un multiplicator de tensiune este un circuit redresor specializat care produce o ieșire care este teoretic un număr întreg de ori intrarea de vârf AC, de exemplu, de 2, 3 sau 4 ori intrarea de vârf AC. Astfel, este posibil să obțineți 200 VDC de la o sursă de curent alternativ de 100 Vpeak folosind un dublor, 400 VDC de la un cvadruplor. Orice sarcină într-un circuit practic va reduce aceste tensiuni.

vom trece mai întâi peste mai multe tipuri de multiplicatori de tensiune—dublor de tensiune (jumătate și undă completă), triplator de tensiune și cvadruplor de tensiune – apoi vom face câteva note generale despre siguranța multiplicatorului de tensiune și vom termina cu multiplicatorul Cockcroft-Walton.

Voltage Doubler

o aplicație voltage doubler este o sursă de curent continuu capabilă să utilizeze fie o sursă de 240 VAC, fie o sursă de 120 VAC. Sursa utilizează un comutator selectat punte cu undă completă pentru a produce aproximativ 300 VDC dintr-o sursă de 240 VAC. Poziția de 120 V a comutatorului rewires Podul ca un dublor care produce aproximativ 300 VDC de la 120 VAC. În ambele cazuri, se produce 300 VDC. Aceasta este intrarea unui regulator de comutare care produce tensiuni mai mici pentru alimentarea, să zicem, a unui computer personal.

dublor de tensiune pe jumătate de undă

dublorul de tensiune pe jumătate de undă din figura de mai jos (a) este compus din două circuite: un clamper at (b) și un detector de vârf (redresor pe jumătate de undă) din figura anterioară, care este prezentat în formă modificată în figura de mai jos (c). C2 a fost adăugat la un detector de vârf (redresor cu jumătate de undă).

dublorul de tensiune pe jumătate de undă (a) este compus din (b) un clamper și (c) un redresor pe jumătate de undă.

analiza circuitului de funcționare a Dublorului de tensiune pe jumătate de undă

referindu-se la figura(b) de mai sus , C2 se încarcă la 5 V (4,3 V având în vedere căderea diodei) pe jumătatea negativă a ciclului de intrare AC. Capătul drept este împământat de conducerea D2. Capătul din stânga este încărcat la vârful negativ al intrării AC. Aceasta este funcționarea clemei.

în timpul semiciclului pozitiv, redresorul cu jumătate de undă intră în joc la figura(c) de mai sus . Dioda D2 este în afara circuitului, deoarece este părtinitoare inversă. C2 este acum în serie cu sursa de tensiune. Rețineți polaritățile generatorului și C2, asistență în serie. Astfel, redresorul D1 vede un total de 10 V la vârful undelor sinusoidale, 5 V de la generator și 5 V de la C2. D1 conduce forma de undă v (1) (figura de mai jos), încărcând C1 până la vârful undei sinusoidale călărind pe 5 V DC (figura de mai jos v (2)). Forma de undă v (2) este ieșirea dublorului, care se stabilizează la 10 V (8.6 V cu picături de diodă) după câteva cicluri de intrare a undelor sinusoidale.

*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 

dublor de tensiune: V(4) intrare. v (1) etapa clamper. V (2) etapa redresorului cu jumătate de undă, care este ieșirea dublă.

full-val de tensiune Doubler

full-val de tensiune dubler este compus dintr-o pereche de serie stivuite redresoare jumătate de undă. (Figura de mai jos) netlist corespunzătoare este în figura de mai jos.

analiza funcționării Dublorului de tensiune cu undă completă

redresorul inferior încarcă C1 pe jumătatea negativă a ciclului de intrare. Redresorul superior încarcă C2 pe jumătatea pozitivăciclu. Fiecare condensator preia o sarcină de 5 V (4,3 V având în vedere căderea diodei). Ieșirea la nodul 5 este seria totală de C1 + C2 sau 10 V (8,6 V cu picături de diodă).

*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 

dublatorul de tensiune cu undă completă este format din două redresoare cu jumătate de undă care funcționează pe polarități alternante.

rețineți că figura de ieșire v(5) de mai jos atinge valoarea completă într-un ciclu al excursiei de intrare v(2).

dublor de tensiune cu undă completă: V (2)intrare, V(3) tensiune la punctul mediu, V(5) tensiune la ieșire

derivând dubluri cu undă completă din redresoare cu jumătate de undă

figura de mai jos ilustrează derivarea dublorului cu undă completă dintr-o pereche de redresoare cu jumătate de undă cu polaritate opusă (a). Redresorul negativ al perechii este redesenat pentru claritate (b). Ambele sunt combinate la (c) împărțind același teren. La (d) redresorul negativ este recablat pentru a partaja o sursă de tensiune cu redresorul pozitiv. Acest lucru produce o sursă de alimentare de 5 V (4,3 V cu cădere de diodă) de la o sută de metri; totuși, 10 V este măsurabil între cele două ieșiri. Punctul de referință la sol este deplasat astfel încât +10 V să fie disponibil în raport cu solul.

dublor cu undă completă: (a) pereche de dublori, (b) redesenat, (c) împărțind pământul, (d) împărtășesc aceeași sursă de tensiune. (e) mutați punctul de la sol.

