Sprieguma reizinātājs ar 8. Sprieguma reizinātāja taisngrieži

Arvien biežāk radioamatieri ir sākuši interesēties par strāvas ķēdēm, kas veidotas pēc sprieguma reizināšanas principa. Šī interese ir saistīta ar miniatūru kondensatoru ar lielu kapacitāti parādīšanos tirgū un pieaugošajām vara stieples izmaksām, ko izmanto transformatoru spoļu uztīšanai. Papildu priekšrocība minētajām ierīcēm ir to mazie izmēri, kas būtiski samazina projektētās iekārtas gala izmērus. Kas ir sprieguma reizinātājs? Šī ierīce sastāv no kondensatoriem un diodēm, kas savienoti noteiktā veidā. Būtībā tas ir mainīga sprieguma pārveidotājs no zemsprieguma avota uz augstu tiešo spriegumu. Kāpēc jums ir nepieciešams līdzstrāvas sprieguma reizinātājs?

Pielietojuma zona

Šāda ierīce ir atradusi plašu pielietojumu televīzijas iekārtās (attēlu lampu anoda sprieguma avotos), medicīnas iekārtās (lieljaudas lāzeru darbināšanai) un mērīšanas tehnoloģijā (radiācijas mērinstrumenti, osciloskopi). Turklāt to izmanto nakts redzamības ierīcēs, elektrošoka ierīcēs, mājsaimniecības un biroja iekārtās (fotokopētāji) uc Sprieguma reizinātājs ir ieguvis tādu popularitāti, pateicoties spējai ģenerēt spriegumu līdz pat desmitiem un pat simtiem tūkstošu voltu, un tas ir ar maziem ierīces izmēriem un svaru. Vēl viena svarīga minēto ierīču priekšrocība ir to izgatavošanas vienkāršība.

Ķēžu veidi

Aplūkojamās ierīces ir sadalītas simetriskās un asimetriskās, pirmā un otrā veida reizinātājos. Simetrisks sprieguma reizinātājs tiek iegūts, savienojot divas asimetriskas ķēdes. Vienā šādā shēmā mainās kondensatoru (elektrolītu) polaritāte un diožu vadītspēja. Simetriskajam reizinātājam ir vislabākās īpašības. Viena no galvenajām priekšrocībām ir rektificētā sprieguma pulsācijas frekvences dubultā vērtība.

Darbības princips

Fotoattēlā redzama vienkāršākā pusviļņa ierīces shēma. Apskatīsim darbības principu. Kad tiek pielikts negatīvs sprieguma puscikls, kondensators C1 caur atvērto diodi D1 sāk uzlādēties līdz pielietotā sprieguma amplitūdas vērtībai. Brīdī, kad sākas pozitīvā viļņa periods, kondensators C2 tiek uzlādēts (caur diodi D2) līdz divkāršam pieliktajam spriegumam. Negatīvā pusperioda nākamā posma sākumā tiek uzlādēts kondensators C3 - arī līdz divkāršai sprieguma vērtībai, un, mainoties pusperiodam, arī kondensators C4 tiek uzlādēts līdz norādītajai vērtībai. Ierīce ieslēdzas vairākos pilnos maiņstrāvas sprieguma periodos. Izvade ir nemainīgs fiziskais lielums, kas ir secīgu, pastāvīgi uzlādētu kondensatoru C2 un C4 sprieguma indikatoru summa. Rezultātā mēs iegūstam vērtību, kas ir četras reizes lielāka nekā ievadē. Tas ir princips, pēc kura darbojas sprieguma reizinātājs.

Ķēdes aprēķins

Aprēķinot, ir jāiestata nepieciešamie parametri: izejas spriegums, jauda, maiņstrāvas ieejas spriegums, izmēri. Nevajadzētu atstāt novārtā dažus ierobežojumus: ieejas spriegums nedrīkst pārsniegt 15 kV, tā frekvence svārstās no 5-100 kHz, izejas vērtība nedrīkst pārsniegt 150 kV. Praksē tiek izmantotas ierīces ar izejas jaudu 50 W, lai gan ir reāli izstrādāt sprieguma reizinātāju ar izejas vērtību, kas tuvojas 200 W. Izejas sprieguma vērtība ir tieši atkarīga no slodzes strāvas, un to nosaka pēc formulas:

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

I - slodzes strāva;

N - soļu skaits;

F - ieejas sprieguma frekvence;

C ir ģeneratora jauda.

