Multiplicator de tensiune cu 8. Redresoare cu multiplicator de tensiune

Din ce în ce mai des, radioamatorii au devenit interesați de circuitele de putere care sunt construite pe principiul înmulțirii tensiunii. Acest interes este asociat cu apariția pe piață a condensatoarelor miniaturale cu capacitate mare și cu creșterea costului firului de cupru, care este folosit pentru bobinele transformatorului. Un avantaj suplimentar al dispozitivelor menționate este dimensiunile lor mici, ceea ce reduce semnificativ dimensiunile finale ale echipamentului proiectat. Ce este un multiplicator de tensiune? Acest dispozitiv este format din condensatori și diode conectate într-un anumit mod. În esență, este un convertor de tensiune alternativă de la o sursă de joasă tensiune la tensiune continuă înaltă. De ce aveți nevoie de un multiplicator de tensiune DC?

Zona de aplicare

Un astfel de dispozitiv și-a găsit o largă aplicație în echipamentele de televiziune (în sursele de tensiune anodice ale tuburilor de imagine), echipamente medicale (pentru alimentarea laserelor de mare putere) și în tehnologia de măsurare (instrumente de măsurare a radiațiilor, osciloscoape). În plus, este utilizat în dispozitive de vedere pe timp de noapte, dispozitive cu electroșoc, echipamente de uz casnic și de birou (fotocopiatoare), etc. Multiplicatorul de tensiune a câștigat o asemenea popularitate datorită capacității de a genera tensiune de până la zeci și chiar sute de mii de volți și aceasta cu dimensiuni si greutate reduse a dispozitivului. Un alt avantaj important al dispozitivelor menționate este ușurința lor de fabricare.

Tipuri de circuite

Dispozitivele luate în considerare sunt împărțite în simetrice și asimetrice, în multiplicatori de primul și al doilea fel. Un multiplicator simetric de tensiune se obține prin conectarea a două circuite asimetrice. Într-un astfel de circuit, polaritatea condensatorilor (electroliților) și conductivitatea diodelor se modifică. Multiplicatorul simetric are cele mai bune caracteristici. Unul dintre principalele avantaje este valoarea dublată a frecvenței de ondulare a tensiunii redresate.

Principiul de funcționare

Fotografia arată cel mai simplu circuit al unui dispozitiv cu jumătate de undă. Să luăm în considerare principiul de funcționare. Când se aplică o jumătate de ciclu negativ de tensiune, condensatorul C1 începe să se încarce prin dioda deschisă D1 la valoarea amplitudinii tensiunii aplicate. În momentul în care începe perioada undei pozitive, condensatorul C2 este încărcat (prin dioda D2) la dublul tensiunii aplicate. La începutul următoarei etape a semiciclului negativ, condensatorul C3 este încărcat - de asemenea, la dublul valorii tensiunii, iar când semiciclul se schimbă, condensatorul C4 este încărcat și la valoarea specificată. Dispozitivul pornește pe mai multe perioade complete de tensiune de curent alternativ. Ieșirea este o mărime fizică constantă, care este suma indicatorilor de tensiune ai condensatoarelor succesive, încărcate constant, C2 și C4. Ca rezultat, obținem o valoare de patru ori mai mare decât la intrare. Acesta este principiul pe care funcționează un multiplicator de tensiune.

Calculul circuitului

La calcul, este necesar să setați parametrii necesari: tensiune de ieșire, putere, tensiune alternativă de intrare, dimensiuni. Unele restricții nu trebuie neglijate: tensiunea de intrare nu trebuie să depășească 15 kV, frecvența sa este cuprinsă între 5-100 kHz, valoarea de ieșire nu trebuie să depășească 150 kV. În practică, sunt utilizate dispozitive cu o putere de ieșire de 50 W, deși este realist să proiectați un multiplicator de tensiune cu o valoare de ieșire care se apropie de 200 W. Valoarea tensiunii de ieșire depinde direct de curentul de sarcină și este determinată de formula:

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

I - curent de sarcină;

N - numărul de trepte;

F - frecvența tensiunii de intrare;

C este capacitatea generatorului.

