en spændingsmultiplikator er et specialiseret ensretterkredsløb, der producerer et output, der teoretisk er et heltal gange AC peak input, for eksempel 2, 3 eller 4 gange AC peak input. Det er således muligt at få 200 VDC fra en 100 VPEAK AC-kilde ved hjælp af en doubler, 400 VDC fra en firdobler. Enhver belastning i et praktisk kredsløb vil sænke disse spændinger.

Vi gennemgår først flere typer spændingsmultiplikatorer-spændingsdobbler (halv – og fuldbølge), spændingstripler og spændings firdobler-lav derefter nogle generelle noter om spændingsmultiplikatorsikkerhed og afslut med Cockcroft—Valton-multiplikatoren.

Spændingsdobbler

en spændingsdobblerapplikation er en DC-strømforsyning, der kan bruge enten en 240 VAC eller 120 VAC-kilde. Forsyningen bruger en omskifter valgt fuldbølgebro til at producere omkring 300 VDC fra en 240 VAC kilde. Omskifterens 120 V-position tilslutter broen som en doubler, der producerer omkring 300 VDC fra 120 VAC. I begge tilfælde produceres 300 VDC. Dette er indgangen til en omskifterregulator, der producerer lavere spændinger til strømforsyning, f.eks.

Halvbølgespændingsdobbler

halvbølgespændingsdobbleren i figur nedenfor (A) er sammensat af to kredsløb: en klemme ved (b) og spidsdetektor (halvbølge ensretter) i figur før, som er vist i modificeret form i figur nedenfor (c). C2 er blevet tilføjet til en topdetektor (halvbølge ensretter).

halvbølgespændingsdobbler (A) er sammensat af (b) en klemmer og (c) en halvbølge ensretter.

Halvbølgespænding Doubler operation Circuit Analysis

under henvisning til Figur(B) ovenfor oplades C2 til 5 V (4,3 V i betragtning af diodefaldet) på den negative halvcyklus af AC-indgang. Den højre ende er jordet af den ledende D2. Den venstre ende oplades ved den negative top af AC-indgangen. Dette er driften af clamperen.

under den positive halvcyklus kommer halvbølge-ensretteren i spil på figur(c) ovenfor . Diode D2 er ude af kredsløbet, da det er omvendt forudindtaget. C2 er nu i serie med spændingskilden. Bemærk polariteterne i generatoren og C2, seriehjælp. Således ser ensretter D1 i alt 10 V ved toppen af sinusbølgen, 5 V fra generator og 5 V fra C2. D1 udfører bølgeform v (1) (figur nedenfor), opladning C1 til toppen af sinusbølgen ridning på 5 V DC (figur nedenfor v (2)). Bølgeform v (2) er doublerens udgang, som stabiliseres ved 10 V (8.6 V med diodedråber) efter et par cykler af sinusbølgeindgang.

*SPICE 03255.eps C1 2 0 1000p D1 1 2 diode C2 4 1 1000p D2 0 1 diode V1 4 0 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran 0.01m 5m .end 

spændingsdobbler: V(4) indgang. v (1) clamper fase. v (2) halvbølge ensretter fase, som er doubler output.

Fuldbølgespændingsdobbler

fuldbølgespændingsdobbleren er sammensat af et par seriestablede halvbølge-ensrettere. (Figur nedenfor) den tilsvarende netlist er i nedenstående figur.

fuldbølge spænding Doubler Operation analyse

den nederste ensretter afgifter C1 på den negative halv cyklus af input. Den øverste ensretter opkræver C2 på den positive halvcyklus. Hver kondensator tager en ladning på 5 V (4,3 V i betragtning af diodefald). Udgangen ved node 5 er seriens samlede C1 + C2 eller 10 V (8,6 V med diodedråber).

*SPICE 03273.eps *R1 3 0 100k *R2 5 3 100k D1 0 2 diode D2 2 5 diode C1 3 0 1000p C2 5 3 1000p V1 2 3 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran 0.01m 5m .end 

fuldbølgespændingsdobbler består af to halvbølge ensrettere, der opererer på skiftende polariteter.

