mnożnik napięcia to wyspecjalizowany Obwód prostownika wytwarzający wyjście, które teoretycznie jest liczbą całkowitą razy szczytowe wejście AC, na przykład 2, 3 lub 4 razy szczytowe wejście AC. W ten sposób możliwe jest uzyskanie 200 VDC ze źródła AC 100 Vpeak za pomocą doublera, 400 VDC z poczwórnego. Każde obciążenie w praktycznym obwodzie obniży te napięcia.

najpierw omówimy kilka typów mnożników napięcia-podwojenie napięcia (pół-i pełnofalowe), trypler napięcia i poczwórny mnożnik napięcia—następnie zrobimy ogólne uwagi na temat bezpieczeństwa mnożnika napięcia i zakończymy mnożnikiem Cockcrofta-Waltona.

Podajnik napięcia

aplikacja podajnika napięcia to zasilacz DC zdolny do użycia źródła 240 VAC lub 120 VAC. Zasilacz wykorzystuje przełącznik wybrany mostek pełnofalowy do produkcji około 300 VDC ze źródła 240 VAC. 120 V położenie przełącznika rewiruje most jako dubler wytwarzający około 300 VDC z 120 VAC. W obu przypadkach Wytwarza się napięcie 300 VDC. Jest to wejście do regulatora przełączającego wytwarzającego niższe napięcia do zasilania, powiedzmy, komputera osobistego.

podwojenie napięcia Półfalowego

podwojenie napięcia półfalowego na rysunku poniżej (a) składa się z dwóch obwodów: zacisku w (b) i detektora szczytowego (prostownika półfalowego) na rysunku poprzednim, który jest pokazany w zmodyfikowanej formie na rysunku poniżej (c). C2 został dodany do detektora szczytowego (prostownik półfalowy).

półfalowy podwojnik napięcia (a) składa się z (b) zacisku i (c) prostownika półfalowego.

Analiza obwodu pracy Podwojnika napięcia Półfalowego

odnosząc się do rysunku(B) powyżej , C2 ładuje do 5 V (4,3 V biorąc pod uwagę spadek diody) na ujemnym półcyklu wejścia AC. Prawy koniec jest uziemiony przez prowadzenie D2. Lewy koniec jest ładowany na ujemnym szczycie wejścia prądu przemiennego. To jest działanie zacisku.

podczas dodatniego cyklu połowicznego prostownik półfalowy wchodzi w grę na rysunku(C) powyżej . Dioda D2 jest poza obwodem, ponieważ jest odwrócona. C2 jest teraz w serii ze źródłem napięcia. Zwróć uwagę na polaryzacje generatora i C2, wspomaganie szeregowe. Tak więc prostownik D1 widzi w sumie 10 V na szczycie sinusoidy, 5 V od generatora i 5 V od C2. D1 prowadzi przebieg v (1) (rysunek poniżej), ładując C1 do szczytu fali sinusoidalnej jadącej na 5 V DC(rysunek poniżej v (2)). Waveform v (2) jest wyjściem dublera, który stabilizuje się przy napięciu 10 V (8.6 V z kroplami Diody) po kilku cyklach wejścia sinusoidalnego.

*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 

Napięcie: V(4) wejście. V (1) stopień zaciskowy. v (2) półfalowy stopień prostowniczy, będący wyjściem podwójnym.

Full-Wave Voltage Doubler

FULL-wave voltage doubler składa się z pary szeregowych prostowników półfalowych. (Rysunek poniżej) odpowiednia lista sieci znajduje się na rysunku poniżej.

Analiza pracy Podwojnika napięcia Pełnofalowego

prostownik dolny ładuje C1 na ujemnym półcyklu wejścia. Górny prostownik ładuje C2 na dodatnim półcyklu. Każdy Kondensator pobiera ładunek 5 V (4,3 V biorąc pod uwagę spadek Diody). Wyjście na węźle 5 to suma szeregowa C1 + C2 lub 10 V (8,6 V z kroplami Diody).

