Ну многие, наверняка, слышали такое слово: умножитель. Некоторые даже знают как он выглядел в старых телевизорах. Да чего там знают: даже и меняли сами когда-то.
А вот как работает умножитель напряжения сейчас мы и разберемся.
Ну в общем-то по самому названию » умножитель напряжения » и так понятно что так называют устройство, на выходе которого можно получить напряжение, в любое число раз превышающее напряжение на его входе.
Кстати: выпускаемые промышленность умножители так и маркировались: указывался коэффициент умножения и выходное напряжение. Например УН9/27 обозначает: умножение в 9 раз, на выходе 27 кВольт.
Еще один момент: умножить можно лишь переменное напряжение, но на выходе мы получим уже постоянное. Другими словами, умножитель — это устройство, преобразующее переменное напряжение в постоянное, превышающее амплитуду входного переменного напряжения. К числу достоинств можно отнести небольшие габариты и массу, стабильность работы.
✅Как сделать ГЕНЕРАТОР на МИЛЛИОН ВОЛЬТ в домашних условиях на умножителях напряжения
К недостаткам же относятся низкий ток нагрузки, небольшой КПД и, как следствие, небольшая мощность. Умножители напряжения чаще применяют в устройствах, где не требуется значительный ток в нагрузке, но важно высокое напряжение. Самый яркий пример- применение умножителя в кинескопных телевизорах: с его помощью получают напряжение для аквадага кинескопа (25 кВ) и напряжение для фокусировки кинескопа (около 8 кВ).
Итак, начнем с простого: удвоитель напряжения. Схема на рисунке ниже:
В отрицательный полупериод входного напряжения конденсатор С1 заряжается до амплитудного значения входного напряжения — Um.
Во время положительного полупериода начинает заряжаться С2 до значения UC2 = Um + UC1 = 2Um , т. е. на выходе получается удвоенное значение амплитуды входного напряжения. Все очень просто.
Если прилепить еще один диод с конденсатором, то получится утроитель напряжения:
В положительный полупериод С1 заряжается через VD1 до значения U m . В следующий полупериод С2 заряжается через VD2 до значения, равного сумме напряжений на конденсаторе С1 и U m , т. е. U C2 = U C1 + U m = 2U m .
В следующий (третий) положительный полупериод, когда прошла повторная зарядка С1 через диод VD1, диод VD2 закрывается, кондер С2 разряжается через диод VD3 на С3, зарядив последний до 2U m , т. е. до удвоенного амплитудного значения. По окончанию заряда С1 нагрузка окажется под суммарным напряжением кондеров С1 и С3.
Поскольку на С3 удвоенное значение напряжения, на нагрузке выделяется напряжение Uвых = UC1 + UC3 = 3Um .
Ну и так далее: добавляя по диоду с конденсатором получаем следующий коэффициент умножения.
Внимание: до амплитудного значения напряжения заряжается только первый конденсатор.
На каждом последующем напряжение больше на величину входного. Другими словами, необходимо обеспечить защиту схемы от электрического пробоя, т. е. использовать диоды и конденсаторы на соответствующее напряжение.
⚡ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР ТДКС ⚡ Что с ним можно сделать?
Источник: radio-uchebnik.ru
Как работает умножитель напряжения в телевизоре
Умножитель напряжения — схема выпрямителя особого типа, амплитуда напряжение на выходе которой теоретически в целое число раз выше, чем на входе. То есть, с помощью удвоителя напряжения можно получить 200 В постоянного тока из 100 В переменного тока источника, а с помощью умножителя на четыре — 400 В постоянного. Это если не учитывать падение напряжения на диодах (0,7В на каждом).
В реальных схемах любая нагрузка будет уменьшать полученное напряжение. Умножитель содержит в себе конденсаторы и диоды. Нагрузочная способность умножителя пропорциональна частоте, величине емкости входящих в его состав конденсаторов и обратно пропорциональна числу звеньев.
