Množilac napona za 8. Množitelji napona ispravljači

Radio amateri su se sve češće počeli zanimati za strujne sklopove koji su izgrađeni na principu umnožavanja napona. Ovaj interes povezan je s pojavom na tržištu minijaturnih kondenzatora visokog kapaciteta i sve većom cijenom bakrene žice koja se koristi za namatanje zavojnica transformatora. Dodatna prednost navedenih uređaja su njihove male dimenzije, što značajno smanjuje konačne dimenzije projektirane opreme. Što je multiplikator napona? Ovaj uređaj sastoji se od kondenzatora i dioda povezanih na određeni način. U biti, to je pretvarač izmjeničnog napona iz izvora niskog napona u visoki istosmjerni napon. Zašto vam je potreban multiplikator istosmjernog napona?

Područje primjene

Takav je uređaj našao široku primjenu u televizijskoj opremi (u izvorima anodnog napona slikovnih cijevi), medicinskoj opremi (za napajanje lasera velike snage), te u mjernoj tehnici (instrumenti za mjerenje zračenja, osciloskopi). Osim toga, koristi se u uređajima za noćno gledanje, uređajima za elektrošokove, kućanskoj i uredskoj opremi (fotokopirni strojevi) itd. Multiplikator napona stekao je takvu popularnost zahvaljujući mogućnosti generiranja napona do desetaka, pa čak i stotina tisuća volti, a ovo s malim dimenzijama i težinom uređaja. Druga važna prednost navedenih uređaja je njihova jednostavnost izrade.

Vrste sklopova

Uređaji koji se razmatraju podijeljeni su na simetrične i asimetrične, na množitelje prve i druge vrste. Simetrični multiplikator napona dobiva se spajanjem dvaju nesimetričnih krugova. U jednom takvom krugu mijenja se polaritet kondenzatora (elektrolita) i vodljivost dioda. Najbolje karakteristike ima simetrični multiplikator. Jedna od glavnih prednosti je udvostručena vrijednost frekvencije valovitosti ispravljenog napona.

Princip rada

Fotografija prikazuje najjednostavniji krug poluvalnog uređaja. Razmotrimo princip rada. Kada se primijeni negativni poluciklus napona, kondenzator C1 se počinje puniti kroz otvorenu diodu D1 do vrijednosti amplitude primijenjenog napona. U trenutku kada počinje period pozitivnog vala, kondenzator C2 se puni (preko diode D2) na dvostruki primijenjeni napon. Na početku sljedećeg stupnja negativne poluperiode puni se kondenzator C3 - također na dvostruku vrijednost napona, a kada se poluperioda promijeni, kondenzator C4 također se puni na zadanu vrijednost. Uređaj se pokreće tijekom nekoliko punih perioda napona izmjenične struje. Izlaz je konstantna fizikalna veličina, koja je zbroj indikatora napona uzastopnih, stalno nabijenih kondenzatora C2 i C4. Kao rezultat, dobivamo vrijednost četiri puta veću od one na ulazu. Ovo je princip na kojem radi multiplikator napona.

Proračun strujnog kruga

Prilikom proračuna potrebno je postaviti potrebne parametre: izlazni napon, snagu, izmjenični ulazni napon, dimenzije. Ne treba zanemariti neka ograničenja: ulazni napon ne smije prelaziti 15 kV, njegova frekvencija se kreće od 5-100 kHz, izlazna vrijednost ne smije prelaziti 150 kV. U praksi se koriste uređaji s izlaznom snagom od 50 W, iako je realno dizajnirati multiplikator napona s izlaznom vrijednošću blizu 200 W. Vrijednost izlaznog napona izravno ovisi o struji opterećenja i određena je formulom:

U out = N*U in - (I (N3 + +9N2 /4 + N/2)) / 12FC, gdje

I - struja opterećenja;

N - broj koraka;

F - frekvencija ulaznog napona;

C je kapacitet generatora.

Dakle, ako postavite vrijednost izlaznog napona, struje, frekvencije i broja koraka, moguće je izračunati potrebne

U članku su opisane glavne opcije multiplikatora napona koji se koriste u raznim elektroničkim uređajima i daju se izračunati omjeri. Ovaj će materijal biti od interesa za radioamatere koji se bave razvojem opreme koja koristi množitelje.