Bemærk, at output V(5) figuren nedenfor når fuld værdi inden for en cyklus af input v (2) udflugt.

fuldbølge spænding doubler: v (2)input, v(3) spænding ved midtpunktet, v(5) spænding ved output

der udledes Fuldbølgedoblere fra Halvbølgesensorer

figuren nedenfor illustrerer afledningen af fuldbølgedobbleren fra et par modsatte polaritet halvbølgesensorer (a). Parrets negative ensretter tegnes igen for klarhed (b). Begge er kombineret ved (c) at dele den samme grund. Ved (d) forbindes den negative ensretter igen for at dele en spændingskilde med den positive ensretter. Dette giver en strømforsyning på 5 V (4,3 V med diodedråbe); dog er 10 V målbar mellem de to udgange. Jordreferencepunktet flyttes, så +10 V er tilgængeligt i forhold til jorden.

fuldbølgedobbler: (a) par dublere, (b) tegnet igen, (c) deling af jorden, (d) del den samme spændingskilde. (e) flytte jorden punkt.

Spændingstripler

en spændingstripler (figur nedenfor) er bygget ud fra en kombination af en dobbelt og en halvbølge ensretter (C3, D3). Halvbølge-ensretteren producerer 5 V (4,3 V) ved node 3. Dobleren giver yderligere 10 V (8,4 V) mellem knudepunkter 2 og 3. for i alt 15 V (12.9 V) ved udgangsnoden 2 i forhold til jorden. Netlisten er i figur nedenfor.

Spændingstripler sammensat af doubler stablet oven på et enkelt trin ensretter.

Bemærk, at V (3) i nedenstående figur stiger til 5 V (4,3 V) på den første negative halvcyklus. Indgang v (4) forskydes opad med 5 V (4,3 V) på grund af 5 V fra halvbølge-ensretteren. Og 5 V mere ved v (1) på grund af klemmen (C2, D2). D1 afgifter C1(bølgeform v(2)) til spidsværdien af v (1).

*SPICE 03283.eps C3 3 0 1000p D3 0 4 diode C1 2 3 1000p D1 1 2 diode C2 4 1 1000p D2 3 1 diode V1 4 3 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran 0.01m 5m .end 

spændingstripler: v(3) halvbølge ensretter, V(4) indgang+ 5 V, V(1) Clamper, V(2) endelig udgang.

Spændingsfirdobler

en spændingsfirdobler er en stablet kombination af to dublere vist i nedenstående figur. Hver doubler giver 10 V (8,6 V) for en serie i alt ved node 2 med hensyn til jorden på 20 V (17,2 V)

netlisten er i figur nedenfor.

spændingsfirdobler, sammensat af to doublere stablet i serie, med udgang ved node 2.

bølgeformerne for firdobleren er vist i nedenstående figur. To DC-udgange er tilgængelige: v(3), doubler-udgangen og v (2) firdobbeltudgangen. Nogle af mellemspændingerne ved klemmerne illustrerer, at indgangssenenbølgen (ikke vist), som svinger med 5 V, klemmes successivt på højere niveauer: ved v(5), v(4) og v(1). Strengt v (4) er ikke en clamper output. Det er simpelthen VEKSELSTRØMSSPÆNDINGSKILDEN i serie med V (3) doubler-udgangen. None the less, v(1) is a clamped version of v(4)

*SPICE 03441.eps *SPICE 03286.eps C22 4 5 1000p C11 3 0 1000p D11 0 5 diode D22 5 3 diode C1 2 3 1000p D1 1 2 diode C2 4 1 1000p D2 3 1 diode V1 4 3 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran 0.01m 5m .end 

Voltage quadrupler: DC voltage available at v(3) and v(2). Intermediate waveforms: Clampers: v(5), v(4), v(1).

Notes on Voltage Multipliers and Line Driven Power Supplies

Some notes on voltage multipliers are in order at this point. Kredsløbsparametrene anvendt i eksemplerne (V= 5 V 1 KHS, C=1000 pf) giver ikke meget strøm, mikroamps. Desuden er belastningsmodstande udeladt. Indlæsning reducerer spændingerne fra de viste. Hvis kredsløbene skal drives af en kilde ved lav spænding, som i eksemplerne, er kondensatorerne normalt 0,1 til 1,0 liter, så milliampere af strøm er tilgængelige ved udgangen. Hvis multiplikatorerne drives fra 50/60 HS, er kondensatoren et par hundrede til et par tusinde mikrofarader for at give hundreder af milliampere Udgangsstrøm. Hvis drevet fra netspænding, være opmærksom på polaritet og spænding ratings af kondensatorerne.

endelig er enhver direkte linjedrevet strømforsyning (ingen transformer) farlig for eksperimentatoren og linjedrevet testudstyr. Kommercielle direkte drevne forsyninger er sikre, fordi det farlige kredsløb er i et kabinet for at beskytte brugeren. Ved breadboarding af disse kredsløb med elektrolytkondensatorer af enhver spænding eksploderer kondensatorerne, hvis polariteten vendes. Sådanne kredsløb skal drives op bag et sikkerhedsskærm.