А теперь, к Вашему вниманию — «экспонаты» коллекции:
- Удвоитель напряжения Латура-Делона-Гренашера
Особенности: хорошая нагрузочная способность.
Несимметричный умножитель напряжения (Кокрофта-Уолтона)
Особенности: универсальность, низкая нагрузочная способность.
Генераторы Кокрофта-Уолтона применяются во многих областях техники, в частности, в лазерных системах, в источниках высокого напряжения, в системах рентгеновского излучения, подсветке жидкокристаллических экранов, лампах бегущей волны, ионных насосах, электростатических системах, ионизаторах воздуха, ускорителях частиц, копировальных аппаратах, осциллографах, телевизорах и во многих других устройствах, где необходимо одновременно высокое напряжение и постоянный ток.
Особенности: хорошая нагрузочная способность.
Утроитель, 2-й вариант
Особенности: хорошая нагрузочная способность.
Утроитель, 3-й вариант
Особенности: хорошая нагрузочная способность.
Умножитель на 4, 1-й вариант
Особенности: симметричная схема, хорошая нагрузочная способность.
Умножитель на 4, 2-й вариант
Особенности: симметричная схема, хорошая нагрузочная способность.
Умножитель на 4, 3-й вариант
Особенности: симметричная схема, хорошая нагрузочная способность, две полярности относительно общей точки.
Умножитель на 5, 1-й вариант
Особенности: хорошая нагрузочная способность.
Умножитель на 6, 1-й вариант
Особенности: хорошая нагрузочная способность.
Умножитель на 6, 2-й вариант
Особенности: симметричная схема, хорошая нагрузочная способность, две полярности относительно общей точки.
Умножитель на 8, 1-й вариант
Особенности: симметричная схема, хорошая нагрузочная способность.
Умножитель на 8, 2-й вариант
Особенности: симметричная схема, хорошая нагрузочная способность, две полярности относительно общей точки.
Умножитель напряжения Шенкеля – Вилларда
Особенности: симметричная схема, превосходная нагрузочная способность, ступенчатое увеличение напряжения на каждом звене.
Умножитель со ступенчатой нагрузочной способностью
Особенности: нагрузочная характеристика имеет две области — область низкой мощности – в диапазоне выходных напряжений от 2U до U и область повышенной мощности – при выходном напряжении ниже U.
Выпрямитель с вольтодобавкой
Особенности: наличие дополнительного маломощного выхода с удвоенным напряжением питания.
Умножитель из диодных мостов
Особенности: хорошая нагрузочная способность. Одна из классических схем умножения напряжения в высоковольтных источниках питания для физических экспериментов. На рисунке изображен удвоитель напряжения, но число каскадов в умножителе может быть увеличено.
Вас может заинтересовать:
- Мощный преобразователь 12V / ±30V
- Сетевой адаптер с гальванической развязкой
- Зарядное устройство-автомат
- СОС — сигнализатор отключения сети
- Миниатюрный блок питания 5-12 В
Источник: www.radioman-portal.ru
Умножители напряжения. Виды и работа. Применение и расчет
После появления на мировом электронном рынке конденсаторов миниатюрного размера и большой емкости открылись перспективы их использования в самых различных целях. Одна из областей применения этих радиотехнических изделий – изготовление специальных приборов, получивших название «умножители напряжения» (УН). Основу таких устройств составляют диоды и конденсаторы, включенные в общую цепь в определенном порядке.
Как работают умножители напряжения
УН разрабатывались для специальных схем, позволяющих повысить уровень напряжения на выходе в несколько раз по отношению к входному сигналу. Реализовать такую возможность удалось за счет использования эффекта накопления энергии на обкладках высоковольтных конденсаторов небольших размеров.
Большинство существующих схем умножителей напряжения одновременно выполняют функцию выпрямления, поскольку в их составе имеются полупроводниковые диоды.
