Voltaj çarpanı nasıl çalışır? Step-up AC, DC gerilim trafosuz dönüştürücüler, devre, tasarım

Şu anda, birçok popüler amatör telsiz cihazı şunları içerir: voltaj çarpanı elektrik şebekesinin voltajını 220 V'a dönüştüren yüksek voltaj 2000 ... 4000 V. Bunlar hamamböcekleriyle savaşmak için tasarlanmış cihazlar, hava iyonlaştırma cihazları olabilir. Bu tür cihazların şemaları, örneğin amatör radyo literatüründe defalarca yayınlandı.

Bu yapıların ana parçası olan yüksek voltaj çarpanının imalatına yönelik cihazlarda modern küçük boyutlu parçalar kullanılmaktadır, bu nedenle bu cihazların boyutları önemsizdir. Bununla birlikte, bir yüksek voltaj çarpanının parçası olan hemen hemen tüm küçük boyutlu yüksek voltajlı parçaların oldukça pahalı olduğu belirtilmelidir.

Genellikle bu cihazların küçük bir versiyonunu üretmeye gerek yoktur. Bu durumda, bir voltaj çarpanının üretimi için, yüksek çalışma voltajına sahip - 600, 1000, 2000 V, aynı zamanda büyük boyutlara sahip eski radyo bileşenlerini kullanabilirsiniz. Bunlar eski MBG kapasitörler, D1004-D1010 tipi eski yüksek voltajlı diyot direkleri ve artık modern teknolojide kullanılmayan ve radyo marketlerinde düşük fiyatlarla satılan geçen yüzyılın benzer radyo bileşenleri olabilir. Eski radyo bileşenleri kullanılarak yapılan cihazların maliyeti de düşük olacaktır.

Basit yüksek gerilim çarpanlarında, sonraki çoğaltma için başlangıç ​​gerilimi doğrudan 220 V elektrik şebekesinden alınır.Bununla birlikte, gerilim çarpanlarını oluşturmak için yüksek gerilim parçalarının kullanılması durumunda, başlangıç ​​çoğaltma geriliminin şebekeden değil kullanılması tavsiye edilir. ev elektrik şebekesi, ancak birkaç kat arttırılmış, kullanılan yüksek gerilime dayanabilecekleri kadar parçalardır. Çarpanın girişinde artırılmış bir giriş voltajı kullanmak, çoğaltma aşamalarının sayısını azaltacak ve böylece bir voltaj çarpanı oluşturmak için kullanılan parça sayısını azaltacaktır.

Şebeke voltajını başlangıçta "çoğaltmanın" en kolay yolu, Şekil 1'de gösterildiği gibi rezonans yöntemini kullanmaktır. Bu şekilden de görüleceği üzere rezonans gerilim çarpanı 50 Hz frekans bölgesinde rezonansa sahip bir seri devredir. Bu nedenle, bu devrenin elemanlarında, bobinde veya kapasitörde artan bir voltaj olacaktır. Devrenin rezonansı ne kadar yüksek olursa, elektrik şebekesinde kullanılan 50 Hz frekansına o kadar yakın olacaktır. Bununla birlikte, ağın ve devrenin rezonans frekanslarının eşitliğinden kaçınmak gerekir, çünkü bu durumda L1 ve C1 devre elemanları üzerinde bu elemanların arızalanmasına yol açabilecek aşırı yüksek voltaj olacaktır.

L1 indüktörü olarak, bir tüp TV'nin veya alıcının filtre bobinini kullanın. Filtre bobinleri artık neredeyse hiçbir yerde kullanılmamaktadır ve piyasalardaki maliyetleri düşüktür. L1 olarak, küçük boyutlu bir ağ transformatörünün birincil sargısını veya bir tüp alıcısından veya TV'den eski bir "ses" transformatörünün anot sargısını veya TVK'nın birincil sargısını kullanmak oldukça mümkündür. C1 kondansatörünün kapasitansı, L1 endüktansının değerine ve voltaj çarpanının girişindeki istenen başlangıç ​​voltajına bağlıdır. Kapasitörün kapasitansının, örneğin 0,1 μF gibi küçük değerlerden başlayarak deneysel olarak seçilmesi önerilir. Devrenin rezonans frekansı 50 Hz olan şebeke frekansının üzerine ayarlanmalıdır. Bunun L1 bobininin çalışma koşulları üzerinde olumlu bir etkisi olacaktır. 600 ... 1000 V aralığında bir rezonans voltajı elde etmek için eski ekipmanda kullanılan çoğu filtre bobini için, C1 kondansatörünün kapasitansı 0,25 ... 2 μF aralığında olabilir. Kondansatör C1, mümkün olduğu kadar yüksek çalışma voltajına sahip olmalı, hiçbir durumda rezonans sırasında kondansatör üzerinde mevcut olan voltajdan düşük olmamalıdır.