Tādējādi, ja iestatāt izejas sprieguma vērtību, strāvu, frekvenci un soļu skaitu, ir iespējams aprēķināt nepieciešamo

Rakstā ir aprakstītas galvenās iespējas sprieguma reizinātājiem, ko izmanto dažādās elektroniskās ierīcēs, un sniegtas aprēķinātās attiecības. Šis materiāls būs interesants radioamatieriem, kas iesaistīti tādu iekārtu izstrādē, kurās tiek izmantoti reizinātāji.

Reizinātājus plaši izmanto mūsdienu elektroniskajās ierīcēs. Tos izmanto televīzijas un medicīnas iekārtās (anoda sprieguma avoti attēlu lampām, barošanas avots mazjaudas lāzeriem), mērīšanas iekārtās (osciloskopi, radioaktīvā starojuma līmeņa un devu mērīšanas instrumenti), nakts redzamības ierīcēs un elektrošoka ierīcēs. , sadzīves un biroja elektroniskās ierīces (jonizatori, "Čiževska lustra", kopēšanas iekārtas) un daudzas citas tehnoloģiju jomas. Tas notika, pateicoties galvenajām reizinātāju īpašībām - spējai radīt augstu, līdz pat vairākiem desmitiem un simtiem tūkstošu voltu spriegumu ar maziem izmēriem un svaru. Vēl viena svarīga priekšrocība ir to aprēķinu un ražošanas vienkāršība.

Sprieguma reizinātājs sastāv no noteiktā veidā savienotām diodēm un kondensatoriem, un tas ir maiņstrāvas sprieguma pārveidotājs no zemsprieguma avota uz augstsprieguma līdzstrāvu.

Tās darbības princips ir skaidri redzams attēlā. 1, kas parāda pusviļņu reizinātāja ķēdi. Apskatīsim tajā notiekošos procesus soli pa solim.

Negatīvā pusperioda sprieguma laikā kondensators C1 tiek uzlādēts caur atvērto diodi VD1 līdz pieliktā sprieguma U amplitūdas vērtībai. Kad reizinātāja ieejai tiek pielikts pozitīvs pusperioda spriegums, kondensators C2 tiek uzlādēts caur atvērto diodi VD2. līdz spriegumam 2Ua. Nākamajā posmā - negatīvā pusperioda laikā - kondensators C3 tiek uzlādēts caur diodi VD3 līdz spriegumam 2U. Un visbeidzot, nākamā pozitīvā pusperioda laikā kondensators C4 tiek uzlādēts līdz 2U spriegumam.

Acīmredzot reizinātājs ieslēdzas vairākos mainīga sprieguma periodos. Pastāvīgais izejas spriegums ir sērijveidā pieslēgtu un pastāvīgi uzlādētu kondensatoru C2 un C4 spriegumu summa, un tas ir 4Ua.

Attēlā parādīts. 1 reizinātājs attiecas uz sērijas reizinātājiem. Ir arī paralēli sprieguma reizinātāji, kuriem ir nepieciešama mazāka kondensatora jauda uz vienu reizinātāja pakāpi. Attēlā 2. attēlā parādīta šāda pusviļņa reizinātāja diagramma.

Visbiežāk izmantotie ir sērijas reizinātāji. Tie ir universālāki, spriegums uz diodēm un kondensatoriem tiek sadalīts vienmērīgi, un var realizēt lielāku skaitu reizināšanas posmu. Paralēlajiem reizinātājiem ir arī savas priekšrocības. Tomēr to trūkums, piemēram, sprieguma pieaugums uz kondensatoriem, palielinoties reizināšanas pakāpju skaitam, ierobežo to izmantošanu līdz aptuveni 20 kV izejas spriegumam.

