Mnożnik napięcia: zasada działania, projekt obwodu

Coraz więcej radioamatorów interesuje się obwodami mocy zbudowanymi na zasadzie mnożenia napięcia. Zainteresowanie to związane jest z pojawieniem się na rynku miniaturowych kondensatorów o dużej pojemności i zwiększeniu kosztu drutu miedzianego, który jest wykorzystywany do uzwojenia cewek transformatorowych. Dodatkową zaletą tych urządzeń jest ich niewielki rozmiar, który znacznie zmniejsza ostateczne wymiary projektowanego sprzętu. A czym jest mnożnik napięcia? To urządzenie składa się z połączonych kondensatorów i diod. W gruncie rzeczy jest to konwerter prądu zmiennego dla źródła niskonapięciowego na wysokie napięcie prądu stałego. I dlaczego potrzebujemy mnożnika napięcia prąd stały?

Zakres

Takie urządzenie znalazło szerokie zastosowanie w urządzeniach telewizyjnych (w źródłach napięcia anodowego lamp obrazowych), w sprzęcie medycznym (przy zasilaniu laserów dużej mocy), w sprzęcie pomiarowym (przyrządy do pomiaru promieniowania, oscylografy). Ponadto jest on stosowany w urządzeniach noktowizyjnych, w urządzeniach elektrowstrząsowych, sprzęcie domowym i biurowym (kserokopiarkach), itp. Mnożnik napięcia zyskał taką popularność dzięki zdolności do tworzenia napięć do dziesiątek, a nawet setek tysięcy woltów masa urządzenia. Kolejnym ważnym plusem wspomnianych urządzeń jest łatwość ich wytwarzania.

Rodzaje programów

Rozważane urządzenia są podzielone na symetryczne i asymetryczne multiplikatory pierwszego i drugiego rodzaju. Symetryczny mnożnik napięcia uzyskiwany jest poprzez połączenie dwóch obwodów asymetrycznych. Jeden taki obwód zmienia biegunowość kondensatorów (elektrolity) i przewodność diod. Mnożnik symetryczny ma najlepszą wydajność. Jedną z głównych zalet jest dwukrotność wartości częstotliwości tętnienia prostowanego napięcia.

Zasada działania

Zdjęcie przedstawia najprostszy schemat urządzenia półfalowego. Zastanów się nad zasadą działania. Pod działaniem ujemnego półokresu napięcia przez diodę otwartą D1, kondensator C1 rozpoczyna ładowanie do wartości amplitudy przyłożonego napięcia. W tym momencie, gdy zaczyna się okres fali dodatniej, kondensator C2 jest ładowany (przez diodę D2) do dwukrotności wartości przyłożonego napięcia. Na początku następnego etapu ujemnego półokresu kondensator C3 jest ładowany - również do dwukrotnej wartości napięcia, a po zmianie półokresu kondensator C4 jest również ładowany do określonej wartości. Uruchomienie urządzenia odbywa się przez kilka pełnych okresów napięcia prąd przemienny. Wyjście jest stałą wielkością fizyczną, która jest sumą indeksów napięcia kolejnych, stale ładowanych kondensatorów C2 i C4. W rezultacie otrzymujemy wartość cztery razy większą od danych wejściowych. To przez tę zasadę działa mnożnik napięcia.

Schemat obliczeń

Przy obliczaniu konieczne jest ustawienie wymaganych parametrów: napięcie wyjściowe, moc, naprzemienne napięcie wejściowe, wymiary. Nie należy lekceważyć niektórych ograniczeń: napięcie wejściowe nie powinno przekraczać 15 kV, jego częstotliwość waha się w granicach 5-100 kHz, wartość wyjściowa nie powinna przekraczać 150 kV. W praktyce stosuje się urządzenia o mocy wyjściowej 50 W, chociaż realistyczne jest zaprojektowanie mnożnika napięcia ze wskaźnikiem wyjściowym zbliżonym do 200 W. Wartość napięcia wyjściowego zależy od prądu obciążenia i jest określona wzorem:

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

I jest prądem obciążenia;

N to liczba kroków;

F jest częstotliwością napięcia wejściowego;

C - moc generatora.

Tak więc, jeśli ustawisz wartość napięcia wyjściowego, prądu, częstotliwości i liczby etapów, możliwe jest obliczenie niezbędnych pojemność kondensatora.