En büyük voltaj, Şekil 1'de gösterilen devrenin elemanlarından birinde ve daha fazlasına sahip olan elemanda olacaktır. yüksek direnç alternatif akım 50 Hz. Bizim durumumuzda devrenin rezonans frekansı şebeke frekansından yüksek olduğunda bu bir kondansatör olacaktır. Kapasitör, indüktörden daha yüksek bir voltaja sahip olacaktır. önemli koşul bu elemanın güvenilir ve uzun süreli çalışması için.

Daha önce belirtildiği gibi, C1 kondansatöründe 600 ... 1000 V aralığında bir voltaj elde etmek oldukça mümkündür. Bu, devrede dört kat yerine bir voltaj katlayıcı kullanılmasına izin verecektir. Basit bir voltaj katlayıcı, Şekil 2'de gösterilmiştir. Devrede, şebeke voltajını 8 ile çarpmak yerine, C1 kondansatöründe bulunan voltajın üç katını kullanabilirsiniz (bkz. Şekil 1). Basit bir voltaj regülatörü, Şekil 3'te gösterilmektedir. Bazı durumlarda, Şekil 4'te gösterilen voltajı dört katına çıkaran bir devrenin kullanılması tavsiye edilir. Doğal olarak, bu tür çarpanları tasarlarken, bunların en az 1 MΩ dirençli akım sınırlayıcı dirençler aracılığıyla yüksek voltaj kaynağına bağlanması gerektiği unutulmamalıdır. Yüksek voltajlı gerilim kaynakları ile çalışma güvenliği için bu koşula uyulmalıdır.

Ancak şebeke voltajını her zaman rezonans devresinin elemanlarıyla çarpmamak en uygun çözümdür, bazen durum farklıdır. Bir radyo amatörünün emrinde, 200 ... 300 V gibi nispeten düşük çalışma voltajına sahip birçok diyot ve kapasitör vardır. aynı anda zirve 310 V'a ulaşacak! Ve bu, bu voltaj çarpanında kullanılan radyo bileşenlerinin arızalanmasına yol açacaktır!

Bu durumda, başka bir seçeneği kullanmak mantıklıdır: çarpanın girişindeki voltajı azaltın, ancak aynı zamanda çarpan zincirlerin sayısını artırın. Çarpanın girişindeki voltaj, bu voltaj çoğaltıcıyı Şekil 5'te gösterildiği gibi bir kapasitör voltaj bölücü aracılığıyla elektrik şebekesine bağlayarak azaltılabilir. Bu durumda, bu nedenle kapasitans oranları ve reaktansları belirleyecektir. çıkış gerilimi bölücünün çıkışında. Elbette çoğalan zincir sayısındaki artışla birlikte cihazın boyutları da artacaktır. Ancak bu, kullanılan bileşenlerin ucuzluğu ile haklı çıkarılabilir.

Gerilim çarpanları oluştururken, böyle bir zincirin güvenilirliği düşük olacağından, çalışma gerilimlerini artırmak için diyotların ve kapasitörlerin seri bağlanmasının önerilmeyeceği unutulmamalıdır. Gerilim çarpanı tasarımında çarpma aşamalarını arttırma yolunun izlenmesi daha güvenilirdir.

Edebiyat

1. Hamamböceği; hamamböceği, hamamböceği//Solak.- 1991. - 9 numara. - S.20.

2. Beletsky. P. Çarpan - hava iyonlaştırıcı//Radyo amatör. - 1995.- 10 numara. -İLE. 17.

I. Grigoriev, Belgorod

Amatör radyo pratiğinde, düşük akım düğümlerine güç sağlamak için genellikle birkaç voltaj gerekir (özel mikro devreler, preamplifikatörler vb.) ve mevcut güç kaynağı bir voltaj verir. Ek sargılı bir transformatör aramamak için voltaj çoğaltma devrelerini kullanabilirsiniz. Aşağıdaki şema:

