Feszültségszorzó 8-cal. Feszültségszorzó egyenirányítók

A rádióamatőrök egyre gyakrabban érdeklődnek a feszültségszorzás elvén épülő áramkörök iránt. Ez az érdeklődés a nagy kapacitású miniatűr kondenzátorok piaci megjelenéséhez és a transzformátortekercsek tekercselésére használt rézhuzal árának növekedéséhez kapcsolódik. Az említett készülékek további előnye kis méretük, ami jelentősen csökkenti a tervezett berendezés végleges méreteit. Mi az a feszültségszorzó? Ez az eszköz meghatározott módon csatlakoztatott kondenzátorokból és diódákból áll. Lényegében egy alacsony feszültségű forrásból magas egyenfeszültségre váltakozó feszültség átalakítója. Miért van szükség egyenfeszültség-szorzóra?

Alkalmazási terület

Egy ilyen eszköz széles körben alkalmazott televíziós berendezésekben (képcsövek anódfeszültségforrásaiban), orvosi berendezésekben (nagy teljesítményű lézerek táplálására), valamint méréstechnikában (sugárzásmérő műszerek, oszcilloszkópok). Ezen túlmenően éjjellátó készülékekben, elektromos sokkoló eszközökben, háztartási és irodai berendezésekben (fénymásolók) stb. használják. A feszültségsokszorozó olyan népszerűségre tett szert, hogy képes akár több tíz, sőt több százezer voltos feszültséget generálni, ill. ez a készülék kis méretei és súlya mellett. Az említett eszközök másik fontos előnye a könnyű gyártás.

Az áramkörök típusai

A vizsgált eszközök szimmetrikusra és aszimmetrikusra oszthatók, első és második típusú szorzókra. Két aszimmetrikus áramkör összekapcsolásával szimmetrikus feszültségszorzót kapunk. Az egyik ilyen áramkörben a kondenzátorok (elektrolitok) polaritása és a diódák vezetőképessége megváltozik. A szimmetrikus szorzó a legjobb tulajdonságokkal rendelkezik. Az egyik fő előnye az egyenirányított feszültség hullámzási frekvenciájának megkétszereződése.

Működés elve

A képen egy félhullámú eszköz legegyszerűbb áramköre látható. Nézzük a működési elvet. Ha negatív félciklusú feszültséget alkalmazunk, a C1 kondenzátor a nyitott D1 diódán keresztül töltődni kezd a rákapcsolt feszültség amplitúdóértékére. Abban a pillanatban, amikor a pozitív hullám periódusa elkezdődik, a C2 kondenzátor (a D2 diódán keresztül) a rákapcsolt feszültség kétszeresére töltődik. A negatív félciklus következő szakaszának elején a C3 kondenzátor feltöltődik - szintén a feszültség kétszeresére, és amikor a félciklus megváltozik, a C4 kondenzátor is feltöltődik a megadott értékre. A készülék a váltakozó áramú feszültség több teljes periódusa alatt indul el. A kimenet egy állandó fizikai mennyiség, amely az egymást követő, folyamatosan töltött C2 és C4 kondenzátorok feszültségmutatóinak összege. Ennek eredményeként négyszer nagyobb értéket kapunk, mint a bemeneten. Ezen az elven működik a feszültségsokszorozó.

Áramkör számítás

A számítás során be kell állítani a szükséges paramétereket: kimeneti feszültség, teljesítmény, váltakozó bemeneti feszültség, méretek. Néhány korlátozást nem szabad figyelmen kívül hagyni: a bemeneti feszültség nem haladhatja meg a 15 kV-ot, frekvenciája 5-100 kHz, a kimeneti érték nem haladhatja meg a 150 kV-ot. A gyakorlatban 50 W kimenő teljesítményű készülékeket használnak, bár reális a 200 W-ot megközelítő kimeneti értékű feszültségszorzó tervezése. A kimeneti feszültség értéke közvetlenül függ a terhelési áramtól, és a képlet határozza meg:

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

I - terhelési áram;

N - lépések száma;

F - bemeneti feszültség frekvencia;

C a generátor kapacitása.