*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 

pełnofalowy podwojnik napięcia składa się z dwóch prostowników półfalowych działających na biegunach przemiennych.

zauważ, że poniższy rysunek wyjściowy V(5) osiąga pełną wartość w ciągu jednego cyklu wejścia V(2).

podajnik napięcia Pełnofalowego: v(2)wejście, V(3) napięcie w punkcie środkowym, V (5) napięcie na wyjściu

Wyprowadzanie Podwojników Pełnofalowych z prostowników Półfalowych

rysunek poniżej ilustruje wyprowadzenie podwojnika pełnofalowego z pary przeciwległych prostowników półfalowych (a). Ujemny prostownik pary jest przerysowany dla jasności (b). Oba są połączone w (c) dzieląc ten sam grunt. W lit. d) prostownik ujemny jest ponownie podłączony w celu współdzielenia jednego źródła napięcia z prostownikiem dodatnim. Daje to zasilanie ±5 V (4,3 V z diodowym spadkiem); chociaż 10 V jest mierzalne między dwoma wyjściami. Punkt odniesienia ziemi jest przesuwany w taki sposób, że +10 V jest dostępne w stosunku do ziemi.

FULL-WAVE doubler: (a) para dublerów, (b) przerysowane, (C) dzielenie masy, (d) współdzielenie tego samego źródła napięcia. e) przesunąć punkt podłoża.

Trypler napięciowy

trypler napięciowy (rysunek poniżej) zbudowany jest z połączenia prostownika podwójnego i półfalowego (C3, D3). Prostownik półfalowy wytwarza 5 V (4,3 V) przy węźle 3. Dubler dostarcza kolejne 10 V (8,4 V) między węzłami 2 i 3. w sumie 15 V (12.9 V) na węźle wyjściowym 2 w stosunku do masy. Lista sieci znajduje się na rysunku poniżej.

trypler napięciowy składający się z podwójnika ułożonego na prostowniku jednostopniowym.

zauważ, że V(3) na rysunku poniżej wzrasta do 5 V (4,3 V) w pierwszym ujemnym cyklu połowicznym. Wejście V (4) jest przesunięte w górę o 5 V (4,3 V) dzięki 5 V z prostownika półfalowego. I 5 V Więcej w v(1) ze względu na zacisk (C2, D2). D1 ładuje C1 (przebieg v (2)) do wartości szczytowej V(1).

trypler napięcia: V(3) prostownik półfalowy, V(4) Wejście+ 5 V, V(1) zacisk, V(2) wyjście końcowe.

napięcie czworokątny

napięcie czworokątny jest ułożoną kombinacją dwóch podwajaczy pokazanych na rysunku poniżej. Każdy dubler zapewnia 10 V (8,6 V) dla całkowitej serii na węźle 2 w odniesieniu do masy 20 V (17,2 V)

lista sieci jest na rysunku poniżej.

czworokąt napięciowy, składający się z dwóch dublerów ułożonych szeregowo, z wyjściem na węźle 2.

przebieg czworokąta pokazano na rysunku poniżej. Dostępne są dwa wyjścia DC: V(3), Wyjście doubler i V (2) wyjście quadrupler. Niektóre napięcia pośrednie przy zaciskach pokazują, że sinusoida wejściowa (nie pokazana), która obraca się o 5 V, jest kolejno zaciskana na wyższych poziomach: przy v(5), V(4) i v(1). Strictly v (4) nie jest wyjściem zaciskowym. Jest to po prostu źródło napięcia przemiennego szeregowo z wyjściem V(3) doubler. 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. Parametry obwodu użyte w przykładach (V= 5 V 1 kHz, C = 1000 pf) nie dostarczają dużo prądu, mikroamperów. Ponadto pominięto rezystory obciążenia. Obciążenie zmniejsza napięcia z pokazanych. Jeśli obwody mają być napędzane przez źródło kHz przy niskim napięciu, jak w przykładach, kondensatory mają zwykle 0,1 do 1,0 µF, tak aby miliampery prądu były dostępne na wyjściu. Jeśli mnożniki są napędzane z 50/60 Hz, kondensator ma kilkaset do kilku tysięcy mikrofaradów, aby zapewnić setki miliamperów prądu wyjściowego. Jeśli zasilany jest z napięcia sieciowego, należy zwrócić uwagę na polaryzację i wartości napięcia kondensatorów.