Multiplikatori se široko koriste u modernim elektroničkim uređajima. Koriste se u televizijskoj i medicinskoj opremi (anodni izvori napona za slikovne cijevi, napajanje za lasere male snage), u mjernoj opremi (osciloskopi, instrumenti za mjerenje razine i doze radioaktivnog zračenja), u uređajima za noćno gledanje i elektrošokovima. , elektronički uređaji za kućanstvo i ured (ionizatori, "Chizhevskyjev luster", strojevi za fotokopiranje) i mnoga druga područja tehnologije. To se dogodilo zahvaljujući glavnim svojstvima množitelja - sposobnosti generiranja visokog, do nekoliko desetaka i stotina tisuća volti, napona s malim dimenzijama i težinom. Druga važna prednost je njihova jednostavnost izračuna i proizvodnje.

Množač napona sastoji se od na određeni način spojenih dioda i kondenzatora i pretvarač je izmjeničnog napona iz izvora niskog napona u istosmjernu struju visokog napona.

Princip njegovog rada je jasan sa Sl. 1, koja prikazuje krug poluvalnog množitelja. Razmotrimo procese koji se u njemu odvijaju korak po korak.

Tijekom negativnog napona poluciklusa, kondenzator C1 se puni kroz otvorenu diodu VD1 do vrijednosti amplitude primijenjenog napona U. Kada se pozitivni napon poluciklusa primijeni na ulaz množitelja, kondenzator C2 se puni kroz otvorenu diodu VD2. na napon od 2Ua. Tijekom sljedeće faze - negativnog poluciklusa - kondenzator C3 se puni kroz diodu VD3 na napon od 2U. I konačno, tijekom sljedećeg pozitivnog poluciklusa, kondenzator C4 se puni na napon od 2U.

Očito, množitelj se pokreće tijekom nekoliko razdoblja izmjeničnog napona. Konstantni izlazni napon je zbroj napona na serijski spojenim i stalno punjenim kondenzatorima C2 i C4 i iznosi 4Ua.

Prikazano na sl. 1 množitelj se odnosi na serijske množitelje. Postoje i paralelni množitelji napona koji zahtijevaju manji kapacitet kondenzatora po stupnju množitelja. Na sl. Slika 2 prikazuje dijagram takvog poluvalnog množitelja.

Najčešće korišteni su serijski množitelji. Univerzalniji su, napon na diodama i kondenzatorima je ravnomjerno raspoređen, a može se implementirati i veći broj multiplikacijskih stupnjeva. Paralelni multiplikatori također imaju svoje prednosti. Međutim, njihov nedostatak, kao što je povećanje napona na kondenzatorima s povećanjem broja stupnjeva množenja, ograničava njihovu upotrebu na izlazni napon od približno 20 kV.

Na sl. Slike 3 i 4 prikazuju sklopove punovalnih množitelja. Prednosti prvog (slika 3) uključuju sljedeće: na kondenzatore C1, C3 primjenjuje se samo amplitudni napon, opterećenje dioda je ravnomjerno i postiže se dobra stabilnost izlaznog napona. Drugi multiplikator, čiji je krug prikazan na Sl. 4. Odlikuju se takvim kvalitetama kao što su sposobnost pružanja velike snage, jednostavnost proizvodnje, ravnomjerna raspodjela opterećenja između komponenti i veliki broj faza umnožavanja.

Tablica prikazuje tipične vrijednosti parametara i opseg primjene množitelja napona.

Prilikom izračuna množitelja potrebno je postaviti njegove glavne parametre: izlazni napon, izlaznu snagu, ulazni izmjenični napon, potrebne dimenzije, radne uvjete (temperatura, vlažnost).

Osim toga, potrebno je uzeti u obzir neka ograničenja: ulazni napon ne smije biti veći od 15 kV, frekvencija izmjeničnog napona ograničena je unutar 5... 100 kHz. izlazni napon - ne više od 150 kV, raspon radne temperature od -55 do +125 * C, a vlažnost - 0...100%. U praksi se razvijaju i koriste multiplikatori s izlaznom snagom do 50 W, iako su zapravo moguće postići vrijednosti od 200 W ili više.

Izlazni napon množitelja ovisi o struji opterećenja. Pod uvjetom da su ulazni napon i frekvencija konstantni, određuje se formulom: Uout = N · Nin - /12FC, gdje je I struja opterećenja. A; N je broj stupnjeva množitelja; F - frekvencija ulaznog napona. Hz; C je kapacitet kondenzatora stupnja, f. Podešavanje izlaznog napona, struje. frekvencija i broj stupnjeva, iz njega se izračunava potreban kapacitet kondenzatora stupnja.

Ova formula je dana za izračunavanje serijskog množitelja. Paralelno, da bi se dobila ista izlazna struja, potreban je manji kapacitet. Dakle, ako serijski kondenzator ima kapacitet od 1000 pF, tada će trostupanjski paralelni multiplikator zahtijevati kapacitet od 1000 pF / 3 = 333 pF. U svakom sljedećem stupnju takvog množitelja treba koristiti kondenzatore s višim nazivnim naponom.