Így ha beállítja a kimeneti feszültség, áram, frekvencia és lépésszám értékét, akkor kiszámítható a szükséges

A cikk leírja a különféle elektronikus eszközökben használt feszültségszorzók főbb lehetőségeit, és megadja a számított arányokat. Ez az anyag érdekes lesz a rádióamatőrök számára, akik olyan berendezések fejlesztésében vesznek részt, amelyek szorzót használnak.

A szorzót széles körben használják a modern elektronikai eszközökben. Televíziós és orvosi berendezésekben (képcsövek anódfeszültségforrásai, kis teljesítményű lézerek tápellátása), mérőberendezésekben (oszcilloszkópok, radioaktív sugárzás szintjének és dózisának mérésére szolgáló műszerek), éjjellátó készülékekben és elektrosokk-berendezésekben használják őket. , háztartási és irodai elektronikai eszközök (ionizátorok, "Chizhevsky csillár", fénymásológépek) és a technológia sok más területe. Ez a szorzók fő tulajdonságainak köszönhetően történt - a képesség, hogy magas, akár több tíz és több százezer voltos feszültséget, kis méretű és súlyú feszültséget generálnak. Egy másik fontos előny a könnyű kiszámíthatóság és gyártás.

A feszültségszorzó bizonyos módon csatlakoztatott diódákból és kondenzátorokból áll, és egy kisfeszültségű forrásból nagyfeszültségű egyenáramra váltakozó áramú feszültség átalakítója.

A működési elve az ábrán látható. 1, amely egy félhullám-szorzó áramkörét mutatja. Lépésről lépésre tekintsük át a benne lezajló folyamatokat.

Negatív félciklusú feszültség alatt a C1 kondenzátor a VD1 nyitott diódán keresztül a rákapcsolt U feszültség amplitúdóértékére töltődik. Ha pozitív félciklusú feszültséget kapcsolunk a szorzóbemenetre, a C2 kondenzátor a VD2 nyitott diódán keresztül töltődik fel. 2Ua feszültségre. A következő szakaszban - a negatív félciklusban - a C3 kondenzátor a VD3 diódán keresztül 2U feszültségre töltődik. És végül, a következő pozitív félciklus során a C4 kondenzátor 2U feszültségre töltődik.

Nyilvánvaló, hogy a szorzó több váltakozó feszültség alatt indul el. Az állandó kimeneti feszültség a sorosan kapcsolt és folyamatosan újratöltött C2 és C4 kondenzátorok feszültségeinek összege, és 4Ua.

ábrán látható. Az 1 szorzó a soros szorzókra vonatkozik. Vannak párhuzamos feszültségszorzók is, amelyek szorzófokozatonként kisebb kondenzátorkapacitást igényelnek. ábrán. A 2. ábra egy ilyen félhullám-szorzó diagramját mutatja.

A leggyakrabban használt soros szorzók. Univerzálisabbak, a diódákon és a kondenzátorokon egyenletesen oszlik el a feszültség, és nagyobb számú szorzási fokozat valósítható meg. A párhuzamos szorzóknak is megvannak a maga előnyei. Azonban hátrányuk, mint például a kondenzátorok feszültségének növekedése a szorzási fokozatok számának növekedésével, alkalmazásukat körülbelül 20 kV kimeneti feszültségre korlátozza.

ábrán. A 3. és 4. ábra a teljes hullámú szorzók áramköreit mutatja. Az első (3. ábra) előnyei a következők: a C1, C3 kondenzátorokra csak amplitúdó feszültség kerül, a diódák terhelése egyenletes, és a kimeneti feszültség jó stabilitása érhető el. A második szorzó, amelynek áramköre az ábrán látható. 4. Olyan tulajdonságokkal különböztetik meg őket, mint a nagy teljesítmény biztosításának képessége, a gyártás egyszerűsége, az alkatrészek közötti egyenletes terheléselosztás és a sok szorzási fokozat.