Astfel, dacă setați valoarea tensiunii de ieșire, curentului, frecvenței și numărului de pași, este posibil să se calculeze

Articolul descrie principalele opțiuni pentru multiplicatorii de tensiune utilizate într-o mare varietate de dispozitive electronice și oferă rapoarte calculate. Acest material va fi de interes pentru radioamatorii implicați în dezvoltarea echipamentelor care utilizează multiplicatori.

Multiplicatorii sunt folosiți pe scară largă în dispozitivele electronice moderne. Sunt utilizate în echipamente de televiziune și medicale (surse de tensiune anodica pentru tuburi de imagine, surse de alimentare pentru lasere de putere redusă), în echipamente de măsură (osciloscoape, instrumente de măsurare a nivelului și dozelor de radiații radioactive), în aparate de vedere pe timp de noapte și dispozitive de electroșoc. , dispozitive electronice de uz casnic și de birou (ionizatoare, „candelabru lui Chizhevsky”, mașini de fotocopiat) și multe alte domenii ale tehnologiei. Acest lucru s-a întâmplat datorită principalelor proprietăți ale multiplicatorilor - capacitatea de a genera tensiune mare, de până la câteva zeci și sute de mii de volți, cu dimensiuni și greutate mici. Un alt avantaj important este ușurința lor de calcul și fabricare.

Un multiplicator de tensiune este format din diode și condensatori conectați într-un anumit mod și este un convertor de tensiune de curent alternativ de la o sursă de joasă tensiune la curent continuu de înaltă tensiune.

Principiul funcționării sale este clar din Fig. 1, care arată circuitul unui multiplicator cu jumătate de undă. Să luăm în considerare procesele care au loc în ea pas cu pas.

În timpul tensiunii negative în jumătate de ciclu, condensatorul C1 este încărcat prin dioda deschisă VD1 la valoarea amplitudinii tensiunii aplicate U. Când o tensiune pozitivă în jumătate de ciclu este aplicată la intrarea multiplicatorului, condensatorul C2 este încărcat prin dioda deschisă VD2 la o tensiune de 2Ua. În etapa următoare - semiciclul negativ - condensatorul C3 este încărcat prin dioda VD3 la o tensiune de 2U. Și în cele din urmă, în timpul următorului semiciclu pozitiv, condensatorul C4 este încărcat la o tensiune de 2U.

Evident, multiplicatorul pornește pe mai multe perioade de tensiune alternativă. Tensiunea constantă de ieșire este suma tensiunilor de pe condensatoarele C2 și C4 conectate în serie și reîncărcate constant și se ridică la 4Ua.

Arată în Fig. 1 multiplicator se referă la multiplicatori seriali. Există, de asemenea, multiplicatoare de tensiune paralele care necesită o capacitate mai mică a condensatorului pe treaptă de multiplicare. În fig. Figura 2 prezintă o diagramă a unui astfel de multiplicator cu jumătate de undă.

Cele mai utilizate sunt multiplicatoarele seriale. Sunt mai universale, tensiunea pe diode și condensatoare este distribuită uniform și se poate implementa un număr mai mare de etape de multiplicare. Multiplicatorii paraleli au și avantajele lor. Cu toate acestea, dezavantajul lor, cum ar fi creșterea tensiunii la condensatoare cu creșterea numărului de etape de multiplicare, limitează utilizarea lor la o tensiune de ieșire de aproximativ 20 kV.

În fig. Figurile 3 și 4 prezintă circuite ale multiplicatorilor cu undă completă. Avantajele primei (Fig. 3) includ următoarele: numai tensiunea de amplitudine este aplicată la condensatoarele C1, C3, sarcina pe diode este uniformă și se obține o bună stabilitate a tensiunii de ieșire. Al doilea multiplicator, al cărui circuit este prezentat în Fig. 4. Se disting prin calități precum capacitatea de a furniza putere mare, ușurința de fabricare, distribuția uniformă a sarcinii între componente și un număr mare de etape de multiplicare.