Attēlā 3. un 4. attēlā parādītas pilna viļņa reizinātāju shēmas. Pirmā (3. att.) priekšrocības ietver: kondensatoriem C1, C3 tiek pielikts tikai amplitūdas spriegums, diožu slodze ir vienmērīga, tiek panākta laba izejas sprieguma stabilitāte. Otrais reizinātājs, kura ķēde ir parādīta attēlā. 4. Tās izceļas ar tādām īpašībām kā spēja nodrošināt lielu jaudu, ražošanas vienkāršība, vienmērīgs slodzes sadalījums starp komponentiem un liels pavairošanas posmu skaits.

Tabulā parādītas tipiskās parametru vērtības un sprieguma reizinātāju pielietojuma joma.

Aprēķinot reizinātāju, jāiestata tā galvenie parametri: izejas spriegums, izejas jauda, ieejas maiņstrāvas spriegums, nepieciešamie izmēri, darbības apstākļi (temperatūra, mitrums).

Turklāt ir jāņem vērā daži ierobežojumi: ieejas spriegums nedrīkst būt lielāks par 15 kV, maiņstrāvas sprieguma frekvence ir ierobežota 5... 100 kHz robežās. izejas spriegums - ne vairāk kā 150 kV, darba temperatūras diapazons no -55 līdz +125 * C, un mitrums - 0...100%. Praksē tiek izstrādāti un izmantoti reizinātāji ar izejas jaudu līdz 50 W, lai gan faktiski ir sasniedzamas vērtības 200 W vai vairāk.

Reizinātāja izejas spriegums ir atkarīgs no slodzes strāvas. Ja ieejas spriegums un frekvence ir nemainīgi, to nosaka pēc formulas: Uout = N · Nin - /12FC, kur I ir slodzes strāva. A; N ir reizinātāja posmu skaits; F - ieejas sprieguma frekvence. Hz; C ir pakāpes kondensatora kapacitāte, f. Izejas sprieguma, strāvas iestatīšana. frekvenci un pakāpju skaitu, no tā tiek aprēķināta vajadzīgā pakāpes kondensatora kapacitāte.

Šī formula ir dota, lai aprēķinātu sērijas reizinātāju. Paralēli, lai iegūtu tādu pašu izejas strāvu, vajadzīgā kapacitāte ir mazāka. Tātad, ja sērijas kondensatora kapacitāte ir 1000 pF, tad trīspakāpju paralēlajam reizinātājam būs nepieciešama kapacitāte 1000 pF / 3 = 333 pF. Katrā nākamajā šāda reizinātāja posmā jāizmanto kondensatori ar lielāku nominālo spriegumu.

Reversais spriegums uz diodēm un kondensatoru darba spriegums sērijas reizinātājā ir vienāds ar pilnu ieejas sprieguma svārstību.

Praktiski ieviešot reizinātāju, īpaša uzmanība jāpievērš tā elementu izvēlei, to izvietojumam un izolācijas materiāliem. Dizainam jānodrošina uzticama izolācija, lai izvairītos no korona izlādes, kas samazina reizinātāja uzticamību un noved pie tā atteices.

Ja ir nepieciešams mainīt izejas sprieguma polaritāti, diožu polaritāte ir jāmaina.

Sprieguma palielināšana bez transformatora. Reizinātāji. Aprēķiniet tiešsaistē. AC/DC konvertēšana (10+)

Beztransformatora barošanas avoti — pastiprināšana

Šo procesu ilustrē šāds attēls:

Apgabals, kurā kondensatori C tiek uzlādēti, ir atzīmēti zilā krāsā, un apgabals ar sarkanu ir vieta, kur tie atbrīvo uzkrāto lādiņu kondensatoram C1 un slodzei.

Diemžēl rakstos periodiski tiek konstatētas kļūdas, tās tiek labotas, raksti tiek papildināti, izstrādāti un sagatavoti jauni. Abonējiet jaunumus, lai būtu informēti.

Ja kaut kas nav skaidrs, noteikti jautājiet!
Uzdod jautājumu. Raksta diskusija. ziņas.