Принцип работы этих приборов сводится к постепенному накапливанию зарядов на обкладках конденсаторов, включенных в последовательную цепочку (на «Схеме 1» их 4 звена по две штуки). Разрядные процессы, характерные для конденсаторов, блокируются посредством диодов, включенных в обратном направлении. В результате этого ток разряда накопительных элементов практически отсутствует, что позволяет увеличить заряд на обкладках конденсаторов практически вдвое.
Работа отдельного звена умножения
Для понимания принципа работы умножителя напряжения (Схема 1) рассмотрим процессы, протекающие в одном звене однополупериодной схемы:
- Во время действия отрицательной волны входного напряжения диод VD1 открывается, что приводит к появлению зарядного тока через конденсатор C1.
- Он будет заряжаться до тех пор, пока уровень напряжения на его обкладках не сравняется с амплитудным значением входного потенциала.
- Как только синусоида на входе звена умножителя изменит свою полярность на положительное значение – через диод VD2 начнет заряжаться второй конденсатор (C2).
- Из-за имеющегося на C1 заряда потенциал на C2 будет в два раза больше поданного на вход напряжения.
При очередном отрицательном полупериоде до удвоенного значения начнет заряжаться конденсатор C3, установленный в следующем звене умножителя напряжения и т. д. Схожим образом проходят процессы во второй емкости всех последующих звеньев.
Для выхода умножителя на «рабочий режим» достаточно, чтобы на его вход поступило несколько полных периодов колебаний напряжения. Этого обычно хватает для того, чтобы ток достиг нужной амплитуды, а конденсаторы зарядились до полного входного напряжения. В результате описанных процессов величина потенциала на выходе каждого такого звена увеличивается практически вдвое.
При желании иметь гораздо большее его значение – достаточно объединить в последовательную цепочку несколько таких электронных узлов. Если для умножения потребуется получить нечетный коэффициент – к нагрузке подключаются конденсаторы, расположенные в верхней ветке на схеме. При четном передаточном числе, наоборот, потребуется задействовать элементы, расположенные в нижней ее части.
Какими бывают умножители напряжения
Все известные УН по принципу действия делятся на умножители последовательного и параллельного типа. По особенностям построения схем умножения они подразделяются на однополупериодные устройства и их двухполупериодные аналоги.
Описанные выше схемные решения относятся к последовательному типу. По своей конструкции они существенно отличаются от приборов в параллельном исполнении. Умножители напряжения второго типа построены на тех же электронных элементах, но порядок их включения по однополупериодной схеме несколько изменен (Схема 2).
Отличительная особенность параллельных схемных решений – допустимость использования конденсаторов меньшей емкости и размеров. При их работе умножаемый и выпрямляемый сигналы проходят сразу по двум параллельным цепочкам общей схемы, а затем суммируются на выходной емкости.
Несмотря на достоинство умножителей этого типа, их последовательные аналоги пользуются большей популярностью. К их преимуществам следует отнести:
- Универсальность применения.
- Равномерность распределения напряжения на отдельных элементах.
- Возможность использования большого количества ступеней (звеньев), выбираемого по необходимости.
Предпочтительность умножителей последовательного типа также объясняется наличием у параллельных решений одного существенного недостатка. Дело в том, что в этих схемах с увеличением числа звеньев напряжение не может возрастать до слишком высоких значений. Как правило, оно ограничивается определенной величиной, не превышающей 20 кВ.
Двухполупериодные умножители напряжения
Две схемные разновидности таких УН на (Схеме 3). К достоинствам первого из представленных вариантов умножителей, отличающегося простотой своего устройства, относят:
- На отдельных конденсаторах схемы (на С1 и С3, в частности) действует пониженное напряжение, что повышает надежность и экономичность всего УН.
- Токовая нагрузка на все диоды распределяется равномерно.
- При такой схеме включения обеспечивается высокая стабильность выходного напряжения.
Схема второго типа отличается от первой более сложным устройством и четким разделением на две части, каждая из которых пропускает только один полупериод волны.