Birkaç tane daha voltaj çoğaltma şeması sunuyoruz. Bir köprü itme-çekme voltajı ikiye katlama devresi gösterilmektedir. Bu devrede, doğrultulmuş gerilimin dalgalanma frekansı, şebeke frekansının iki katına eşittir (fn=2fc), diyotlar arasındaki ters gerilim, doğrultulmuş gerilimin 1,5 katıdır, trafo kullanım faktörü 0,64'tür. Aynı trafo sargısından çalışan ve ortak bir yüke bağlı iki seri bağlı yarım dalga devresi olarak temsil edilebilir. Orta nokta (kondansatör bağlantı noktası) ortak bir kabloya bağlanırsa, çıkış gerilimi ±U olan bir çift kutuplu kaynak elde edilir.
İkinci voltaj ikiye katlama devresi, aşağıda görebileceğiniz Şekil 2'de gösterilmiştir:
İçinde giriş (transformatörün sekonder sargısı) ve çıkış, bazı durumlarda yararlı olabilecek ortak bir noktaya sahiptir. Burada, giriş voltajının negatif yarı döngüsü sırasında, C1 kondansatörü VD2 diyotu üzerinden U-1'in genlik değerine eşit bir voltaja şarj edilir. Pozitif yarım döngü sırasında, VD2 diyotu kapalıdır ve C1 kondansatörü ikincil sargı T1 ile seri bağlanır, böylece C2 kondansatörü VD1 diyotu üzerinden voltajı iki katına çıkarmak için şarj edilir. Bu devreye başka bir diyot ve bir kapasitör ekleyerek, aşağıdaki şekillerde gösterilen voltaj üçlüleri için seçenekler elde ederiz:
Şekil 2'deki devre kademeli olabilir ve çok yüksek voltajlar elde edebilir. Böyle bir kademeli çarpan şekilde gösterilmiştir:

Bu devrede C1 dışındaki tüm kondansatörler Ui geriliminin (Uc=2Ui) iki katına kadar, C1 ise sadece Ui'ye kadar şarj olur. Bu nedenle kapasitörlerin ve diyotların çalışma gerilimi oldukça düşüktür. Diyotlardan geçen maksimum akım şu şekilde verilir:

lmaks=2.1IH ,
burada lH, yük tarafından çekilen akımdır.

Bu devredeki kapasitörlerin gerekli kapasitansı, yaklaşık formülle belirlenir:

C \u003d 2,85N * Giriş / (Kp * Uout) , MKF

N, voltajın çarpma faktörüdür;
İÇİNDE - yük akımı, mA;
Kp - izin verilen çıkış voltajı dalgalanma faktörü, %;
Uvylx-çıkış gerilimi, V.

C1 kondansatörünün kapasitansı, hesaplanan değere kıyasla 4 kat arttırılmalıdır (ancak çoğu durumda iki veya üç kat artış yeterlidir). Kondansatörler minimum kaçak akıma sahip olmalıdır (K73 tipi ve benzeri).

Köprü doğrultucuları kullanarak voltajı da çarpabilirsiniz. Şekil 6'daki aşağıdaki diyagram:

Burada, örneğin RB156, RB157 serisi ve benzerleri gibi küçük boyutlu doğrultucu köprüler almak uygundur. Kondansatörler SZ ... C6 (ve daha fazlası) - 0,22 ... 0,56 μF kapasiteli. Kondansatör plakalarındaki voltaj artışını hesaba katın ve çalışma voltajını buna göre seçin. Aynısı filtre kondansatörleri C1, C2 için de geçerlidir.

Çok düşük yük akımlarında, yarım dalga çarpanı şemasını kullanabilirsiniz:

Gerekli çıkış voltajı Uout = 0,83Uo'ya bağlı olarak, N kademe sayısı yaklaşık formülle belirlenir:

N=0,85U0/U1

U1, giriş voltajıdır.

C1 ... C3 kapasitörlerinin kapasitansı C şu şekilde hesaplanır:
C \u003d 34In * (T + 2) / U2
lH, çarpanın yük akımıdır;
U2 - R1 boyunca voltaj düşüşü (genellikle U-1'in %3...5'i içinde seçilir).

Transistör filtreleri kullanarak voltaj çarpanlarındaki dalgalanma faktörünü azaltabilirsiniz (Şekil 8),
Çıkış voltajının dalgalanmasını ve gürültüsünü önemli ölçüde azaltan ve tüm küçük ağırlık ve boyut göstergeleri ile karakterize edilen. Şimdi, 10 A'ya kadar bir yük akımında izin verilen 1,5 kV ve daha yüksek bir voltajla güçlü transistörler üretiliyor. Diyotlar, Uobr \u003d 1.5U0 ve Imax \u003d 2Iout koşulundan seçilir - C1, C2 kapasitörlerinin Kapasitansı C hesaplanır yaklaşık formülü kullanarak:

С=125In/U0

Direnç R1'in direnci 20 ... 100 ohm arasında seçilir. C3 kondansatörünün kapasitansı şu ifadeden belirlenir:

С3=0,5*10^6/(m*fc*R1)

m, doğrultucunun faz sayısıdır (t=2);
fc - çarpanın çalışma frekansı (fc=50 Hz).

Direnç R2 deneysel olarak seçilir (51 ... 75 kOhm içinde), çünkü transistör VT1'in mevcut kazancına bağlıdır. Filtre yerli transistörler KT838, KT840, KT872, KT834 ve benzerlerini kullanabilir.