Labvakar. Lai arī kā es centos, nevarēju izmantot 1.2. attēlā dotās formulas, lai noteiktu kondensatoru C1 un C2 kapacitātes vērtības ar jūsu tabulā norādītajām datu vērtībām (Uin ~ 220V, Uout 15V, izeja 100mA, f 50Hz). Man ir problēma, ieslēdziet maza izmēra līdzstrāvas releja spoli uz -25V darba spriegumu ~220V tīklā, spoles darba strāva ir I= 35mA. Varbūt es kaut ko nedaru

Pašlaik daudzas populāras radioamatieru ierīces satur sprieguma reizinātājs, pārveidojot elektrotīkla spriegumu 220 V uz augstsprieguma 2000...4000 V. Tās var būt ierīces, kas paredzētas prusaku apkarošanai, ierīces gaisa jonizācijai. Šādu ierīču shēmas ir vairākkārt publicētas radioamatieru literatūrā, piemēram, in.

Ierīcēs no augstsprieguma reizinātāja ražošanai, kas ir šo konstrukciju galvenā daļa, tiek izmantotas modernas maza izmēra detaļas, tāpēc šo ierīču izmēri ir nenozīmīgi. Tomēr jāņem vērā, ka gandrīz visas maza izmēra augstsprieguma daļas, kas iekļautas augstsprieguma reizinātājā, ir diezgan dārgas.

Bieži vien nav nepieciešams ražot šo ierīču maza izmēra versiju. Šajā gadījumā sprieguma reizinātāja ražošanai varat izmantot vecus radio komponentus, kuriem ir augsts darba spriegums - 600, 1000, 2000 V, bet arī lieli izmēri. Tie varētu būt veci kondensatori, piemēram, MBG, vecās augstsprieguma diožu kolonnas, piemēram, D1004-D1010 un līdzīgas pagājušā gadsimta radio komponentes, kuras tagad netiek izmantotas mūsdienu tehnoloģijās un tiek pārdotas radio tirgos par zemām cenām. Zemas būs arī ierīču izmaksas, kas izgatavotas, izmantojot vecos radio komponentus.

Vienkāršos augstsprieguma reizinātājos sākotnējais spriegums turpmākai reizināšanai tiek ņemts tieši no 220 V elektrotīkla. Taču gadījumā, ja sprieguma pavairotāju izbūvei izmanto augstsprieguma daļas, vēlams izmantot sākotnējo pavairošanas spriegumu nevis no plkst. mājsaimniecības elektrotīklu, bet palielinājies vairākas reizes, iespēju robežās izturēt izmantotās augstsprieguma daļas. Paaugstināta ieejas sprieguma izmantošana reizinātāja ieejā samazinās reizināšanas posmu skaitu un tādējādi samazinās sprieguma reizinātāja izveidošanai izmantoto detaļu skaitu.

Vienkāršākais veids, kā sākotnēji “pavairot” tīkla spriegumu, ir izmantot rezonanses metodi, kā parādīts 1. att. Kā redzams no šī attēla, rezonanses sprieguma reizinātājs ir virknes ķēde, kuras rezonanse ir 50 Hz frekvences reģionā. Līdz ar to būs paaugstināts spriegums uz šīs ķēdes elementiem, uz spoles vai kondensatora. Tas būs lielāks, jo tuvāk ķēdes rezonanse ir 50 Hz frekvencei, kas tiek izmantota elektrotīklā. Tomēr ir jāizvairās no tīkla un ķēdes rezonanses frekvenču vienlīdzības, jo šajā gadījumā ķēdes elementos L1 un C1 būs ārkārtīgi augsts spriegums, kas var izraisīt šo elementu atteici.

Caurules televizora vai uztvērēja filtra drosele tiek izmantota kā induktors L1. Filtru droseles tagad gandrīz nekur neizmanto, un to izmaksas tirgos ir zemas. Pilnīgi iespējams kā L1 izmantot maza izmēra tīkla transformatora primāro tinumu vai vecā “skaņas” transformatora anoda tinumu no lampas uztvērēja vai televizora, vai TVC primāro tinumu. Kondensatora C1 kapacitāte ir atkarīga no induktivitātes L1 vērtības un vēlamā sākuma sprieguma sprieguma reizinātāja ieejā. Kondensatora kapacitāti vēlams izvēlēties eksperimentāli, sākot no mazām vērtībām, piemēram, no 0,1 μF. Ķēdes rezonanses frekvence jāiestata virs tīkla frekvences 50 Hz. Tas labvēlīgi ietekmēs spoles L1 darbības apstākļus. Lielākajai daļai filtru droseles, ko izmanto vecās iekārtās, lai iegūtu rezonanses spriegumu diapazonā no 600 ... 1000 V, kondensatora C1 kapacitāte var būt diapazonā no 0,25 ... 2 μF. Kondensatoram C1 jābūt ar augstāko iespējamo darba spriegumu, jebkurā gadījumā tas nedrīkst būt mazāks par spriegumu, kas atrodas uz kondensatora rezonanses laikā.