Tabelul prezintă valorile parametrilor tipice și domeniul de aplicare al multiplicatorilor de tensiune.

Atunci când calculați un multiplicator, ar trebui să setați parametrii principali ai acestuia: tensiunea de ieșire, puterea de ieșire, tensiunea de intrare AC, dimensiunile necesare, condițiile de funcționare (temperatură, umiditate).

În plus, este necesar să se țină cont de unele restricții: tensiunea de intrare nu poate fi mai mare de 15 kV, frecvența tensiunii alternative este limitată la 5... 100 kHz. tensiune de ieșire - nu mai mult de 150 kV, interval de temperatură de funcționare de la -55 la +125 * C și umiditate - 0...100%. În practică, sunt dezvoltați și utilizați multiplicatori cu o putere de ieșire de până la 50 W, deși valori de 200 W sau mai mult sunt de fapt realizabile.

Tensiunea de ieșire a multiplicatorului depinde de curentul de sarcină. Cu condiția ca tensiunea și frecvența de intrare să fie constante, se determină prin formula: Uout = N · Nin - /12FC, unde I este curentul de sarcină. A; N este numărul de etape multiplicatoare; F - frecvența tensiunii de intrare. Hz; C este capacitatea condensatorului de treaptă, f. Setarea tensiunii de ieșire, curentului. frecvența și numărul de trepte, din aceasta se calculează capacitatea necesară a condensatorului de etapă.

Această formulă este dată pentru a calcula multiplicatorul serial. În paralel, pentru a obține același curent de ieșire, capacitatea necesară este mai mică. Deci, dacă condensatorul în serie are o capacitate de 1000 pF, atunci un multiplicator paralel în trei trepte va necesita o capacitate de 1000 pF / 3 = 333 pF. În fiecare etapă ulterioară a unui astfel de multiplicator, trebuie utilizați condensatori cu o tensiune nominală mai mare.

Tensiunea inversă pe diode și tensiunea de funcționare a condensatoarelor din multiplicatorul în serie sunt egale cu oscilația completă a tensiunii de intrare.

Atunci când implementați un multiplicator în practică, trebuie acordată o atenție deosebită selecției elementelor acestuia, plasării acestora și materialelor izolante. Designul trebuie să asigure o izolație fiabilă pentru a evita apariția unei descărcări corona, care reduce fiabilitatea multiplicatorului și duce la defectarea acestuia.

Dacă este necesară modificarea polarității tensiunii de ieșire, polaritatea diodelor trebuie inversată.

Creșterea tensiunii fără transformator. Multiplicatori. Calculați online. Conversie AC/DC (10+)

Surse de alimentare fără transformator - Step-up

Acest proces este ilustrat de următoarea figură:

Zona în care sunt încărcați condensatorii C este marcată cu albastru, iar zona în roșu este locul în care eliberează sarcina acumulată la condensatorul C1 și sarcina.

Din păcate, erorile se găsesc periodic în articole, acestea sunt corectate, articolele sunt completate, dezvoltate și sunt pregătite altele noi. Abonează-te la știri pentru a fi la curent.

Dacă ceva nu este clar, asigurați-vă că întrebați!
Pune o intrebare. Discuția articolului. mesaje.

Bună seara. Indiferent cât de mult am încercat, nu am putut folosi formulele date pentru Fig. 1.2 pentru a determina valorile capacităților condensatoarelor C1 și C2 cu valorile date date în tabelul dvs. (Uin ~ 220V, Uout 15V, Iout 100mA, f 50Hz). Am o problemă, porniți bobina unui releu DC de dimensiuni mici la o tensiune de funcționare de -25V într-o rețea de ~220V, curentul de funcționare al bobinei este I= 35mA. Poate că nu fac ceva

În prezent, multe dispozitive populare de radio amatori conțin multiplicator de tensiune, transformând tensiunea rețelei electrice 220 V în tensiune înaltă 2000...4000 V. Acestea pot fi aparate destinate combaterii gandacilor, aparate pentru ionizarea aerului. Schemele unor astfel de dispozitive au fost publicate în mod repetat în literatura de radioamatori, de exemplu, în.