wreszcie, każdy bezpośredni zasilacz liniowy (bez transformatora) jest niebezpieczny dla eksperymentatora i sprzętu testowego obsługiwanego przez linię. Komercyjne materiały zasilane bezpośrednio są bezpieczne, ponieważ niebezpieczne obwody znajdują się w obudowie chroniącej użytkownika. Podczas ładowania tych obwodów kondensatorami elektrolitycznymi o dowolnym napięciu Kondensatory eksplodują, jeśli polaryzacja zostanie odwrócona. Takie obwody powinny być zasilane za osłoną bezpieczeństwa.

mnożnik Cockcrofta-Waltona

mnożnik napięcia kaskadowych półfalowych dublerów o dowolnej długości jest znany jako mnożnik Cockcrofta-Waltona, jak pokazano na rysunku poniżej. Mnożnik ten jest używany, gdy wymagane jest wysokie napięcie przy niskim prądzie. Przewaga nad konwencjonalnym zasilaniem polega na tym, że drogi transformator wysokiego napięcia nie jest wymagany– przynajmniej nie tak wysoki jak wyjście.

mnożnik napięcia Cockcroft-Walton x8; wyjście przy v(8).

para diod i kondensatorów po lewej stronie węzłów 1 i 2 na rysunku powyżej stanowi podwojnik półfalowy. Obracanie diod o 45o w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, a kondensatora dolnego o 90o sprawia, że wygląda on jak figura prior (a). Cztery z podwójnych sekcji są kaskadowo po prawej stronie dla teoretycznego współczynnika mnożenia x8. Węzeł 1 ma przebieg zaciskowy (nie pokazany), sinusoidę przesuniętą w górę o 1x (5 V). Pozostałe nieparzyste numerowane węzły to sinewaves zaciskane do kolejno wyższych napięć. Węzeł 2, wyjście pierwszego dublera, jest napięciem 2x DC v (2) na rysunku poniżej. Kolejne parzyste węzły ładują się do kolejno wyższych napięć: 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 

Wyjście To v (8).

bez kropli diod, każdy dubler daje 2vin lub 10 V, biorąc pod uwagę dwa krople diod (10-1, 4)=8,6 V jest realistyczny. W sumie dla 4 podwajaczy oczekuje się 4 * 8,6 = 34,4 V z 40 V.

na powyższym rysunku v (2) odpowiada w przybliżeniu; jednak v (8) jest <30 V zamiast przewidywanego 34,4 V. zmorą mnożnika Cockcrofta-Waltona jest to, że każdy dodatkowy etap dodaje mniej niż poprzedni etap. Tak więc istnieje praktyczny limit liczby etapów. Możliwe jest przezwyciężenie tego ograniczenia poprzez modyfikację układu podstawowego. Zwróć również uwagę na skalę czasu 40 msec w porównaniu z 5 ms dla poprzednich układów. Wymagało to 40 msec, aby napięcia wzrosły do wartości końcowej dla tego obwodu. Lista sieci na powyższym rysunku ma”.Tran 0.010 m 50m” polecenie wydłużające czas symulacji do 50 msec; jednak tylko 40 msec jest wykreślone.

mnożnik Cockcrofta-Waltona służy jako bardziej wydajne źródło wysokiego napięcia dla lamp fotopowielaczy wymagających do 2000 V. Ponadto lampa posiada liczne dynody, zaciski wymagające podłączenia do węzłów „parzystych” niższego napięcia. Szeregowy ciąg krany mnożnika zastępuje generujący ciepło rezystancyjny dzielnik napięcia poprzednich konstrukcji.

zasilany prądem przemiennym mnożnik cockcrofta-Waltona zapewnia wysokie napięcie „generatorom jonów” do neutralizacji ładunków elektrostatycznych i do oczyszczania powietrza.

przegląd mnożnika napięcia:

• mnożnik napięcia wytwarza wielokrotność prądu stałego (2,3,4 itd.) szczytowego napięcia wejściowego AC.
• najbardziej podstawowym mnożnikiem jest dubler półfalowy.
• podwójny pełnofalowy jest układem nadrzędnym jako podwójny.
• tripler to półfalowy dubler i konwencjonalny stopień prostowniczy (detektor szczytowy).
• czworokąt to para dublerów półfalowych
• długi ciąg dublerów półfalowych jest znany jako mnożnik Cockcrofta-Waltona.

powiązane arkusze robocze:

• arkusz roboczy Summer and Subtractor opamp Circuits