Visaugstākais spriegums būs vienam no 1. attēlā redzamajiem ķēdes elementiem un elementam, kuram ir lielāka pretestība pret maiņstrāvu 50 Hz. Mūsu gadījumā, kad ķēdes rezonanses frekvence ir augstāka par tīkla frekvenci, tas būs kondensators. Kondensatoram būs lielāks spriegums nekā induktors - tas ir svarīgs nosacījums šī elementa uzticamai un ilgstošai darbībai.

Kā jau minēts, ir pilnīgi iespējams iegūt kondensatora C1 spriegumu diapazonā no 600... 1000 V. Tas ļaus ķēdē izmantot sprieguma dubultotāju, nevis četrkāršotāju. Vienkāršs sprieguma dubultotājs parādīts 2. att. Ķēdē no tā vietā, lai tīkla spriegumu reizinātu ar 8, varat izmantot kondensatora C1 sprieguma trīskāršošanu (sk. 1. att.). Vienkāršs sprieguma kvadrants parādīts 3. att. Dažos gadījumos ir vēlams izmantot sprieguma četrkāršošanas ķēdi, kas parādīta 4. att. Protams, projektējot šādus reizinātājus, mēs nedrīkstam aizmirst, ka tiem jābūt savienotiem ar augstsprieguma avotu caur strāvu ierobežojošiem rezistoriem ar pretestību vismaz 1 MOhm. Šis nosacījums ir jāievēro, lai droši strādātu ar augstsprieguma avotiem.

Bet tīkla sprieguma reizināšana starp rezonanses ķēdes elementiem ne vienmēr ir optimālais risinājums.Dažreiz situācija ir atšķirīga. Radioamatiera rīcībā ir daudz diožu un kondensatoru, kuriem ir salīdzinoši zems darba spriegums 200...300 V. Šajā gadījumā ar to palīdzību samontētu sprieguma reizinātāju nevar tieši pieslēgt 220 V elektrotīklam. Galu galā elektrotīkla maiņspriegums ir 220 V. maksimums sasniegs 310 V! Un tas izraisīs šajā sprieguma reizinātājā izmantoto radio komponentu atteici!

Šajā gadījumā ir racionāli izmantot citu iespēju: samazināt spriegumu reizinātāja ieejā, bet tajā pašā laikā palielinot reizināšanas ķēžu skaitu. Spriegumu pie reizinātāja ieejas var pazemināt, pieslēdzot šo sprieguma reizinātāju elektrotīklam caur kondensatora sprieguma dalītāju, kā parādīts 5. att. Šajā gadījumā kapacitātes attiecība un līdz ar to arī to pretestība noteiks izejas spriegumu pie dalītāja izejas. Protams, palielinoties pavairošanas ķēžu skaitam, palielināsies ierīces izmēri. Bet to var attaisnot ar izmantoto komponentu zemajām izmaksām.

Veidojot sprieguma reizinātājus, jāatceras, ka nav ieteicams virknē savienot diodes un kondensatorus, lai palielinātu to darba spriegumu, jo šādas ķēdes uzticamība būs zema. Sprieguma reizinātāju ir drošāk veidot, izveidojot reizināšanas pakāpes.

Literatūra

1. Tarakāns; tarakāns, tarakāns//Kreilis.- 1991. - 9.nr. - P.20.

2. Beļetskis. P. Reizinātājs - Gaisa jonizators//Radioamatieris. - 1995. gads.- Nr.10. -AR. 17.

I. Grigorjevs, Belgoroda