GERİLİM ÇARPANLARI makalesini tartışın

Birçok elektronik mühendisi genellikle voltaj çoğaltma ilkesine dayalı güç devreleri kullanır. Sonuçta, çarpan kullanımı, cihazın ağırlığını ve boyutlarını önemli ölçüde azaltabilir. Bunun fiziğini anlamak için elektronik cihaz, bu tür yapıları inşa etmek için ana devre seçeneklerini göz önünde bulundurun. Koşullu olarak simetrik ve asimetrik çarpanlara ayrılabilirler. Asimetrik, sırayla iki türe ayrılır: birinci ve ikinci tür

Tüm tasarımlar genellikle kapasitörler ve diyotlardan oluşur, bir kilovolttan daha yüksek değerler elde etmek için özel yüksek voltajlı diyotlar ve polar olmayan kapasitörler kullanılmalıdır.

Bu tasarımlar, lazer teknolojisinde, çeşitli yüksek voltajlı tasarımlarda, örneğin, hava iyonlaştırıcılar,

Tek fazlı dengesiz çoğaltma devreleri, kapasitif bir yük ile birkaç özdeş tek uçlu doğrultma devresinin seri bağlantısıdır.

Devrede, sonraki her kapasitans daha yüksek bir değere şarj edilir. Transformatörün sekonder sargısının EMF'si a noktasından b noktasına yönlendirilirse, ilk diyot açılır ve C1 şarj olur. Bu kondansatör şu kadar şarj olur: sen transformatörün sekonder sargısındaki genliğe eşit U 2m. İkincil sargının EMF'si değiştiğinde, ikinci kapasitörün şarj akımı devreden geçecektir: nokta a, C1, VD2, C2, nokta b. Bu durumda, C2 kapasitansı UC2 ​​= U2m + UC1 = 2U2m'ye kadar yüklenir, çünkü transformatörün sekonder sargısı ve C1 tutarlı ve seri olarak bağlanır. İkincil sargının EMF yönündeki bir sonraki değişiklikle, devre boyunca C3 şarjı başlar: ikincil sargının b, C2, VD3, C3 noktası a noktası. Kondansatör C3, UC3 = U2m+UC2≈ 3U2m voltajına kadar şarj olur ve böyle devam eder. Yani, sonraki her kapasitörde, çokluk aşağıdaki formüle karşılık gelir:

Çarpılan U'nun gerekli değeri bir kaptan alınır C n

Negatif bir yarım dalga sırasında, C1 kapasitansı açık bir VD1 diyotu aracılığıyla bir U genlik değerine yüklenir. Pozitif bir yarım döngü dalgası girişe ulaştığında, C2 kapasitansı bir açık diyot VD2 aracılığıyla 2Ua değerine yüklenir. Negatif yarım döngünün bir sonraki döngüsü sırasında, SZ kapasitansı VD3 diyotu aracılığıyla 2U değerine yüklenir. Ve sonuç olarak, 2U'ya kadar bir sonraki pozitif yarım dalgada, C4 kapasitörü şarj edilir.

Çarpanın lansmanının birkaç yarım dalga periyodunda gerçekleştirileceği çok açık bir şekilde görülüyor. Sabit çıkış gerilimi, seri bağlı ve sürekli yeniden şarj edilen C2 ve C4 kapasitörlerindeki gerilimlerin toplamıdır ve 4Ua'ya eşittir.

Üst diyagramda gösterilen çarpan seri tiptedir. İkiye katlama adımı başına daha küçük kapasitör değerleri gerektiren paralel olanlar da vardır.

Çoğu zaman, radyo amatörleri seri çarpanları kullanır. Daha çok yönlüdürler, diyotlar ve kapasitörler arasındaki voltaj yaklaşık olarak eşit olarak bölünür, gerçekleştirmek mümkündür Dahaçarpma adımları Ancak paralel tasarımların avantajları vardır. Bununla birlikte, çarpma adımlarının sayısındaki artışla kapasitörlerdeki voltajdaki artış olarak büyük eksileri, kullanımlarını 20 kV'luk derecelendirmelerle sınırlar.

Şeklin ortasındaki paralel devrenin avantajları şunları içerir: yalnızca genlik gerilimi C1, SZ kapasitanslarına gelir, diyotlardaki yük aynıdır, iyi bir çıkış gerilimi kararlılığı elde edilir. Devresi aşağıda gösterilen ikinci çarpan. verme olasılığı gibi özellikleri ayırt eder. yüksek güç yapının çıkışında, kendi ellerinizle montaj kolaylığı, elemanlar arasında aynı yük dağılımı, çok sayıda dönüştürme adımı.

