 5V عبر مقوم نصف الموجة. ويضاف 5V أخرى على v (1) بسبب مشبك المستوى (C2 ، D2). رسوم D1 C1 (v (2) مخطط) إلى الذروة v (1).
رباعي الجهدهو مزيج من اثنين من المضاعفين ويظهر في الشكل أدناه. يوفر كل مضاعف 10 فولت (8.6 فولت) لإعطاء النقطة 2 جهدًا قدره 20 فولت (17.2 فولت) مقابل الأرض عند التوصيل في سلسلة.
يتم عرض netlist أدناه.
يتكون المضاعف الرباعي للجهد من مضاعفين متسلسلين مع الخرج عند النقطة 2 * SPICE 03441.eps * SPICE 03286.eps C22 4 5 1000p C11 3 0 1000p D11 0 5 الصمام الثنائي D22 5 3 الصمام الثنائي C1 2 3 1000p D1 1 2 الصمام الثنائي C2 4 1 1000p D2 3 1 الصمام الثنائي V1 4 3 SIN (0 5 1k). نموذج الصمام الثنائي د. مخططات الجهد في الشكل الرباعي موضحة في الشكل أدناه. يتوفر اثنان من مخرجات الجهد المستمر: v (3) ، خرج مضاعف ، و v (2) ، خرج رباعي. تُظهر بعض الفولتية المتوسطة أن الموجة الجيبية المدخلة (غير موضحة) بسعة 5 فولت يتم تثبيتها بالتتابع إلى مستويات أعلى: v (5) و v (4) و v (1). بالمعنى الدقيق للكلمة ، v (4) ليس ناتجًا من مستوى المشبك. إنه ببساطة مصدر جهد تيار متردد متصل في سلسلة بـ v (3) ، خرج المضاعف. ومع ذلك ، v (1) هو نسخة ثابتة من v (4).
على هذه اللحظةيجب إبداء بعض الملاحظات حول مضاعفات الجهد. لا توفر المعلمات المستخدمة في أمثلة الدوائر (V = 5V 1kHz ، C = 1000 pF) تيارات عالية ، فقط ميكرو أمبير. بالإضافة إلى ذلك ، لم يتم إعطاء مقاومات الحمل. يقلل الحمل من الفولتية الموضحة أعلاه. إذا كانت الدائرة مدفوعة بمصدر جهد منخفض كيلوهيرتز ، كما في الأمثلة ، فإن المكثفات عادة ما تكون من 0.1 إلى 1.0 فائق التوهج للسماح بتوفر المللي أمبير عند الخرج. إذا تم تنشيط المضاعفات عند 50/60 هرتز ، فإن المكثف يكون من بضع مئات إلى بضعة آلاف من الميكروفاراد لتوفير مئات المللي أمبير من تيار الإخراج. إذا كنت تعمل بجهد رئيسي ، فعليك الانتباه إلى الأقطاب وتقييمات الجهد للمكثفات.
أخيرًا ، أي مصدر طاقة متصل مباشرة (بدون محول) يشكل خطورة على المجرب ومعدات الاختبار. المصادر الصناعية التي تعمل مباشرة من التيار الكهربائي آمنة بسبب مخططات خطيرةيقع في السكن لحماية المستخدم. عند نمذجة هذه الدوائر بمكثفات إلكتروليتية لأي جهد ، إذا انعكست قطبية المكثف ، ينفجر المكثف. يجب تغطية هذه الدوائر بشاشة واقية.
يُعرف مضاعف الجهد لمعدلات نصف الموجة المتتالية الطويلة بشكل تعسفي مضاعف كوكروفت والتونويظهر في الشكل أدناه. يستخدم هذا المضاعف عند الحاجة إلى جهد عالٍ عند تيار منخفض. ميزتها على مصدر الطاقة التقليدي هي أنها لا تتطلب محول جهد باهظ الثمن.
