Bij het oplossen van circuitproblemen is het soms nodig om af te zien van het gebruik van transformatoren om de uitgangsspanning te verhogen. De reden hiervoor blijkt meestal de onmogelijkheid om step-up converters in apparaten op te nemen vanwege hun gewichts- en grootte-indicatoren. In een dergelijke situatie is de oplossing om een vermenigvuldigingscircuit te gebruiken.
Voltage Multiplier Definitie
Een apparaat, wat een elektriciteitsvermenigvuldiger betekent, is een circuit waarmee je wisselstroom of pulserende spanning kunt omzetten in gelijkstroom, maar met een hogere waarde. De toename van de waarde van de parameter aan de uitgang van het apparaat is recht evenredig met het aantal trappen van het circuit. De meest elementaire spanningsvermenigvuldiger die er bestaat, is uitgevonden door wetenschappers Cockcroft en W alton.
Moderne condensatoren ontwikkeld door de elektronica-industrie worden gekenmerkt door kleine afmetingen en relatief grote capaciteit. Dit maakte het mogelijk om veel circuits om te bouwen en het product in verschillende apparaten te introduceren. Een spanningsvermenigvuldiger werd gemonteerd op diodes en condensatoren die in hun eigen volgorde waren aangesloten.
Naast de functie van het verhogen van elektriciteit, converteren multipliers het tegelijkertijd van AC naar DC. Dit is handig omdat de algehele schakeling van de inrichting is vereenvoudigd en betrouwbaarder en compacter wordt. Met behulp van het apparaat kan een toename tot enkele duizenden volt worden bereikt.
Waar het apparaat wordt gebruikt
Vermenigvuldigers hebben hun toepassing gevonden in verschillende soorten apparaten, dit zijn: laserpompsystemen, röntgenstralingsapparatuur in hun hoogspanningseenheden, voor achtergrondverlichting van LCD-schermen, ionenpompen, lopende-golflampen, luchtionisatoren, elektrostatische systemen, deeltjesversnellers, kopieermachines, televisies en oscilloscopen met kinescopen, evenals waar hoge, lage stroom gelijkstroom nodig is.
Het principe van de spanningsvermenigvuldiger
Om te begrijpen hoe het circuit functioneert, is het beter om te kijken naar de werking van het zogenaamde universele apparaat. Hier is het aantal trappen niet precies gespecificeerd, en de output elektriciteit wordt bepaald door de formule: nUin=Uout, waarbij:
- n is het aantal aanwezige circuittrappen;
- Uin is de spanning die wordt toegepast op de ingang van het apparaat.
Op het eerste moment, wanneer de eerste, laten we zeggen, positieve halve golf naar het circuit komt, geeft de ingangstrapdiode deze door aan zijn condensator. Deze laatste wordt opgeladen tot de amplitude van de binnenkomende elektriciteit. Met een tweede negatiefhalve golf, de eerste diode is gesloten en de halfgeleider van de tweede trap laat hem naar zijn condensator gaan, die ook is opgeladen. Bovendien wordt de spanning van de eerste condensator, in serie geschakeld met de tweede, opgeteld bij de laatste en is de output van de cascade al verdubbeld in elektriciteit.
Hetzelfde gebeurt in elke volgende fase - dit is het principe van een spanningsvermenigvuldiger. En als je kijkt naar het verloop naar het einde, blijkt dat de output elektriciteit de input een bepaald aantal keer overschrijdt. Maar net als bij een transformator zal de stroomsterkte hier afnemen met een toename van het potentiaalverschil - de wet van behoud van energie werkt ook.
Schema voor het construeren van een vermenigvuldiger
De hele keten van het circuit is samengesteld uit verschillende schakels. Een schakel van de spanningsvermenigvuldiger op de condensator is een gelijkrichter van het halfgolftype. Om het apparaat te verkrijgen, zijn twee in serie geschakelde verbindingen nodig, die elk een diode en een condensator hebben. Zo'n circuit is een verdubbelaar van elektriciteit.
De grafische weergave van het spanningsvermenigvuldiger-apparaat in de klassieke versie ziet eruit met de diagonale positie van de diodes. De richting van het inschakelen van de halfgeleiders bepa alt welke potentiaal - negatief of positief - aanwezig zal zijn aan de uitgang van de vermenigvuldiger ten opzichte van zijn gemeenschappelijk punt.
Door circuits met negatieve en positieve potentialen te combineren, wordt een bipolaire spanningsverdubbelingsschakeling verkregen aan de uitgang van het apparaat. Een kenmerk van deze constructie is dat als je het niveau meetelektriciteit tussen de pool en het gemeenschappelijke punt en het overschrijdt de ingangsspanning met 4 keer, dan zal de grootte van de amplitude tussen de polen 8 keer toenemen.