Köprünün iki koluna VD1 VD2 diyotlarının, diğer iki koluna da C1 C2 kondansatörlerinin bağlandığı bir köprü devresidir. Köprünün köşegenlerinden birine ikincil bir sargı, diğerine bir yük bağlanır. İkiye katlama devresi, seri bağlı ve bir sekonder sargıdan çalışan iki yarım dalga devresi olarak gösterilebilir. İlk yarım döngüde, sekonder sargının a noktasının potansiyeli b'ye göre pozitif olduğunda, VD1 valfi açılır ve C1 şarjı başlar. Bu andaki akım ikincil sargı VD1 ve C1'den geçer.

İkinci yarım döngüde, C2 yüklenir. Şarj akımı bu kondansatör ikincil sargı C2 ve VD2'den geçer. Rn1'e (yük direnci) göre C1 ve C2 seri olarak bağlanır ve yükteki U, UC1 + UC2'nin toplamına eşittir. Bu devrenin ana avantajı, iki fazlı devreye kıyasla artan dalgalanma frekansı ve transformatörün oldukça eksiksiz kullanımıdır.

Radyo amatörleri, voltaj çoğaltma ilkesi üzerine inşa edilmiş güç devreleriyle giderek daha fazla ilgilenmeye başladılar. Bu ilgi, piyasada büyük kapasiteli minyatür kapasitörlerin ortaya çıkması ve transformatör bobinlerini sarmak için kullanılan bakır telin maliyetinin artmasıyla ilişkilidir. Bahsedilen cihazların ek bir avantajı, tasarlanan ekipmanın nihai boyutlarını önemli ölçüde azaltan küçük boyutlarıdır. Gerilim çarpanı nedir? Bu cihaz, belirli bir şekilde bağlanmış kapasitörler ve diyotlardan oluşur. Aslında, düşük voltajlı bir kaynaktan yüksek olana alternatif voltajın dönüştürücüsüdür. sabit basınç. Neden bir DC voltaj çarpanına ihtiyacınız var?

uygulama alanı

Böyle bir cihaz, televizyon ekipmanında (kinoskopların anot voltaj kaynaklarında), tıbbi ekipmanda (yüksek güçlü lazerlere güç sağlamak için) ve ölçüm teknolojisinde (radyasyon ölçüm cihazları, osiloskoplar) geniş uygulama bulmuştur. Ayrıca gece görüş cihazlarında, elektroşok cihazlarında, ev ve ofis ekipmanlarında (fotokopi makineleri) vb. kullanılmaktadır. ve bu, cihazın küçük boyutları ve kütlesi ile. Bahsedilen cihazların bir diğer önemli artısı da üretim kolaylığıdır.

Şema türleri

Söz konusu cihazlar simetrik ve asimetrik olarak, birinci ve ikinci türden çarpanlara bölünmüştür. İki dengesiz devre bağlanarak simetrik bir voltaj çarpanı elde edilir. Böyle bir devre, kapasitörlerin (elektrolitler) polaritesini ve diyotların iletkenliğini değiştirir. simetrik çarpan vardır en iyi performans. Ana avantajlardan biri, doğrultulmuş voltajın dalgalanma frekansının iki katına çıkmasıdır.

Çalışma prensibi

fotoğraf gösterir en basit devre yarım dalga enstrümanı. Çalışma prensibini düşünün. Açık bir diyot D1 üzerinden negatif bir yarım döngü voltajının etkisi altında, C1 kondansatörü uygulanan voltajın genlik değerine kadar şarj olmaya başlar. Pozitif bir dalga periyodunun başladığı anda, C2 kapasitörü (D2 diyotu aracılığıyla) uygulanan voltajın iki katına kadar şarj edilir. Negatif yarım döngünün bir sonraki aşamasının başlangıcında, C3 kapasitörü şarj edilir - ayrıca iki katına kadar bir voltaj değerine kadar ve yarım döngü değiştiğinde, C4 kapasitörü de belirtilen değere kadar şarj edilir. Cihazın çalıştırılması, birkaç tam AC voltajı periyodunda gerçekleştirilir. Çıkış, sabit bir fiziksel miktardır ve serinin voltaj göstergelerinin, sürekli şarjlı kapasitörler C2 ve C4'ün toplamıdır. Sonuç olarak, girdiden dört kat daha büyük bir değer elde ederiz. Voltaj çarpanı bu şekilde çalışır.

devre hesabı

Hesaplarken, gerekli parametreleri ayarlamak gerekir: çıkış voltajı, güç, değişken giriş voltajı, boyutlar. Bazı kısıtlamalar ihmal edilmemelidir: giriş voltajı 15 kV'u, frekans aralığı 5-100 kHz'i, çıkış değeri 150 kV'u geçmemelidir. Pratikte, çıkış gücü 50 W olan cihazlar kullanılır, ancak çıkış göstergesi 200 W'a yaklaşan bir voltaj çarpanı tasarlamak gerçekçidir. Çıkış voltajının değeri doğrudan yük akımına bağlıdır ve aşağıdaki formülle belirlenir:

U çıkışı \u003d N * U girişi - (I (N3 + + 9N2 / 4 + N / 2)) / 12FC, burada

ben - yük akımı;

N, adım sayısıdır;

F - giriş voltajı frekansı;

C, jeneratörün kapasitesidir.