مضاعف الجهد Cockcroft-Walton بمقدار 8 ، الإخراج عند v (8) D1 7 8 الصمام الثنائي C1 8 6 1000p D2 6 7 الصمام الثنائي C2 5 7 1000p D3 5 6 الصمام الثنائي C3 4 6 1000p D4 4 5 الصمام الثنائي C4 3 5 1000p D5 3 4 الصمام الثنائي C5 2 4 1000p D6 2 3 الصمام الثنائي D7 1 2 الصمام الثنائي C6 1 3 1000p C7 2 0 1000p C8 99 1 1000p D8 0 1 الصمام الثنائي V1 99 0 SIN (0 5 1k). يشكل زوج الثنائيات والمكثفات الموجودة على يسار العقد 1 و 2 في الشكل أعلاه مضاعفًا نصف موجة. تدوير الثنائيات بزاوية 45 درجة عكس اتجاه عقارب الساعة والمكثف السفلي بزاوية 90 درجة يجعلها تبدو مثل الصورة الأولى (أ). المقاطع الأربعة المضاعفة متتالية لإعطاء مضاعف نظري من 8. العقدة 1 لها شكل موجة ملزمة (غير موضح) ، الموجة الجيبية يتم إزاحتها 1x (5V). العقد الفردية المتبقية هي الجيوب الأنفية المثبتة بالتتابع عند الفولتية الأعلى.
العقدة 2 ، خرج المضاعف الأول ، يساوي ضعف جهد التيار المستمر ، v (2) في الشكل أدناه. يتم شحن العقد الزوجية اللاحقة في سلسلة بجهد أعلى: v (4) ، v (6) ، v (8).
تجاهل قطرات الصمام الثنائي ، كل مضاعف يعطي 2V in أو 10V ؛ حقًا ، مع الأخذ في الاعتبار انخفاض الجهد عبر الثنائيات ، (10 - 1.4) = 8.6 فولت ، من المتوقع أن يعطي إجمالي 4 مضاعفات 4 8.6 \ u003d 34.4 فولت من 40 فولت. إذا نظرت إلى الشكل أعلاه ، ت (2) تطابق التوقعات ؛ ومع ذلك ، v (8)< 30 В, вместо ожидаемых 34,4 В. Недостаток умножителя Кокрофта-Уолтона заключается в том, что каждая дополнительная ступень добавляет меньше предыдущей. Таким образом, существует практическое ограничение в добавлении ступеней. Это ограничение можно преодолеть модификацией базовой схемы. Также обратите внимание на шкалу времени длиной 40 мс по сравнению с 5 мс для предыдущих схем. Чтобы напряжения достигли предельных значений в этой схеме, требуется 40 мс.
تمت إضافة الأمر ".tran 0.010m 50m" إلى netlist أعلاه لتمديد وقت المحاكاة إلى 50 مللي ثانية ؛ على الرغم من أن الرسم البياني يظهر 40 مللي ثانية فقط.
يعمل المضاعف Cockcroft-Walton كمصدر أكثر كفاءة للجهد العالي لأنابيب المضاعفة الضوئية التي تتطلب جهدًا يصل إلى 2000 فولت. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي الأنبوب على العديد من دينودات، دبابيس تتطلب الاتصال بالعقد ذات الفولتية المنخفضة. تحل مجموعة المضاعفات المضاعفة محل مقسم الجهد المقاوم المسخن المستخدم في التصميمات السابقة.
تعمل بالطاقة الكهربائية المضاعف Cockcroft-Walton التيار المتناوب، يوفر جهدًا عاليًا لـ "مولدات الأيونات" لتحييد الشحنات الكهروستاتيكية وأجهزة تنقية الهواء.
تلخيص لما سبق
- تنتج مضاعفات الجهد جهدًا للتيار المستمر يساوي 2 ، 3 ، 4 ، إلخ. أضعاف قيمة الذروة لجهد التيار المتردد للإدخال.
- المضاعف الأساسي هو مضاعف نصف الموجة.
- مضاعف الموجة الكاملة هو أفضل حلبةمضاعف.
- الثلاثي هو مضاعف نصف الموجة ومرحلة المعدل التقليدي (كاشف الذروة).
- الرباعي هو زوج من مضاعفات نصف الموجة.
- تُعرف سلسلة طويلة من مضاعفات نصف الموجة باسم مضاعف Cockcroft-Walton.