A táblázat a jellemző paraméterértékeket és a feszültségszorzók alkalmazási körét mutatja.

A szorzószám kiszámításakor be kell állítani a fő paramétereit: kimeneti feszültség, kimeneti teljesítmény, bemeneti váltakozó feszültség, szükséges méretek, működési feltételek (hőmérséklet, páratartalom).

Ezenkívül figyelembe kell venni néhány korlátozást: a bemeneti feszültség legfeljebb 15 kV lehet, a váltakozó feszültség frekvenciája 5... 100 kHz-en belül korlátozott. kimeneti feszültség - legfeljebb 150 kV, üzemi hőmérséklet tartomány -55 és +125 * C között, és páratartalom - 0...100%. A gyakorlatban 50 W-ig terjedő kimenőteljesítményű szorzókat fejlesztenek és használnak, bár a 200 W-os vagy nagyobb értékek ténylegesen elérhetők.

A szorzó kimeneti feszültsége a terhelési áramtól függ. Feltéve, hogy a bemeneti feszültség és frekvencia állandó, a következő képlet határozza meg: Uout = N · Nin - /12FC, ahol I a terhelési áram. A; N a szorzófokozatok száma; F - bemeneti feszültség frekvencia. Hz; C a fokozati kondenzátor kapacitása, f. A kimeneti feszültség, áram beállítása. frekvenciát és fokozatok számát, ebből számítják ki a fokozatkondenzátor szükséges kapacitását.

Ez a képlet a soros szorzó kiszámítására szolgál. Ezzel párhuzamosan az azonos kimeneti áram eléréséhez a szükséges kapacitás kisebb. Tehát, ha a soros kondenzátor kapacitása 1000 pF, akkor egy háromfokozatú párhuzamos szorzóhoz 1000 pF / 3 = 333 pF kapacitás szükséges. Az ilyen szorzó minden következő szakaszában nagyobb névleges feszültségű kondenzátorokat kell használni.

A diódák fordított feszültsége és a soros szorzóban lévő kondenzátorok üzemi feszültsége megegyezik a bemeneti feszültség teljes lendületével.

A szorzó gyakorlati megvalósítása során kiemelt figyelmet kell fordítani elemeinek kiválasztására, elhelyezésére, szigetelőanyagaira. A kialakításnak megbízható szigetelést kell biztosítania, hogy elkerülje a koronakisülés előfordulását, ami csökkenti a szorzó megbízhatóságát és meghibásodásához vezet.

Ha módosítani kell a kimeneti feszültség polaritását, akkor a diódák polaritását meg kell fordítani.

Feszültségnövelés transzformátor nélkül. Szorzók. Számíts online. AC/DC átalakítás (10+)

Transzformátor nélküli tápegységek - Step-up

Ezt a folyamatot a következő ábra szemlélteti:

Az a terület, ahol a C kondenzátorok töltődnek, kékkel van jelölve, és a pirossal az a terület, ahol a felgyülemlett töltést a C1 kondenzátornak és a terhelésnek adják le.

Sajnos a cikkekben időszakonként előfordulnak hibák, ezeket javítják, kiegészítik, fejlesztik, újakat készítenek. Iratkozzon fel a hírekre, hogy tájékozódjon.

Ha valami nem világos, kérdezz nyugodtan!
Kérdezzen. A cikk megvitatása. üzenetek.

Jó estét. Bármennyire is próbálkoztam, nem tudtam az 1.2. ábrához megadott képletekkel meghatározni a C1 és C2 kondenzátorok kapacitásának értékét az Ön táblázatában megadott adatértékekkel (Uin ~ 220V, Uout 15V, Iout 100mA, f 50Hz). Olyan problémám van, hogy ~220V hálózatban egy kis méretű DC relé tekercsét kapcsold be -25V üzemi feszültségre, a tekercs üzemi árama I= 35mA. Lehet, hogy nem csinálok valamit

Jelenleg sok népszerű rádióamatőr készülék tartalmaz feszültség szorzó, átalakítva az elektromos hálózat feszültségét 220 V-ra magasfeszültség 2000...4000 V. Ezek lehetnek csótányok leküzdésére tervezett eszközök, légionizációs eszközök. Az ilyen eszközök sémáit többször publikálták a rádióamatőr szakirodalomban, például ben.