În dispozitivele pentru fabricarea unui multiplicator de înaltă tensiune, care este partea principală a acestor modele, se folosesc piese moderne de dimensiuni mici, astfel încât dimensiunile acestor dispozitive sunt nesemnificative. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că aproape toate piesele de înaltă tensiune de dimensiuni mici incluse în multiplicatorul de înaltă tensiune sunt destul de scumpe.

Adesea, nu este nevoie să produceți o versiune de dimensiuni mici a acestor dispozitive. În acest caz, pentru fabricarea unui multiplicator de tensiune, puteți folosi componente radio vechi care au o tensiune mare de funcționare - 600, 1000, 2000 V, dar și dimensiuni mari. Acestea ar putea fi condensatoare vechi precum MBG, coloane vechi de diode de înaltă tensiune precum D1004-D1010 și componente radio similare din secolul trecut, care acum nu sunt folosite în tehnologia modernă și sunt vândute pe piețele radio la prețuri mici. Costul dispozitivelor realizate folosind componente radio vechi va fi, de asemenea, scăzut.

La multiplicatoarele simple de înaltă tensiune, tensiunea inițială pentru înmulțirea ulterioară este preluată direct din rețeaua electrică de 220 V. Totuși, în cazul utilizării unor piese de înaltă tensiune pentru a construi multiplicatori de tensiune, este recomandabil să se folosească tensiunea inițială de multiplicare nu de la reteaua electrica casnica, dar a crescut de mai multe ori, rezista pe cat posibil la piesele de inalta tensiune folosite. Utilizarea unei tensiuni de intrare crescute la intrarea multiplicatorului va reduce numărul de etape de multiplicare și, prin urmare, va reduce numărul de piese utilizate pentru a construi un multiplicator de tensiune.

Cel mai simplu mod de a „multiplica” inițial tensiunea rețelei este utilizarea metodei rezonante, așa cum se arată în Fig. 1. După cum se poate observa din această figură, multiplicatorul de tensiune rezonantă este un circuit în serie care are rezonanță în regiunea de frecvență de 50 Hz. În consecință, va exista o tensiune crescută pe elementele acestui circuit, pe bobină sau condensator. Va fi mai mare cu cât rezonanța circuitului este mai aproape de frecvența de 50 Hz, care este utilizată în rețeaua electrică. Cu toate acestea, este necesar să se evite egalitatea frecvențelor de rezonanță ale rețelei și ale circuitului, deoarece în acest caz va exista o tensiune extrem de ridicată pe elementele circuitului L1 și C1, ceea ce poate duce la defectarea acestor elemente.

Inductanța de filtru a unui televizor sau receptor cu tub este folosită ca inductor L1. Încărcările cu filtre nu sunt acum folosite aproape niciodată nicăieri, iar costul lor pe piețe este scăzut. Este foarte posibil să folosiți ca L1 înfășurarea primară a unui transformator de rețea de dimensiuni mici sau înfășurarea anodului unui transformator „de sunet” vechi de la un receptor tub sau TV, sau înfășurarea primară a unui TVC. Capacitatea condensatorului C1 depinde de valoarea inductanței L1 și de tensiunea inițială dorită la intrarea multiplicatorului de tensiune. Este recomandabil să selectați experimental capacitatea condensatorului, pornind de la valori mici, de exemplu, de la 0,1 μF. Frecvența de rezonanță a circuitului trebuie setată peste frecvența rețelei de 50 Hz. Acest lucru va avea un efect benefic asupra condițiilor de funcționare a bobinei L1. Pentru majoritatea bobinelor de filtru utilizate în echipamentele vechi pentru a obține o tensiune de rezonanță în intervalul 600 ... 1000 V, capacitatea condensatorului C1 poate fi în intervalul 0,25 ... 2 μF. Condensatorul C1 ar trebui să aibă cea mai mare tensiune de funcționare posibilă, în orice caz nu trebuie să fie mai mică decât tensiunea existentă pe condensator în timpul rezonanței.

