a feszültség szorzó egy speciális egyenirányító áramkör termelő kimenet, amely elméletileg egy egész szerese az AC csúcs bemenet, például 2, 3, vagy 4-szer az AC csúcs bemenet. Így lehetséges, hogy 200 VDC-t kapjunk egy 100 Vpeak AC forrásból egy duplázóval, 400 VDC-t egy négyszeres. A gyakorlati áramkör bármely terhelése csökkenti ezeket a feszültségeket.

először a feszültség szorzók több típusát vesszük át—feszültség duplázó (fél – és teljes hullám), feszültség tripler és feszültség quadrupler-majd készítsen néhány általános megjegyzést a feszültség szorzó biztonságáról, és fejezze be a Cockcroft—Walton szorzót.

feszültség Duplázó

a feszültség duplázó alkalmazás egy egyenáramú tápegység, amely képes 240 VAC vagy 120 VAC forrás használatára. Az ellátás egy kapcsoló által kiválasztott teljes hullámú híd segítségével körülbelül 300 VDC-t állít elő 240 VAC forrásból. A kapcsoló 120 V-os pozíciója a hidat duplázóként köti vissza, amely körülbelül 300 VDC-t termel a 120 VAC-ból. Mindkét esetben 300 VDC-t állítanak elő. Ez a bemenet egy kapcsolószabályozóhoz, amely alacsonyabb feszültségeket termel, mondjuk egy személyi számítógép táplálásához.

félhullámú feszültség Duplázó

az alábbi (A) ábrán látható félhullámú feszültség duplázó két áramkörből áll: a (b) szorítóból és az előző ábrán látható csúcsdetektorból (félhullámú egyenirányító), amelyet módosított formában mutatunk be az alábbi (c) ábrán. A C2-t hozzáadták egy csúcsdetektorhoz (félhullámú egyenirányító).

félhullámú feszültség duplázó (A) áll (b) egy szorító és (c) egy félhullámú egyenirányító.

félhullámú feszültség Duplázó működési áramkör elemzése

a fenti(b) ábrára hivatkozva a C2 5 V-ra tölt (4,3 V , figyelembe véve a dióda esését) az AC bemenet negatív félciklusán. A jobb végét a D2 vezető földeli. A bal oldali vég az AC bemenet negatív csúcsán van feltöltve. Ez a szorító működése.

a pozitív félciklus alatt a félhullámú egyenirányító a fenti(c) ábrán kerül játékba . A D2 dióda ki van kapcsolva az áramkörből, mivel fordított elfogult. A C2 most sorban van a feszültségforrással. Vegye figyelembe a generátor és a C2 polaritását, sorozatsegítő. Így a D1 egyenirányító összesen 10 V-ot lát a szinuszhullám csúcsán, 5 V-ot a generátortól, 5 V-ot a C2-től. D1 vezeti hullámforma v(1) (az alábbi ábra), töltés C1 a csúcs a szinusz hullám lovaglás 5 V DC (ábra az alábbi v(2)). A V(2) hullámforma a duplázó kimenete, amely 10 V-on (8) stabilizálódik.6 V dióda cseppekkel) néhány szinuszhullám bemenet után.

*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 

feszültség duplázó: v(4) bemenet. v(1) clamper szakaszban. v(2) félhullámú egyenirányító fokozat, amely a kettős kimenet.

teljes hullámú feszültség Duplázó

a teljes hullámú feszültség duplázó egy pár soros halmozott félhullámú egyenirányítóból áll. (Az alábbi ábra) a megfelelő netlista az alábbi ábrán látható.

teljes hullámú feszültség Duplázó működési elemzés

az alsó egyenirányító a C1-et tölti a bemenet negatív félciklusán. A felső egyenirányító a C2-et a pozitív felén tölti felciklus. Minden kondenzátor 5 V töltést vesz fel (4,3 V, figyelembe véve a dióda esését). Az 5. csomópont kimenete a sorozat összesen C1 + C2 vagy 10 V (8,6 V diódacseppekkel).