A nagyfeszültségű multiplikátor gyártására szolgáló eszközökben, amelyek ezeknek a terveknek a fő részét képezik, modern, kis méretű alkatrészeket használnak, így ezeknek az eszközöknek a méretei jelentéktelenek. Meg kell azonban jegyezni, hogy a nagyfeszültségű szorzóban található szinte minden kisméretű nagyfeszültségű alkatrész meglehetősen drága.

Gyakran nincs szükség kis méretű változatok gyártására ezekből az eszközökből. Ebben az esetben a feszültségszorzó gyártásához régi rádióalkatrészeket használhat, amelyek nagy üzemi feszültséggel rendelkeznek - 600, 1000, 2000 V, de nagy méretűek is. Ezek lehetnek régi kondenzátorok, például MBG, régi nagyfeszültségű diódaoszlopok, mint a D1004-D1010 és hasonló múlt századi rádióalkatrészek, amelyeket ma már nem használnak a modern technológia, és alacsony áron értékesítik a rádiópiacokon. A régi rádióalkatrészek felhasználásával készült eszközök ára is alacsony lesz.

Az egyszerű nagyfeszültségű szorzókban az utólagos szorzás kezdeti feszültségét közvetlenül a 220 V-os elektromos hálózatról veszik, azonban nagyfeszültségű alkatrészek feszültségszorzók építésére történő felhasználása esetén célszerű a kezdeti szorzófeszültséget nem a 220 V-os elektromos hálózatról venni. a háztartási elektromos hálózat, de többszörösére nőtt, amennyire csak lehetséges, ellenálljon a használt nagyfeszültségű alkatrészeknek. A megnövelt bemeneti feszültség használata a szorzó bemenetén csökkenti a szorzási fokozatok számát, és ezáltal csökkenti a feszültségsokszorozó felépítéséhez használt alkatrészek számát.

A hálózati feszültség kezdeti „megszorzásának” legegyszerűbb módja a rezonancia módszer, ahogy az 1. ábrán látható. Amint az ábrán látható, a rezonanciafeszültség-szorzó egy soros áramkör, amelynek rezonanciája az 50 Hz frekvenciatartományban van. Következésképpen ennek az áramkörnek az elemein, a tekercsen vagy a kondenzátoron megnövekszik a feszültség. Minél nagyobb lesz, minél közelebb van az áramkör rezonanciája az elektromos hálózatban használt 50 Hz-es frekvenciához. Azonban el kell kerülni a hálózat és az áramkör rezonanciafrekvenciáinak egyenlőségét, mivel ebben az esetben rendkívül magas feszültség lesz az L1 és C1 áramköri elemeken, ami ezeknek az elemeknek a meghibásodásához vezethet.

A csöves TV vagy vevő szűrőfojtóját L1 induktorként használják. A szűrőfojtókat ma már szinte soha nem használják sehol, és a piaci áraik is alacsonyak. L1-ként teljesen használható egy kis méretű hálózati transzformátor primer tekercse, vagy egy régi „hang” transzformátor anódtekercse egy csővevőről vagy TV-ről, vagy egy TVC primer tekercséről. A C1 kondenzátor kapacitása az L1 induktivitás értékétől és a feszültségszorzó bemenetén lévő kívánt kezdeti feszültségtől függ. A kondenzátor kapacitását célszerű kísérletileg kiválasztani, kis értékektől kezdve, például 0,1 μF-tól. Az áramkör rezonanciafrekvenciáját az 50 Hz-es hálózati frekvencia fölé kell beállítani. Ez jótékony hatással lesz az L1 tekercs működési feltételeire. A legtöbb régi berendezésben használt szűrőfojtó esetében a 600 ... 1000 V tartományban lévő rezonanciafeszültség eléréséhez a C1 kondenzátor kapacitása 0,25 ... 2 μF tartományban lehet. A C1 kondenzátornak a lehető legmagasabb üzemi feszültséggel kell rendelkeznie, semmi esetre sem lehet kisebb, mint a kondenzátoron a rezonancia során meglévő feszültség.