Cea mai mare tensiune va fi pe unul dintre elementele circuitului prezentat în Fig. 1, și pe elementul care are o rezistență mai mare la curent alternativ de 50 Hz. În cazul nostru, atunci când frecvența de rezonanță a circuitului este mai mare decât frecvența rețelei, acesta va fi un condensator. Condensatorul va avea o tensiune mai mare decât inductorul - aceasta este o condiție importantă pentru funcționarea fiabilă și pe termen lung a acestui element.

După cum sa menționat deja, este destul de posibil să se obțină o tensiune pe condensatorul C1 în intervalul 600... 1000 V. Acest lucru va permite utilizarea unui dublator de tensiune, mai degrabă decât a unui cvadruplicator în circuit. Un simplu dublator de tensiune este prezentat în Fig. 2. În circuitul de la, în loc să înmulțiți tensiunea de la rețea cu 8, puteți utiliza triplarea tensiunii existente pe condensatorul C1 (vezi Fig. 1). Un cadran simplu de tensiune este prezentat în Fig. 3. În unele cazuri, este recomandabil să utilizați un circuit de cvadruplare a tensiunii, care este prezentat în Fig. 4. Desigur, atunci când proiectăm astfel de multiplicatori, nu trebuie să uităm că aceștia trebuie să fie conectați la o sursă de înaltă tensiune prin rezistențe limitatoare de curent cu o rezistență de cel puțin 1 MOhm. Această condiție trebuie respectată pentru lucrul în siguranță cu surse de tensiune de înaltă tensiune.

Dar multiplicarea tensiunii rețelei între elementele circuitului rezonant nu este întotdeauna soluția optimă.Uneori situația este diferită. Un radioamator are la dispoziție multe diode și condensatoare care au o tensiune de funcționare relativ scăzută de 200...300 V. În acest caz, un multiplicator de tensiune asamblat folosindu-le nu poate fi conectat direct la o rețea electrică de 220 V. La urma urmei, tensiunea alternanta a retelei electrice este de 220 V. varful va atinge 310 V! Și acest lucru va duce la defecțiunea componentelor radio utilizate în acest multiplicator de tensiune!

În acest caz, este rațional să folosiți o altă opțiune: reduceți tensiunea la intrarea multiplicatorului, dar în același timp creșteți numărul de lanțuri de multiplicare. Tensiunea la intrarea multiplicatorului poate fi scăzută prin conectarea acestui multiplicator de tensiune la rețeaua electrică printr-un divizor de tensiune a condensatorului, așa cum se arată în Fig. 5. În acest caz, raportul capacităților și, prin urmare, reactanța lor, va determina tensiunea de ieșire la ieșirea divizorului. Desigur, odată cu creșterea numărului de lanțuri multiplicatoare, dimensiunile dispozitivului vor crește. Dar acest lucru poate fi justificat de costul scăzut al componentelor utilizate.

Când construiți multiplicatori de tensiune, trebuie amintit că nu este recomandat să conectați diode și condensatoare în serie pentru a le crește tensiunea de funcționare, deoarece fiabilitatea unui astfel de lanț va fi scăzută. Este mai sigur să proiectați un multiplicator de tensiune prin construirea etapelor de multiplicare.

Literatură

1. Gândacul; gândac de bucătărie, gandac//Lefty.- 1991. - Nr. 9. - P.20.

2. Beletsky. P. Multiplicator - Ionizator de aer//Radio amator. - 1995.- Nr. 10. -CU. 17.

I. Grigoriev, Belgorod