*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 

a teljes hullámú feszültség duplázó két félhullámú egyenirányítóból áll, amelyek váltakozó polaritásokon működnek.

vegye figyelembe, hogy az alábbi V(5) kimenet teljes értéket ér el a V(2) bemenet egy ciklusán belül.

teljes hullámú feszültség duplázó: v(2)bemenet, v(3) feszültség a középpontban, v (5) feszültség a kimeneten

teljes hullámú Duplázók származtatása félhullámú Egyenirányítókból

az alábbi ábra szemlélteti a teljes hullámú duplázó levezetését egy ellentétes polaritású félhullámú egyenirányító párból (a). A pár negatív egyenirányítóját az egyértelműség érdekében újrarajzoljuk (b). Mindkettő a (c) pontban van kombinálva, ugyanazon a földön. Nál nél (d) a negatív egyenirányítót újra bekötik, hogy egy feszültségforrást megosszanak a pozitív egyenirányítóval. Ez 5 V (4,3 V diódacsepp) tápegységet eredményez; bár 10 V mérhető a két kimenet között. A talaj referenciapontját úgy mozgatják, hogy +10 V rendelkezésre álljon a talajhoz képest.

teljes hullámú duplázó: (a) duplázó pár, (b) újrarajzolva, (c) a föld megosztása, (d) ugyanaz a feszültségforrás. e) mozgassa a földpontot.

feszültség-Tripler

a feszültség-tripler (az alábbi ábra) kettős és félhullámú egyenirányító (C3, D3) kombinációjából épül fel. A félhullámú egyenirányító 5 V-ot (4,3 V) termel a 3.csomópontnál. A duplázó további 10 V-ot (8,4 V) biztosít a 2 és 3 csomópontok között. összesen 15 V (12.9 V) A 2 kimeneti csomópontnál a Földhöz képest. A netlista az alábbi ábrán látható.

feszültség tripler álló doubler halmozott tetején egyfokozatú egyenirányító.

vegye figyelembe, hogy az alábbi ábrán látható V(3) 5 V-ra (4,3 V) emelkedik az első negatív félcikluson. A V(4) bemenetet 5 V (4,3 V) felfelé tolja a félhullámú egyenirányító 5 V-ja miatt. És még 5 V A v-nál(1) a szorító (C2, D2) miatt. A D1 a C1-et (V(2) hullámforma) a V(1) csúcsértékére tölti.

*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 

feszültség Tripler: V(3) félhullámú egyenirányító, V(4) bemenet+ 5 V, V(1) szorító, V(2) végső kimenet.

Voltage Quadrupler

a feszültség quadrupler két duplázó halmozott kombinációja az alábbi ábrán látható. Minden duplázó 10 V-ot (8,6 V) biztosít a 2.csomópont teljes sorozatához 20 V (17,2 V) földhöz viszonyítva

a netlista az alábbi ábrán látható.

feszültség négyszeres, két sorba rakott duplázóból áll, kimenettel a 2.csomóponton.

a quadrupler hullámformáit az alábbi ábra mutatja. Két DC kimenet áll rendelkezésre: v(3), a doubler kimenet és v(2) a quadrupler kimenet. A kapcsok köztes feszültségei közül néhány azt mutatja, hogy a bemeneti szinuszhullám (nem látható), amely 5 V-mal ingadozik, egymás után magasabb szinteken van rögzítve: v(5), v(4) és v(1). Szigorúan v (4) nem szorító kimenet. Ez egyszerűen az AC feszültségforrás sorban a V(3) a duplázó kimenet. 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. A példákban használt áramköri paraméterek (V= 5 V 1 kHz, C=1000 pf) nem biztosítanak sok áramot, mikroampokat. Ezenkívül a terhelési ellenállásokat kihagyták. A betöltés csökkenti a bemutatott feszültségeket. Ha az áramköröket alacsony feszültségű kHz-forrással kell meghajtani, mint a példákban, akkor a kondenzátorok általában 0,1-1,0 kb, így milliamper áram áll rendelkezésre a kimeneten. Ha a szorzókat 50/60 Hz-ről hajtják, akkor a kondenzátor néhány száz-néhány ezer mikrofarád, hogy több száz milliamper kimeneti áramot biztosítson. Ha hálózati feszültségről hajtják, ügyeljen a kondenzátorok polaritására és feszültségértékeire.

végül, minden közvetlen vezetékes tápegység (transzformátor nélkül) veszélyes a kísérletezőre és a vonal által működtetett tesztberendezésekre. A kereskedelmi közvetlen meghajtású kellékek biztonságosak, mert a veszélyes áramkörök a felhasználó védelme érdekében házban vannak. Amikor ezeket az áramköröket bármilyen feszültségű elektrolit kondenzátorokkal kenyérbe helyezik, a kondenzátorok felrobbannak, ha a polaritás megfordul. Az ilyen áramköröket biztonsági pajzs mögött kell bekapcsolni.