A legnagyobb feszültség az 1. ábrán látható áramkör egyik elemén, illetve azon az elemen lesz, amelyik nagyobb, 50 Hz-es váltóárammal szemben ellenálló. Esetünkben, amikor az áramkör rezonanciafrekvenciája nagyobb, mint a hálózati frekvencia, akkor kondenzátor lesz. A kondenzátor feszültsége nagyobb, mint az induktoré - ez fontos feltétele az elem megbízható és hosszú távú működésének.

Amint már említettük, a C1 kondenzátoron 600...1000 V tartományba eső feszültséget lehet elérni. Ez lehetővé teszi, hogy az áramkörben feszültségduplázó helyett négyszeresítőt használjunk. Egy egyszerű feszültségduplázó látható a 2. ábrán. Az áramkörben a hálózati feszültség 8-cal való megszorzása helyett a C1 kondenzátoron lévő feszültség megháromszorozását használhatja (lásd 1. ábra). Egy egyszerű feszültségkvadráns látható a 3. ábrán. Bizonyos esetekben célszerű a feszültség megnégyszerező áramkör alkalmazása, amely a 4. ábrán látható. Természetesen az ilyen szorzók tervezésénél nem szabad megfeledkezni arról, hogy azokat legalább 1 MOhm ellenállású áramkorlátozó ellenállásokon keresztül nagyfeszültségű forráshoz kell kötni. Ezt a feltételt be kell tartani a nagyfeszültségű feszültségforrásokkal végzett biztonságos munkavégzés érdekében.

De nem mindig az optimális megoldás a hálózati feszültség megszorzása a rezgőkör elemei között, néha más a helyzet. Egy rádióamatőrnek sok olyan dióda és kondenzátor áll rendelkezésére, amelyeknek viszonylag alacsony, 200...300 V üzemi feszültsége van. Ilyenkor az ezek felhasználásával összeállított feszültségszorzót nem lehet közvetlenül 220 V-os elektromos hálózatra kötni. az elektromos hálózat váltakozó feszültsége 220 V. a csúcs eléri a 310 V-ot! És ez a feszültségszorzóban használt rádióalkatrészek meghibásodásához vezet!

Ebben az esetben ésszerű egy másik lehetőség alkalmazása: csökkentse a feszültséget a szorzó bemenetén, ugyanakkor növelje a szorzóláncok számát. A szorzó bemenetén lévő feszültség csökkenthető, ha ezt a feszültségszorzót kondenzátoros feszültségosztón keresztül csatlakoztatjuk az elektromos hálózathoz, az 5. ábra szerint. Ebben az esetben a kapacitások aránya, és így a reaktanciájuk határozza meg a kimeneti feszültséget az osztó kimenetén. Természetesen a szorzóláncok számának növekedésével az eszköz méretei növekedni fognak. De ez indokolható a felhasznált alkatrészek alacsony költségével.

Feszültségszorzók felépítésekor emlékezni kell arra, hogy nem ajánlott a diódákat és a kondenzátorokat sorba kötni az üzemi feszültség növelése érdekében, mivel egy ilyen lánc megbízhatósága alacsony lesz. A feszültségszorzót biztonságosabb szorzófokozatok kiépítésével tervezni.

Irodalom

1. Csótány; csótány, csótány//Balty.- 1991. - 9. sz. - 20. o.

2. Beletsky. P. Szorzó - Légionizátor//Amatőr rádió. - 1995.- 10. sz. -VAL VEL. 17.

I. Grigorjev, Belgorod