In de vermenigvuldiger is het gemeenschappelijke punt (dat is verbonden met de gemeenschappelijke draad) het punt waar de uitgang van de voedingsbron is verbonden met de uitgang van een condensator die is gegroepeerd met andere in serie geschakelde condensatoren. Aan het einde ervan wordt de uitgangselektriciteit genomen op even elementen - met een even coëfficiënt, respectievelijk op oneven condensatoren, met een oneven coëfficiënt.
Pompcondensatoren in de multiplier
Met andere woorden, in het apparaat van de constante spanningsvermenigvuldiger is er een bepaald voorbijgaand proces van het instellen van de uitgangsparameter die overeenkomt met de gedeclareerde. De eenvoudigste manier om dit te zien is door de elektriciteit te verdubbelen. Wanneer via de halfgeleider D1 de condensator C1 tot zijn volledige waarde wordt opgeladen, laadt deze in de volgende halve golf, samen met de elektriciteitsbron, tegelijkertijd de tweede condensator op. C1 heeft geen tijd om zijn lading volledig af te staan aan C2, dus de uitgang heeft in eerste instantie geen dubbel potentiaalverschil.
Bij de derde halve golf wordt de eerste condensator opgeladen en past dan een potentiaal toe op C2. Maar de spanning op de tweede condensator heeft al een tegengestelde richting aan de eerste. Daarom is de uitgangscondensator niet volledig opgeladen. Bij elke nieuwe cyclus zal de elektriciteit op het C1-element naar de ingang neigen, de C2-spanning verdubbelt in grootte.
Hoevermenigvuldig vermenigvuldiger
Bij het berekenen van het vermenigvuldigingsapparaat moet u uitgaan van de initiële gegevens, namelijk: de stroom die nodig is voor de belasting (In), de uitgangsspanning (Uout), de rimpelcoëfficiënt (Kp). De minimale capaciteitswaarde van condensatorelementen, uitgedrukt in uF, wordt bepaald door de formule: С(n)=2, 85nIn/(KpUout), waarbij:
- n is het aantal keren dat de ingevoerde elektriciteit wordt verhoogd;
- In - stroom die in de belasting vloeit (mA);
- Kp – pulsatiefactor (%);
- Uout - spanning ontvangen aan de uitgang van het apparaat (V).
Door de capaciteit verkregen door berekeningen met twee of drie keer te vergroten, verkrijgt men de waarde van de capaciteit van de condensator aan de ingang van circuit C1. Met deze waarde van het element kunt u onmiddellijk de volledige waarde van de spanning aan de uitgang krijgen en niet wachten tot een bepaald aantal perioden is verstreken. Wanneer het werk van de belasting niet afhangt van de snelheid waarmee elektriciteit naar het nominale vermogen stijgt, kan de capaciteit van de condensator identiek worden genomen aan de berekende waarden.
Het beste voor de belasting als de rimpelfactor van de diodespanningsvermenigvuldiger niet hoger is dan 0,1%. Ook de aanwezigheid van rimpelingen tot 3% is bevredigend. Alle diodes van de schakeling worden uit de berekening geselecteerd, zodat ze vrijelijk bestand zijn tegen een stroomsterkte die tweemaal zo groot is als de waarde in de belasting. De formule voor het met hoge nauwkeurigheid berekenen van het apparaat ziet er als volgt uit: nUin - (In(n3 + 9n2/4 + n/2)/(12 f C))=Uout, waarbij:
- f – spanningsfrequentie bij de apparaatingang (Hz);
- C - condensatorcapaciteit (F).
Voordelen ennadelen
Over de voordelen van de spanningsvermenigvuldiger gesproken, we kunnen het volgende opmerken:
De mogelijkheid om aanzienlijke hoeveelheden elektriciteit aan de uitgang te krijgen - hoe meer schakels in de keten, hoe groter de vermenigvuldigingsfactor zal zijn
- Eenvoud van ontwerp - alles is geassembleerd op standaard links en betrouwbare radio-elementen die zelden falen.
- Gewicht - de afwezigheid van omvangrijke elementen zoals een stroomtransformator vermindert de grootte en het gewicht van het circuit.
Het grootste nadeel van een vermenigvuldigingscircuit is dat het onmogelijk is om er een grote uitgangsstroom uit te halen om de belasting van stroom te voorzien.
Conclusie
Een spanningsvermenigvuldiger kiezen voor een bepaald apparaat. het is belangrijk om te weten dat gebalanceerde circuits betere parameters hebben in termen van rimpel dan ongebalanceerde. Daarom is het voor gevoelige apparaten handiger om stabielere vermenigvuldigers te gebruiken. Asymmetrisch, makkelijk te maken, bevat minder elementen.
