8의 전압 승수. 전압 승수 정류기

점점 더 많은 라디오 아마추어들이 전압 증폭 원리를 기반으로 구축된 전력 회로에 관심을 갖게 되었습니다. 이러한 관심은 정전용량이 높은 소형 커패시터 시장의 출현과 변압기 코일을 감는 데 사용되는 구리선의 비용 증가와 관련이 있습니다. 언급된 장치의 또 다른 장점은 크기가 작기 때문에 설계된 장비의 최종 크기가 크게 줄어든다는 것입니다. 전압 승수란 무엇입니까? 이 장치는 특정 방식으로 연결된 커패시터와 다이오드로 구성됩니다. 본질적으로 이는 저전압 소스에서 높은 직류 전압으로 교류 전압을 변환하는 변환기입니다. DC 전압 배율기가 필요한 이유는 무엇입니까?

적용분야

이러한 장치는 텔레비전 장비(영상관의 양극 전압원), 의료 장비(고출력 레이저 전원 공급용) 및 측정 기술(방사선 측정 기기, 오실로스코프)에 폭넓게 적용됩니다. 또한 야간 투시 장치, 전기 충격 장치, 가정용 및 사무용 장비(복사기) 등에 사용됩니다. 전압 증배기는 최대 수만 볼트, 심지어 수십만 볼트까지 전압을 생성할 수 있는 능력으로 인해 이러한 인기를 얻었습니다. 이는 장치의 크기와 무게가 작기 때문입니다. 언급된 장치의 또 다른 중요한 장점은 제조 용이성입니다.

회로의 종류

고려 중인 장치는 대칭형과 비대칭형으로 구분되며 첫 번째 종류와 두 번째 종류의 승수로 나뉩니다. 두 개의 비대칭 회로를 연결하여 대칭 전압 배율기를 얻습니다. 그러한 회로 중 하나에서는 커패시터(전해질)의 극성과 다이오드의 전도도가 변경됩니다. 대칭 승수는 가장 좋은 특성을 가지고 있습니다. 주요 장점 중 하나는 정류된 전압의 리플 주파수 값이 두 배로 증가한다는 것입니다.

작동 원리

사진은 반파장 장치의 가장 간단한 회로를 보여줍니다. 작동 원리를 고려해 봅시다. 음의 반주기 전압이 적용되면 커패시터 C1은 개방형 다이오드 D1을 통해 적용된 전압의 진폭 값으로 충전되기 시작합니다. 양의 파주기가 시작되는 순간 커패시터 C2는 (다이오드 D2를 통해)인가 전압의 두 배로 충전됩니다. 음의 반주기의 다음 단계가 시작될 때 커패시터 C3은 전압 값의 두 배로 충전되고, 반주기가 변경되면 커패시터 C4도 지정된 값으로 충전됩니다. 장치는 교류 전압의 여러 전체 기간에 걸쳐 시작됩니다. 출력은 연속적으로 지속적으로 충전된 커패시터 C2 및 C4의 전압 표시기의 합인 일정한 물리량입니다. 결과적으로 입력보다 4배 더 큰 값을 얻습니다. 이것이 전압 승수가 작동하는 원리입니다.

회로 계산

계산할 때 출력 전압, 전력, 교류 입력 전압, 치수 등 필수 매개변수를 설정해야 합니다. 일부 제한 사항을 무시해서는 안 됩니다. 입력 전압은 15kV를 초과해서는 안 되며, 주파수 범위는 5~100kHz, 출력 값은 150kV를 초과해서는 안 됩니다. 실제로는 50W의 출력 전력을 갖는 장치가 사용되지만 출력 값이 200W에 가까운 전압 배율기를 설계하는 것이 현실적입니다. 출력 전압의 값은 부하 전류에 직접적으로 의존하며 다음 공식에 의해 결정됩니다.

U 출력 = N*U 입력 - (I (N3 + +9N2 /4 + N/2)) / 12FC, 여기서

나 - 부하 전류;

N - 단계 수;

F - 입력 전압 주파수;

C는 발전기 용량이다.

따라서 출력 전압, 전류, 주파수 및 단계 수의 값을 설정하면 필요한 계산이 가능합니다.

이 기사에서는 다양한 전자 장치에 사용되는 전압 배율기의 주요 옵션을 설명하고 계산된 비율을 제공합니다. 이 자료는 승수를 사용하는 장비 개발에 참여하는 무선 아마추어에게 흥미로울 것입니다.