Cockcroft-Walton szorzó

tetszőleges hosszúságú kaszkádos félhullámú duplázók feszültség szorzója Cockcroft-Walton szorzó néven ismert, amint az az alábbi ábrán látható. Ezt a szorzót akkor használják, ha nagy feszültségre van szükség alacsony áram mellett. A hagyományos tápellátással szembeni előny az, hogy drága nagyfeszültségű transzformátorra nincs szükség– legalábbis nem olyan magas, mint a kimenet.

Cockcroft-Walton x8 feszültség szorzó; kimenet v(8).

a fenti ábrán látható 1.és 2. csomóponttól balra lévő diódák és kondenzátorok egy félhullámú duplázót alkotnak. A diódák elforgatása 45o-val az óramutató járásával ellentétes irányba, az alsó kondenzátor pedig 90o-val úgy néz ki, mint az előző (a) ábra. A duplázó szakaszok közül négy jobbra van kaszkádolva egy elméleti x8 szorzótényezőhöz. Az 1. csomópontnak van egy szorító hullámformája (nem látható), egy szinuszhullám 1x-rel (5 V) felfelé tolódott. A többi páratlan számú csomópont szinuszhullámok egymás után magasabb feszültségekhez vannak rögzítve. Csomópont 2, a kimenet az első duplázó, egy 2x DC feszültség v (2) az alábbi ábrán. Az egymást követő páros csomópontok egymás után magasabb feszültségekre töltődnek fel: 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-Walton (x8) hullámformák. A kimenet v(8).

diódacseppek nélkül minden duplázó 2vint vagy 10 V-ot ad, figyelembe véve két diódacseppet (10-1, 4)=8,6 V reális. Összesen 4 duplázó esetén az ember 4·8,6=34,4 V-ot vár a 40 V-ból.

A fenti tanácsadási ábra, v (2) körülbelül megfelelő; a v (8) azonban <30 V A várt 34,4 V helyett. Így a szakaszok számának gyakorlati korlátja létezik. Ezt a korlátozást az alapáramkör módosításával lehet leküzdeni. Vegye figyelembe a 40 msec időskálát a korábbi áramkörök 5 ms-jához képest. 40 msec szükséges ahhoz, hogy a feszültségek ennek az áramkörnek a terminálértékére emelkedjenek. A fenti ábrán látható netlistának van egy”.tran 0.010 m 50m ” parancs a szimulációs idő 50 msec-re történő meghosszabbítására; bár, csak 40 msec van ábrázolva.

a Cockcroft-Walton szorzó hatékonyabb nagyfeszültségű forrásként szolgál a legfeljebb 2000 V-ot igénylő fotomultiplier csövek számára. A szorzó csapok sorozatsorozata felváltja a korábbi tervek hőtermelő ellenállási feszültségosztóját.

egy váltakozó áramú Cockcroft-Walton szorzó nagyfeszültséget biztosít az “iongenerátorok” számára az elektrosztatikus töltés semlegesítésére és a légtisztítókra.

feszültség szorzó felülvizsgálata:

• a feszültség szorzó termel DC többszörös (2,3,4, stb) A váltakozó áramú csúcs bemeneti feszültség.
• a legalapvetőbb szorzó egy félhullámú duplázó.
• a teljes hullámú kettős egy kiváló áramkör, mint duplázó.
• a tripler egy félhullámú duplázó és egy hagyományos egyenirányító fokozat (csúcsdetektor).
• a quadrupler egy félhullámú duplázó pár
• a félhullámú duplázók hosszú sorát Cockcroft-Walton szorzónak nevezik.

kapcsolódó munkalapok:

• nyári és kivonó OpAmp áramkörök munkalap