Böylece çıkış voltajı, akım, frekans ve adım sayısı değerlerini ayarlarsanız, gerekli hesaplamayı yapmak mümkündür.

gerilim çarpanı teorik olarak tepe AC giriş voltajına eşit bir çıkış voltajı üreten ve bir tamsayı kat artan özel bir doğrultucu devresidir; örneğin, AC giriş voltajının 2, 3 veya 4 katı. Böylece bir katlayıcı kullanarak 100Vpk'den 200Vdc veya dörtlü kullanarak 400Vdc elde edebilirsiniz. herhangi bir yük gerçek şema bu stresleri azaltır.

Voltaj çiftleyici uygulaması, 240 V AC veya 120 V AC kaynak kullanabilen bir sabit voltaj kaynağıdır. Kaynak, 240 Vac'lik bir kaynaktan yaklaşık 300 Vdc elde etmek için bir tam dalga köprü doğrultucu seçmek için bir anahtar kullanır. 120V anahtar konumu, diyot köprüsünü bir katlayıcıya yeniden bağlayarak 120V AC'den yaklaşık 300V DC sağlar. Her iki durumda da kaynak 300 Vdc sağlar. Böyle bir devre, kişisel bilgisayar gibi daha düşük voltajlı devreler için anahtarlamalı güç kaynaklarında kullanılabilir.

Aşağıdaki şekil (a)'daki yarım dalga voltaj çarpanı iki devreden oluşur: şekil (b)'deki seviye kıskacı ve şekilde değiştirilmiş biçimde gösterilen önceki bölümdeki tepe detektörü (yarım dalga doğrultucu) ​​(C). Tepe detektörüne (yarım dalga doğrultucu) kapasitör C2 eklendi.

Yukarıdaki şekle (b) bakıldığında, C2 kondansatörü AC giriş voltajının negatif yarım döngüsü sırasında 5V'a (diyot düşüşü dahil 4,3V) şarj olur. Sağ terminali, iletken bir diyot D2 aracılığıyla ortak bir kabloya bağlanır. Sol terminali, giriş AC voltajının negatif tepe noktası tarafından şarj edilir. Bu, düzleştiricinin işidir.

Pozitif yarım döngü sırasında, yukarıdaki şekil (c)'deki yarım dalga doğrultucu çalışmaya başlar. Diyot D2, ters kutuplu olduğu için devreden çıkarılır. Kondansatör C2 şimdi gerilim kaynağına seri olarak bağlanmıştır. Osilatör ve C2 kutuplarının aynı yönde olduğunu ve toplandığını unutmayın. Böylece D1 doğrultucu sinüs dalgasının tepesinde toplam 10V, jeneratörden 5V ve C2 kondansatöründen 5V görür.

D1, v(1) sinyalini iletir (aşağıdaki şekil), C1 kondansatörünü 5 VDC önyargılı sinüs dalgasının tepe noktasına şarj eder (aşağıdaki şekil v(2)). v(2) sinyali, giriş sinüs dalgasının birkaç döngüsünden sonra 10V'ta (diyot düşüşleriyle 8,6V) stabilize olan katlayıcının çıkışıdır.

Voltaj katlayıcı: v(4) girişi, v(1) kelepçe çıkışı, aynı zamanda katlayıcının çıkışı olan v(2) yarım dalga doğrultucu çıkışı. *SPICE 03255.eps C1 2 0 1000p D1 1 2 diyot C2 4 1 1000p D2 0 1 diyot V1 4 0 SIN(0 5 1k) .model diyot d .tran 0.01m 5m .end

Tam Dalga Voltajı Katlayıcı seri bağlı bir çift yarım dalga doğrultucudan oluşur (aşağıdaki şekil). Karşılık gelen alt doğrultucu, giriş sinyalinin negatif yarım döngüsü sırasında C1'i şarj eder. Üst doğrultucu, pozitif yarım döngü sırasında C2'yi şarj eder. Her kondansatör 5V'a şarj edilir (diyot düşüşü ile 4,3V). 5 noktasındaki çıkışta, seri bağlı C1 + C2 kapasitörleri toplam 10 V'luk bir voltaj verir (diyot voltaj düşüşleriyle 8,6 V).