승수는 현대 전자 장치에 널리 사용됩니다. 이는 텔레비전 및 의료 장비(사진관용 양극 전압원, 저전력 레이저용 전원 공급 장치), 측정 장비(오실로스코프, 방사성 방사선의 레벨 및 선량을 측정하는 장비), 야간 투시 장치 및 전기 충격 장치에 사용됩니다. , 가정용 및 사무용 전자 기기(이오나이저, "Chizhevsky 샹들리에", 복사기) 및 기타 다양한 기술 분야. 이는 승수의 주요 속성, 즉 작은 크기와 무게로 최대 수만, 수십만 볼트의 전압을 생성하는 능력 덕분에 발생했습니다. 또 다른 중요한 장점은 계산 및 제조가 쉽다는 것입니다.

전압 증배기는 특정 방식으로 연결된 다이오드와 커패시터로 구성되며 저전압 소스에서 고전압 직류 전류로 교류 전압을 변환기입니다.

작동 원리는 그림에서 분명합니다. 그림 1은 반파장 곱셈기의 회로를 보여준다. 단계별로 발생하는 프로세스를 고려해 봅시다.

음의 반주기 전압 동안 커패시터 C1은 개방 다이오드 VD1을 통해인가된 전압 U의 진폭 값으로 충전됩니다. 양의 반주기 전압이 승산기 입력에 적용되면 커패시터 C2는 개방 다이오드 VD2를 통해 충전됩니다. 2Ua의 전압으로. 다음 단계(음의 반주기) 동안 커패시터 C3은 다이오드 VD3을 통해 2U의 전압으로 충전됩니다. 그리고 마지막으로 다음 양의 반주기 동안 커패시터 C4는 2U의 전압으로 충전됩니다.

분명히 승수는 여러 교류 전압 기간에 걸쳐 시작됩니다. 일정한 출력 전압은 직렬 연결되고 지속적으로 재충전되는 커패시터 C2 및 C4의 전압의 합이며 그 양은 4Ua입니다.

그림에 표시됩니다. 1 승수는 직렬 승수를 나타냅니다. 또한 곱셈기 단계당 더 적은 커패시터 용량을 필요로 하는 병렬 전압 곱셈기도 있습니다. 그림에서. 그림 2는 이러한 반파장 승산기의 다이어그램을 보여줍니다.

가장 일반적으로 사용되는 것은 직렬 곱셈기입니다. 이는 보다 보편적이며 다이오드와 커패시터의 전압이 균등하게 분배되며 더 많은 수의 곱셈 단계를 구현할 수 있습니다. 병렬 승수에도 장점이 있습니다. 그러나 곱셈 단계의 증가에 따라 커패시터의 전압이 증가하는 것과 같은 단점은 약 20kV의 출력 전압으로 사용을 제한합니다.

그림에서. 그림 3과 4는 전파장 승산기의 회로를 보여줍니다. 첫 번째(그림 3)의 장점은 다음과 같습니다. 진폭 전압만 커패시터 C1, C3에 적용되고 다이오드의 부하가 균일하며 출력 전압의 우수한 안정성이 달성됩니다. 두 번째 곱셈기의 회로는 그림 1에 나와 있습니다. 4. 이는 높은 전력을 제공하는 능력, 제조 용이성, 구성 요소 간의 균일한 부하 분배 및 많은 수의 곱셈 단계와 같은 품질로 구별됩니다.

표에는 일반적인 매개변수 값과 전압 승수의 적용 범위가 나와 있습니다.

승수를 계산할 때 출력 전압, 출력 전력, 입력 AC 전압, 필요한 치수, 작동 조건(온도, 습도) 등 주요 매개변수를 설정해야 합니다.

또한 몇 가지 제한 사항을 고려해야 합니다. 입력 전압은 15kV를 초과할 수 없으며 교류 전압의 주파수는 5~100kHz 이내로 제한됩니다. 출력 전압 - 150 kV 이하, 작동 온도 범위 -55 ~ +125 * C, 습도 - 0...100%. 실제로는 최대 50W의 출력 전력을 갖는 승산기가 개발되어 사용되지만 실제로는 200W 이상의 값을 달성할 수 있습니다.

승산기의 출력 전압은 부하 전류에 따라 달라집니다. 입력 전압과 주파수가 일정하다면 Uout = N · Nin - /12FC 공식으로 결정됩니다. 여기서 I는 부하 전류입니다. ㅏ; N은 승수 단계의 수입니다. F - 입력 전압 주파수. 헤르츠; C는 스테이지 커패시터의 커패시턴스, f입니다. 출력 전압, 전류를 설정합니다. 주파수와 스테이지 수로부터 스테이지 커패시터에 필요한 커패시턴스가 계산됩니다.

이 공식은 직렬 승수를 계산하기 위해 제공됩니다. 병렬로 동일한 출력 전류를 얻으려면 필요한 정전 용량이 더 적습니다. 따라서 직렬 커패시터의 커패시턴스가 1000pF인 경우 3단 병렬 곱셈기에는 1000pF/3 = 333pF의 커패시턴스가 필요합니다. 이러한 승산기의 각 후속 단계에서는 정격 전압이 더 높은 커패시터를 사용해야 합니다.