Cockcroft Multiplikator

en spændingsmultiplikator af kaskaderede halvbølgedoblere af vilkårlig længde er kendt som en Cockcroft-Valton multiplikator som vist i nedenstående figur. Denne multiplikator bruges, når der kræves en højspænding ved lav strøm. Fordelen i forhold til en konventionel forsyning er, at der ikke kræves en dyr højspændingstransformator– i det mindste ikke så høj som udgangen.

Cockcroft-H8 spændingsmultiplikator; output ved v(8).

parret af dioder og kondensatorer til venstre for knudepunkter 1 og 2 i figur ovenfor udgør en halvbølgedobbler. Drejning af dioderne med 45o mod uret, og bundkondensatoren med 90o gør det til at ligne figur prior (a). Fire af doubler-sektionerne er kaskaderet til højre for en teoretisk H8-multiplikationsfaktor. Node 1 har en klemmebølgeform (ikke vist), en sinusbølge forskudt med 1 gange (5 V). De andre ulige nummererede noder er senebølger fastspændt til successivt højere spændinger. Node 2, udgangen af den første doubler, er en 2 gange DC spænding v (2) i figur nedenfor. Successive lige nummererede noder oplader til successivt højere spændinger: v(4), v(6), v(8)

D1 7 8 diode C1 8 6 1000p D2 6 7 diode C2 5 7 1000p D3 5 6 diode C3 4 6 1000p D4 4 5 diode C4 3 5 1000p D5 3 4 diode C5 2 4 1000p D6 2 3 diode D7 1 2 diode C6 1 3 1000p C7 2 0 1000p C8 99 1 1000p D8 0 1 diode V1 99 0 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran 0.01m 50m .end 

Cockcroft-Valton (8) bølgeformer. Output er v (8).

uden diodedråber giver hver doubler 2vin eller 10 V, i betragtning af to diodedråber (10-1, 4)=8, 6 V er realistisk. For i alt 4 doublers forventer man 4 * 8.6=34.4 V ud af 40 V.

Konsulentfigur ovenfor, V(2) er omtrent rigtigt; v (8) er dog <30 V i stedet for den forventede 34,4 V. banen i Cockcroft-Valton multiplikatoren er, at hvert yderligere trin tilføjer mindre end det foregående trin. Således findes en praktisk grænse for antallet af faser. Det er muligt at overvinde denne begrænsning med en ændring af basiskredsløbet. Bemærk også tidsskalaen på 40 MSEK sammenlignet med 5 ms for tidligere kredsløb. Det krævede 40 MSEK for spændingerne at stige til en terminalværdi for dette kredsløb. Netlisten i figur ovenfor har en”.tran 0.010 m 50m” kommando for at forlænge simuleringstiden til 50 MSEK; dog er kun 40 msec plottet.multiplikatoren fungerer som en mere effektiv højspændingskilde til fotomultiplikatorrør, der kræver op til 2000 V. Desuden har røret adskillige dynoder, terminaler, der kræver forbindelse til de “lige nummererede” noder med lavere spænding. Seriestrengen af multiplikatorhaner erstatter en varmegenererende resistiv spændingsdeler af tidligere designs.

en AC linje drives Cockcroft multiplikator giver høj spænding til “ion generatorer” til neutralisering elektrostatisk ladning og til Luftrensere.

spændingsmultiplikator anmeldelse:

• en spændingsmultiplikator producerer et DC-multiplum (2,3,4 osv.) af AC-spidsindgangsspændingen.
• den mest basale multiplikator er en halvbølgedobbler.
• fuldbølge dobbelt er et overlegen kredsløb som en doubler.
• en tripler er en halvbølgedobbler og et konventionelt ensretterstadium (peak detector).en firdobbelt er et par halvbølgedobblere en lang række halvbølgedobblere er kendt som en Cockcroft-Valton multiplikator.

relaterede regneark:

• sommer og Subtraktor opamp kredsløb regneark