Reverzni napon na diodama i radni napon kondenzatora u serijskom množitelju jednaki su punom zamahu ulaznog napona.

Prilikom primjene množitelja u praksi posebnu pozornost treba posvetiti izboru njegovih elemenata, njihovom postavljanju i izolacijskim materijalima. Dizajn mora osigurati pouzdanu izolaciju kako bi se izbjegla pojava koronskog pražnjenja, što smanjuje pouzdanost množitelja i dovodi do njegovog kvara.

Ako je potrebno promijeniti polaritet izlaznog napona, potrebno je obrnuti polaritet dioda.

Povećanje napona bez transformatora. Množitelji. Izračunajte online. AC/DC pretvorba (10+)

Napajanja bez transformatora - Step-up

Ovaj proces ilustrira sljedeća slika:

Područje u kojem se kondenzatori C pune označeno je plavom bojom, a crveno područje je mjesto gdje otpuštaju akumulirani naboj na kondenzator C1 i opterećenje.

Nažalost, povremeno se u člancima nalaze pogreške, one se ispravljaju, članci se dopunjuju, razvijaju i pripremaju novi. Pretplatite se na novosti kako biste bili informirani.

Ako vam nešto nije jasno, svakako pitajte!
Pitati pitanje. Rasprava o članku. poruke.

Dobra večer. Koliko god se trudio, nisam mogao upotrijebiti dane formule za sl. 1.2 za određivanje vrijednosti kapaciteta kondenzatora C1 i C2 s danim vrijednostima podataka u vašoj tablici (Uin ~ 220V, Uout 15V, Iizlaz 100mA, f 50Hz). Imam problem, uključite zavojnicu malog istosmjernog releja na radni napon od -25V u ~220V mreži, radna struja zavojnice je I= 35mA. Možda nešto ne radim

Trenutno mnogi popularni radioamaterski uređaji sadrže multiplikator napona, pretvarajući napon električne mreže 220 V u visoki napon 2000 ... 4000 V. To mogu biti uređaji namijenjeni borbi protiv žohara, uređaji za ionizaciju zraka. Sheme takvih uređaja više su puta objavljivane u radioamaterskoj literaturi, na primjer, u.

U uređajima za proizvodnju visokonaponskog multiplikatora, koji je glavni dio ovih konstrukcija, koriste se moderni dijelovi malih dimenzija, tako da su dimenzije ovih uređaja beznačajne. Međutim, treba napomenuti da su gotovo svi visokonaponski dijelovi male veličine uključeni u visokonaponski množitelj prilično skupi.

Često nema potrebe za proizvodnjom male verzije ovih uređaja. U ovom slučaju, za proizvodnju množitelja napona, možete koristiti stare radio komponente koje imaju visoki radni napon - 600, 1000, 2000 V, ali i velike dimenzije. To mogu biti stari kondenzatori poput MBG, stari visokonaponski diodni stupovi poput D1004-D1010 i slične radio komponente prošlog stoljeća, koje se sada ne koriste u modernoj tehnologiji i prodaju se na radio tržištima po niskim cijenama. Trošak uređaja izrađenih pomoću starih radio komponenti također će biti nizak.

U jednostavnim visokonaponskim množiteljima, početni napon za naknadno množenje uzima se izravno iz električne mreže od 220 V. Međutim, u slučaju korištenja visokonaponskih dijelova za izgradnju naponskih množitelja, preporučljivo je koristiti početni napon množenja ne iz električnu mrežu kućanstva, ali povećana nekoliko puta, što je više moguće izdržati visokonaponske dijelove koji se koriste. Korištenje povećanog ulaznog napona na ulazu množitelja smanjit će broj stupnjeva množenja i time smanjiti broj dijelova koji se koriste za izgradnju množitelja napona.

Najlakši način za početno "množenje" mrežnog napona je korištenje rezonantne metode, kao što je prikazano na slici 1. Kao što se može vidjeti na ovoj slici, rezonantni multiplikator napona je serijski krug koji ima rezonanciju u frekvencijskom području od 50 Hz. Posljedično, doći će do povećanog napona na elementima ovog kruga, na zavojnici ili kondenzatoru. Ona će biti veća što je rezonancija kruga bliža frekvenciji od 50 Hz, koja se koristi u električnoj mreži. Međutim, potrebno je izbjegavati jednakost rezonancijskih frekvencija mreže i kruga, jer će u tom slučaju na elementima kruga L1 i C1 biti izrazito visok napon, što može dovesti do kvara ovih elemenata.