다이오드의 역전압과 직렬 승산기의 커패시터 작동 전압은 입력 전압의 풀 스윙과 같습니다.

실제로 승수를 구현할 때는 요소 선택, 배치 및 절연 재료에 특별한 주의를 기울여야 합니다. 설계는 승산기의 신뢰성을 감소시키고 고장을 초래하는 코로나 방전의 발생을 방지하기 위해 안정적인 절연을 제공해야 합니다.

출력 전압의 극성을 변경해야 하는 경우 다이오드의 극성을 반대로 바꿔야 합니다.

변압기 없이 전압을 높입니다. 승수. 온라인으로 계산하세요. AC/DC 변환 (10+)

무변압기 전원 공급 장치 - 승압

이 프로세스는 다음 그림에 설명되어 있습니다.

커패시터 C가 충전되는 영역은 파란색으로 표시되고, 빨간색 영역은 커패시터 C1과 부하에 축적된 전하를 방출하는 영역입니다.

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좋은 저녁이에요. 아무리 노력해도 그림 1.2에 주어진 공식을 사용하여 테이블에 주어진 데이터 값(Uin ~ 220V, Uout)으로 커패시터 C1 및 C2의 커패시턴스 값을 결정할 수 없었습니다. 15V, Iout 100mA, f 50Hz). 문제가 있습니다. ~220V 네트워크에서 소형 DC 릴레이의 코일을 -25V의 작동 전압으로 켜면 코일의 작동 전류는 I= 35mA입니다. 어쩌면 내가 뭔가를 하고 있지 않을 수도 있다

현재 널리 사용되는 많은 아마추어 무선 장치에는 다음이 포함되어 있습니다. 전압 승수, 전기 네트워크 220V의 전압을 다음으로 변환합니다. 높은 전압 2000...4000 V. 바퀴벌레 퇴치를 위해 설계된 장치, 공기 이온화 장치가 될 수 있습니다. 이러한 장치의 계획은 예를 들어 아마추어 무선 문헌에 반복적으로 출판되었습니다.

이러한 디자인의 주요 부분인 고전압 배율기 제조용 장치에는 최신 소형 부품이 사용되므로 이러한 장치의 크기는 중요하지 않습니다. 그러나 고전압 배율기에 포함되는 거의 모든 소형 고전압 부품은 상당히 비싸다는 점에 유의해야 합니다.

이러한 장치의 소형 버전을 생산할 필요가 없는 경우가 많습니다. 이 경우 전압 증배기를 제조하려면 작동 전압이 600, 1000, 2000V로 높지만 크기도 큰 기존 무선 구성 요소를 사용할 수 있습니다. 이는 MBG와 같은 오래된 커패시터, D1004-D1010과 같은 오래된 고전압 다이오드 열 및 지난 세기의 유사한 무선 구성 요소일 수 있으며, 이는 현재 현대 기술에 사용되지 않고 저렴한 가격으로 무선 시장에서 판매됩니다. 오래된 무선 부품을 사용하여 만든 장치의 가격도 저렴할 것입니다.

단순 고전압 배율기의 경우 후속 배율을 위한 초기 전압은 220V 전기 네트워크에서 직접 가져옵니다. 그러나 고전압 부품을 사용하여 전압 배율기를 구축하는 경우 초기 배율 전압을 사용하는 것이 좋습니다. 가정용 전기 네트워크는 사용되는 고전압 부품을 최대한 견딜 수 있도록 여러 번 증가했습니다. 승산기 입력에서 증가된 입력 전압을 사용하면 승산 단계의 수가 줄어들고 그에 따라 전압 승산기를 구축하는 데 사용되는 부품 수가 줄어듭니다.

초기에 네트워크 전압을 "증배"하는 가장 쉬운 방법은 그림 1과 같이 공진 방법을 사용하는 것입니다. 이 그림에서 볼 수 있듯이 공진 전압 배율기는 50Hz의 주파수 영역에서 공진을 갖는 직렬 회로입니다. 결과적으로 이 회로의 요소, 코일 또는 커패시터의 전압이 증가합니다. 회로의 공진이 전기 네트워크에 사용되는 50Hz의 주파수에 가까울수록 높아집니다. 그러나 네트워크와 회로의 공진 주파수가 동일하지 않도록 해야 합니다. 이 경우 회로 요소 L1 및 C1에 극도로 높은 전압이 발생하여 이러한 요소가 고장날 수 있기 때문입니다.