К плюсам этого схемного решения относятся следующие его достоинства:
- Возможность получать на выходных клеммах сигнал большей мощности (в сравнении с однополупериодным аналогом).
- Простота изготовления умножителя напряжения.
- Равномерность распределения токовых нагрузок между элементами схемы.
- Возможность использования большого числа ступеней умножения. Благодаря этому удается создать приборы, обеспечивающие получение высоковольтного сигнала нужного уровня.
Особенности расчета схем УН разных модификаций
Рассчитать умножители напряжения последовательного типа можно только в том случае, если известны следующие рабочие параметры устройств:
- Выходное напряжение и требуемая мощность.
- Предполагаемые габариты устройства.
- Входное напряжение.
- Условия, в которых будет эксплуатироваться умножитель. Под этим фактором понимаются температура среды в месте установки УН и влажность окружающего воздуха.
Согласно действующим нормативам входное напряжение при расчетах должно выбираться не более 15 кВ, а частота не может отклоняться от стандартных 50 кГц на значительную величину. Выходное напряжение ограничено показателем 150 кВ, а рабочий диапазон температур составляет от -55 до +125°C.
При определении допустимой мощности УН исходят из того, что для большинства устройств этот показатель варьируется в пределах от 50 до 200 Вт (в зависимости от типа прибора). Для расчета используется формула, определяющая зависимость выходного напряжения от следующих параметров:
- Количество ступеней.
- Номиналы емкостей.
- Частота входного сигнала.
- Значение тока в нагрузке.
Это выражение имеет следующий вид:
Uвых = NUвх I(N3+9N2/4+N/2)/12FC.
В этой формуле I означает ток нагрузки, а N – число ступеней. F – это частота входного напряжения в герцах, а C соответствует емкости одного конденсатора ступени. Если известны значения четырех первых расчетных показателей – можно без труда определить требуемую емкость в одном звене.
В параллельном варианте УН для получения тех же выходных параметров потребуется другая емкость. Ее значение выбирается примерно в три раза меньше, чем в предыдущем случае.
При проектировании умножителей напряжения любого типа следует помнить о том, что в каждой последующей ступени устанавливаются конденсаторы с большим предельным напряжением.
В ходе сборки устройства особое внимание уделяется подбору качественных комплектующих, а также их грамотному размещению в пределах схемы. Другой важный вопрос, касающийся сборки УН – хорошая изоляция отдельных элементов. Пренебрежение этим фактором нередко приводит к высоковольтному пробою накопительных элементов на корпуса соседних деталей или на общую шину. А это в свою очередь может привести к выходу из строя всего устройства УН.
Где применяются УН
Умножитель напряжения последовательного типа, состоящие из включенных один за другим звеньев (так называемые «цепочки Кокрофта-Уолтона») широко применяются в электронике и электротехнике. Они нередко используются для следующих практических целей:
- В качестве источников высокого напряжения в трубках фотоэлектронных умножителей, работающих с напряжениями до 2000 В.
- Для оформления отдельных отводов от четных узлов устройства с более низкими рабочими напряжениями.
- Для получения аналога удвоителя напряжения, изготавливаемого на полупроводниковых диодах и т.п.
Умножители напряжения Кокрофта-Уолтона, работающие от промышленных сетей, позволяют получать высоковольтный сигнал для ионных генераторов. Последние широко используются с для нейтрализации опасной для чувствительных микросхем электростатики, например. Помимо этого они устанавливаются в современных очистителях окружающего воздуха.
Похожие темы:
- Умножители частоты. Способы преобразования и особенности
- Замбониев столб. Устройство и применение. Особенности
- Генератор Тестатика. Устройство и работа. Особенности
- Генератор Маркса. Работа и применение. Особенности
- Преобразователь напряжения 12-220 (Инвертор). Виды и параметры
- Осцилляторы. Виды и устройство. Принцип действия
- Преобразователи напряжения. Виды и устройство. Работа
Источник: electrosam.ru