Tam dalga voltaj katlayıcı, farklı kutuplarda çalışan iki yarım dalga doğrultucudan oluşur *SPICE 03273.eps *R1 3 0 100k *R2 5 3 100k D1 0 2 diyot D2 2 5 diyot C1 3 0 1000p C2 5 3 1000p V1 2 3 SIN(0 5 1k) .model diyot d .tran 0.01m 5m .uç

Aşağıdaki şekilde v(5) çıkışının, v(2) girişinin bir çevriminde nihai değerine ulaştığına dikkat edin.

Tam dalga voltaj katlayıcı: v(2) giriş, v(3) orta nokta voltajı, v(5) çıkış voltajı

Aşağıdaki şekil, zıt kutuplara (a) sahip bir çift yarım dalga doğrultucudan bir tam dalga katlayıcının yapımını göstermektedir. Çiftin negatif doğrultucusu netlik için yeniden çizilir (b). Her iki doğrultucu, aynı ortak kablo noktası kullanılarak (c)'de birleştirilir. (d)'de, negatif doğrultucu, aynı voltaj kaynağının pozitif doğrultucusu ile paylaşılmak üzere yeniden bağlanır. Bu, ±5V güç kaynağı sağlar (diyot düşüşleriyle 4,3V); çıkışlar arasında 10V ölçülebilmesine rağmen, zemin noktası, toprağa göre +10V olacak şekilde hareket ettirilir.

gerilim üçlüsü(aşağıdaki şekil), bir çiftleyici ve bir yarım dalga doğrultucunun (C3, D3) bir kombinasyonundan yapılmıştır. Yarım dalga doğrultucu, 3 noktasında 5V (4,3V) üretir. Katlayıcı, 2 ve 3 noktaları arasında 10V (8,6V) sağlar. Sonuç, toprağa göre 2 çıkış noktasında 10V'dur (12,9V).

Ağ listesi aşağıda gösterilmiştir.

Gerilim üçlüsü, bir doğrultucu ayağı üzerine yerleştirilmiş bir katlayıcıdan oluşur *SPICE 03283.eps C3 3 0 1000p D3 0 4 diyot C1 2 3 1000p D1 1 2 diyot C2 4 1 1000p D2 3 1 diyot V1 4 3 SIN(0 5 1k) model diyot d .tran 0.01m 5m .end

Aşağıdaki şekilde v(3)'ün ilk negatif yarım döngüde 5V'a (4,3V) yükseldiğine dikkat edin. Giriş sinyali v(4), yarım dalga doğrultucudaki 5V voltaj nedeniyle 5V (4,3V) kaydırılır. Ve seviye kıskacı (C2, D2) nedeniyle v(1)'e bir 5V daha eklenir. D1, C1'i (v(2) diyagramı) v(1) zirvesine yükler.

gerilim dört katına iki katlayıcının birleşimidir ve aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Her katlayıcı, seri bağlandığında 2. noktaya toprağa karşı 20 voltluk (17.2 volt) bir voltaj vermek için 10 volt (8.6 volt) sağlar.

Ağ listesi aşağıda gösterilmiştir.

Gerilim dörtlü, çıkış 2 noktasında seri bağlı iki katlayıcıdan oluşur *SPICE 03441.eps *SPICE 03286.eps C22 4 5 1000p C11 3 0 1000p D11 0 5 diyot D22 5 3 diyot C1 2 3 1000p D1 1 2 diyot C2 4 1 1000p D2 3 1 diyot V1 4 3 SIN(0 5 1k) .model diyot d .tran 0.01m 5m .end

Dörtlüdeki voltaj diyagramları aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. İki DC voltaj çıkışı mevcuttur: v(3), çift çıkış ve v(2), dörtlü çıkış. Bazı ara gerilimler, 5 V genliğe sahip giriş sinüs dalgasının (gösterilmemiştir) sırayla daha yüksek seviyelere kenetlendiğini göstermektedir: v(5), v(4) ve v(1). Açıkça söylemek gerekirse, v(4) bir seviye kıskacının çıktısı değildir. Bu basitçe, katlayıcının çıkışı olan v(3) ile seri bağlı bir AC gerilim kaynağıdır. Ancak v(1), v(4)'ün sabit bir versiyonudur.

Açık şu an Voltaj çarpanları hakkında birkaç açıklama yapılması gerekiyor. Örnek devrelerde kullanılan parametreler (V = 5V 1kHz, C = 1000 pF) yüksek akım sağlamaz, sadece mikroamper sağlar. Ayrıca yük dirençleri verilmemiştir. Yük, yukarıda gösterilen voltajları azaltır. Devre, örneklerde olduğu gibi düşük voltajlı, kilohertz bir kaynakla çalıştırılıyorsa, çıkışta miliamperlerin bulunmasına izin vermek için kapasitörler tipik olarak 0,1 ila 1,0 uF'dir. Çarpanlara 50/60 Hz'de enerji verilirse, yüzlerce miliamper çıkış akımı sağlamak için kapasitör birkaç yüz ila birkaç bin mikrofaraddır. Şebeke voltajıyla çalışıyorsanız, kondansatörlerin kutuplarına ve voltaj değerlerine dikkat edin.