진공관 TV나 수신기의 필터 초크는 인덕터 L1로 사용됩니다. 필터 초크는 이제 어느 곳에서도 거의 사용되지 않으며 시장에서의 가격도 저렴합니다. 소형 네트워크 변압기의 1차 권선, 튜브 수신기나 TV의 오래된 "사운드" 변압기의 양극 권선 또는 TVC의 1차 권선을 L1으로 사용하는 것이 가능합니다. 커패시터 C1의 커패시턴스는 인덕턴스 L1의 값과 전압 배율기 입력에서 원하는 초기 전압에 따라 달라집니다. 예를 들어 0.1μF와 같은 작은 값부터 시작하여 커패시터의 커패시턴스를 실험적으로 선택하는 것이 좋습니다. 회로의 공진 주파수는 주전원 주파수 50Hz보다 높게 설정되어야 합니다. 이는 코일 L1의 작동 조건에 유익한 영향을 미칩니다. 600 ~ 1000V 범위의 공진 전압을 얻기 위해 기존 장비에 사용되는 대부분의 필터 초크의 경우 커패시터 C1의 커패시턴스는 0.25 ~ 2μF 범위에 있을 수 있습니다. 커패시터 C1은 가능한 가장 높은 작동 전압을 가져야 하며, 어떤 경우에도 공진 중에 커패시터에 존재하는 전압보다 낮아서는 안됩니다.

가장 높은 전압은 그림 1에 표시된 회로의 요소 중 하나와 50Hz의 교류 전류에 대해 더 높은 저항을 갖는 요소에 있습니다. 우리의 경우 회로의 공진 주파수가 네트워크 주파수보다 높으면 커패시터가 됩니다. 커패시터는 인덕터보다 더 높은 전압을 갖습니다. 이는 이 요소의 안정적이고 장기적인 작동을 위한 중요한 조건입니다.

이미 언급했듯이 600...1000V 범위 내에서 커패시터 C1의 전압을 얻는 것이 가능합니다. 이렇게 하면 회로에서 4배기 대신 전압 2배기를 사용할 수 있습니다. 간단한 전압 더블러가 그림 2에 나와 있습니다. 의 회로에서는 주전원 전압에 8을 곱하는 대신 커패시터 C1에 존재하는 전압을 3배로 사용할 수 있습니다(그림 1 참조). 그림 3에는 간단한 전압 사분면이 나와 있습니다. 어떤 경우에는 그림 4에 표시된 전압 4배 회로를 사용하는 것이 좋습니다. 당연히 이러한 승산기를 설계할 때 저항이 1MOhm 이상인 전류 제한 저항을 통해 고전압 소스에 연결되어야 한다는 점을 잊지 말아야 합니다. 고전압 전압원을 안전하게 사용하려면 이 조건을 준수해야 합니다.

그러나 공진 회로의 요소 전체에 네트워크 전압을 곱하는 것이 항상 최적의 솔루션은 아니며 때로는 상황이 다릅니다. 라디오 아마추어는 200~300V의 상대적으로 낮은 작동 전압을 갖는 많은 다이오드와 커패시터를 마음대로 사용할 수 있습니다. 이 경우 이를 사용하여 조립된 전압 증배기는 220V 전기 네트워크에 직접 연결할 수 없습니다. 결국, 전기 네트워크의 교류 전압은 220V입니다. 피크는 310V에 도달합니다! 그리고 이로 인해 이 전압 증배기에 사용되는 무선 구성 요소가 고장날 수 있습니다!

이 경우 다른 옵션을 사용하는 것이 합리적입니다. 승수 입력의 전압을 줄이면서 동시에 곱셈 체인 수를 늘리십시오. 그림 5와 같이 이 전압 배율기를 커패시터 전압 분배기를 통해 전기 네트워크에 연결하면 배율기 입력의 전압을 낮출 수 있습니다. 이 경우 커패시턴스의 비율과 그에 따른 리액턴스가 분배기 출력의 출력 전압을 결정합니다. 물론, 곱셈 체인의 수가 증가함에 따라 장치의 크기도 증가합니다. 그러나 이는 사용되는 구성 요소의 저렴한 비용으로 정당화될 수 있습니다.

전압 증배기를 구성할 때 작동 전압을 높이기 위해 다이오드와 커패시터를 직렬로 연결하는 것은 권장되지 않는다는 점을 기억해야 합니다. 이러한 체인의 신뢰성은 낮기 때문입니다. 곱셈 단계를 구축하여 전압 배율기를 설계하는 것이 더 안전합니다.

문학

1. 바퀴벌레; 바퀴벌레, 바퀴벌레//왼손잡이.- 1991. - 9호. - 20페이지.

2. 벨레츠키. P. 승수 - 공기 이온화 장치//아마추어 라디오. - 1995.- 10번. -와 함께. 17.