Filtarska prigušnica cijevnog TV-a ili prijemnika koristi se kao induktor L1. Filtarske prigušnice sada se gotovo nikada ne koriste nigdje, a njihova cijena na tržištima je niska. Sasvim je moguće koristiti kao L1 primarni namot mrežnog transformatora male veličine, ili anodni namot starog "zvučnog" transformatora iz cijevnog prijemnika ili TV-a, ili primarni namot TVC-a. Kapacitet kondenzatora C1 ovisi o vrijednosti induktiviteta L1 i željenom početnom naponu na ulazu množitelja napona. Preporučljivo je eksperimentalno odabrati kapacitet kondenzatora, počevši od malih vrijednosti, na primjer, od 0,1 μF. Rezonantna frekvencija kruga mora biti postavljena iznad frekvencije mreže od 50 Hz. To će imati povoljan učinak na radne uvjete zavojnice L1. Za većinu filterskih prigušnica koje se koriste u staroj opremi za dobivanje rezonantnog napona u rasponu od 600 ... 1000 V, kapacitet kondenzatora C1 može biti u rasponu od 0,25 ... 2 μF. Kondenzator C1 treba imati najveći mogući radni napon, u svakom slučaju ne smije biti manji od napona koji postoji na kondenzatoru tijekom rezonancije.

Najveći napon bit će na jednom od elemenata strujnog kruga prikazanog na slici 1. i to na elementu koji ima veći otpor izmjeničnoj struji od 50 Hz. U našem slučaju, kada je rezonantna frekvencija kruga veća od frekvencije mreže, to će biti kondenzator. Kondenzator će imati veći napon od induktora - ovo je važan uvjet za pouzdan i dugotrajan rad ovog elementa.

Kao što je već navedeno, sasvim je moguće dobiti napon na kondenzatoru C1 unutar raspona od 600... 1000 V. To će omogućiti korištenje udvostručitelja napona, a ne četverostrukog u krugu. Jednostavan udvostručivač napona prikazan je na sl. 2. U krugu iz, umjesto množenja mrežnog napona s 8, možete koristiti utrostručenje postojećeg napona na kondenzatoru C1 (vidi sliku 1). Jednostavni naponski kvadrant prikazan je na slici 3. U nekim slučajevima, preporučljivo je koristiti krug učetverostrukog napona, koji je prikazan na sl. 4. Naravno, pri projektiranju takvih množitelja ne smijemo zaboraviti da moraju biti spojeni na izvor visokog napona preko otpornika za ograničavanje struje s otporom od najmanje 1 MOhm. Ovaj uvjet mora se poštovati za siguran rad s izvorima visokog napona.

Ali množenje mrežnog napona na elementima rezonantnog kruga nije uvijek optimalno rješenje. Ponekad je situacija drugačija. Radioamater ima na raspolaganju mnogo dioda i kondenzatora koji imaju relativno nizak radni napon od 200 ... 300 V. U ovom slučaju, multiplikator napona sastavljen pomoću njih ne može se izravno spojiti na električnu mrežu od 220 V. Uostalom, izmjenični napon električne mreže je 220 V. vršni će dosegnuti 310 V! A to će dovesti do kvara radio komponenti koje se koriste u ovom množitelju napona!

U ovom slučaju, racionalno je koristiti drugu opciju: smanjiti napon na ulazu množitelja, ali istodobno povećati broj lanaca množenja. Napon na ulazu množitelja može se sniziti spajanjem ovog množitelja napona na električnu mrežu preko kondenzatorskog razdjelnika napona, kao što je prikazano na sl. 5. U ovom slučaju, omjer kapaciteta, a time i njihova reaktancija, odredit će izlazni napon na izlazu razdjelnika. Naravno, s povećanjem broja lanaca za množenje, dimenzije uređaja će se povećati. Ali to se može opravdati niskom cijenom korištenih komponenti.

Prilikom konstruiranja množitelja napona, treba imati na umu da se ne preporuča spajanje dioda i kondenzatora u seriju kako bi se povećao njihov radni napon, jer će pouzdanost takvog lanca biti niska. Sigurnije je projektirati množitelj napona izgradnjom stupnjeva množenja.

Književnost

1. Žohar; žohar, žohar//Ljevak.- 1991. - br.9. - Str.20.

2. Belecki. P. Multiplikator - Ionizator zraka//Radioamateri. - 1995 (prikaz).- br. 10. -S. 17.

I. Grigorjev, Belgorod