Son olarak, doğrudan (trafo olmadan) bağlanan herhangi bir güç kaynağı, deneyi yapan kişi ve test ekipmanı için tehlikelidir. Doğrudan şebekeden çalışan endüstriyel kaynaklar güvenlidir çünkü tehlikeli planlar kullanıcı koruması için mahfazaya yerleştirilmiştir. Bu devreleri herhangi bir voltajdaki elektrolitik kapasitörlerle prototiplerken, kapasitörün polaritesi tersine çevrilirse, kapasitör patlar. Bu tür devreler koruyucu bir ekranla kapatılmalıdır.

İsteğe bağlı olarak uzun kademeli yarım dalga doğrultucuların voltaj çarpanı olarak bilinir. Cockcroft-Walton çarpanı ve aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Bu çarpan, düşük akımda yüksek voltaj gerektiğinde kullanılır. Geleneksel bir güç kaynağına göre avantajı, pahalı bir gerilim trafosu gerektirmemesidir.

Cockcroft-Walton voltaj çarpanı 8, çıkış v(8)'de D1 7 8 diyot C1 8 6 1000p D2 6 7 diyot C2 5 7 1000p D3 5 6 diyot C3 4 6 1000p D4 4 5 diyot C4 3 5 1000p D5 3 4 diyot C5 2 4 1000p D6 2 3 diyot D7 1 2 diyot C6 1 3 1000p C7 2 0 1000p C8 99 1 1000p D8 0 1 diyot V1 99 0 SIN(0 5 1k) .model diyot d .tran 0.01m 50m .end

Yukarıdaki şekilde düğüm 1 ve 2'nin solundaki diyot ve kapasitör çifti bir yarım dalga katlayıcı oluşturur. Diyotları saat yönünün tersine 45° ve alt kondansatörü 90° döndürmek, ilk resimdeki (a) gibi görünmelerini sağlar. Dört katlayıcı bölümü, 8'lik bir teorik çarpan verecek şekilde basamaklandırılmıştır. Düğüm 1'in bir kıskaç dalga biçimi vardır (gösterilmemiştir), sinüs dalgası 1x (5V) yukarı kaydırılır. Kalan tek sayılı düğümler, daha yüksek voltajlarda sırayla kenetlenmiş sinüzoidlerdir.

Düğüm 2, birinci katlayıcının çıkışı, aşağıdaki şekilde DC geriliminin iki katına, v(2) eşittir. Sonraki çift düğümler daha yüksek voltajlarla seri olarak şarj edilir: v(4), v(6), v(8).

Diyot düşüşlerini göz ardı ederek, her bir katlayıcı 2V inç veya 10V verir; gerçekten, iki diyot arasındaki voltaj düşüşlerini hesaba katarsak, (10 - 1,4) = 8,6 V. Toplam 4 katlayıcının 40 V'tan 4 8,6 \u003d 34,4 V vermesi beklenir. Yukarıdaki şekle bakarsanız, v(2) beklentileri karşılar; ancak 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.

Simülasyon süresini 50ms'ye çıkarmak için yukarıdaki ağ listesine " .tran 0.010m 50m " komutu eklendi; grafik yalnızca 40 ms göstermesine rağmen.

Cockcroft-Walton çarpanı, 2000 V'a kadar voltaj gerektiren fotoçoğaltıcı tüpler için daha verimli bir yüksek voltaj kaynağı olarak hizmet eder. dinotlar, düşük voltajlı çift düğümlere bağlantı gerektiren pinler. Çarpan katlayıcı dizisi, önceki tasarımlarda kullanılan ısıtmalı dirençli voltaj bölücünün yerini alır.

Şebekeden güç alan Cockcroft-Walton çarpanı alternatif akım, elektrostatik yükü nötralize etmek için "iyon jeneratörleri" ve hava temizleyicileri için yüksek voltaj sağlar.

Özetliyor

• Voltaj çarpanları, giriş AC voltajının tepe değerinin 2, 3, 4 vb. katına eşit bir DC voltajı üretir.
• En temel çarpan, yarım dalga katlayıcıdır.
• Tam dalga katlayıcı en iyi devre katlayıcı
• Üçleyici, bir yarım dalga katlayıcı ve geleneksel bir doğrultucu aşamasıdır (tepe detektörü).
• Dörtlü, bir çift yarım dalga katlayıcıdır.
• Uzun bir yarım dalga katlayıcı dizisi, Cockcroft-Walton çarpanı olarak bilinir.