Tripler de tensiune

un tripler de tensiune (figura de mai jos) este construit dintr-o combinație de un dubler și un redresor de jumătate de undă (C3, D3). Redresorul cu jumătate de undă produce 5 V (4,3 V) la nodul 3. Dublatorul oferă încă 10 V (8,4 V) între nodurile 2 și 3. pentru un total de 15 V (12.9 V) la nodul de ieșire 2 în raport cu solul. Netlist este în figura de mai jos.

triplator de tensiune compus din dublor stivuit deasupra unui redresor cu o singură treaptă.

rețineți că V (3) din figura de mai jos crește la 5 V (4,3 V) în prima jumătate de ciclu negativ. Intrarea v (4) este deplasată în sus cu 5 V (4,3 V) datorită 5 V de la redresorul cu jumătate de undă. Și 5 V mai mult la v (1) datorită clemei (C2, D2). D1 încarcă C1 (forma de undă v (2)) la valoarea maximă a 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 

triplator de tensiune: V(3) redresor cu jumătate de undă, V(4) intrare+ 5 v, v(1) clamper, V(2) ieșire finală.

Cvadruplor de tensiune

un cvadruplor de tensiune este o combinație stivuită de două dubluri prezentate în figura de mai jos. Fiecare dublor furnizează 10 V (8,6 V) pentru un total de serie la nodul 2 în raport cu solul de 20 V (17,2 V)

lista netă este în figura de mai jos.

Cvadruplor de tensiune, compus din două dubluri stivuite în serie, cu ieșire la nodul 2.

formele de undă ale cvadruplorului sunt prezentate în figura de mai jos. Sunt disponibile două ieșiri DC: v(3), ieșirea doubler și V(2) ieșirea quadrupler. Unele dintre tensiunile intermediare la cleme ilustrează faptul că unda sinusoidală de intrare (nu este prezentată), care se leagănă cu 5 V, este fixată succesiv la niveluri superioare: la v(5), v(4) și v(1). Strict v(4) nu este o ieșire clamper. Este pur și simplu sursa de tensiune AC în serie cu V(3) ieșirea dublă. 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. Parametrii circuitului utilizați în exemple (V= 5 V 1 kHz, C=1000 pf) nu oferă prea mult curent, microamperi. În plus, rezistențele de sarcină au fost omise. Încărcarea reduce tensiunile de la cele prezentate. Dacă circuitele trebuie să fie acționate de o sursă kHz la joasă tensiune, ca în exemple, condensatoarele sunt de obicei de la 0,1 la 1,0 CTF, astfel încât miliamperii de curent să fie disponibili la ieșire. Dacă multiplicatorii sunt acționați de la 50/60 Hz, condensatorul este de câteva sute până la câteva mii de microfarade pentru a furniza sute de miliamperi de curent de ieșire. Dacă este condus de la tensiunea de linie, acordați atenție polarității și valorilor de tensiune ale condensatoarelor.

în cele din urmă, orice sursă de alimentare cu linie directă (fără transformator) este periculoasă pentru experimentator și echipamentul de testare acționat pe linie. Livrările comerciale directe sunt sigure, deoarece circuitele periculoase se află într-o incintă pentru a proteja utilizatorul. Atunci când aceste circuite breadboarding cu condensatori electrolitici de orice tensiune, condensatori va exploda în cazul în care polaritatea este inversat. Astfel de circuite ar trebui alimentate în spatele unui scut de siguranță.

Multiplicator Cockcroft-Walton

un multiplicator de tensiune al dublorilor cu jumătate de undă în cascadă de lungime arbitrară este cunoscut sub numele de multiplicator Cockcroft-Walton așa cum se arată în figura de mai jos. Acest multiplicator este utilizat atunci când este necesară o tensiune înaltă la curent scăzut. Avantajul față de o sursă convențională este că nu este necesar un transformator scump de înaltă tensiune– cel puțin nu la fel de mare ca ieșirea.

multiplicator de tensiune Cockcroft-Walton x8; ieșire la v(8).

perechea de diode și condensatoare din stânga nodurilor 1 și 2 din figura de mai sus constituie un dublor cu jumătate de undă. Rotirea diodelor cu 45o în sens invers acelor de ceasornic, iar condensatorul inferior cu 90o face să pară figura prior (a). Patru dintre secțiunile doubler sunt în cascadă spre dreapta pentru un factor teoretic de multiplicare x8. Nodul 1 are o formă de undă clamper (nu este prezentată), o undă sinusoidală deplasată cu 1x (5 V). Celelalte noduri numerotate impare sunt unde sinusoidale fixate la tensiuni succesive mai mari. Nodul 2, ieșirea primului dublor, este o tensiune 2X DC v (2) în figura de mai jos. Nodurile succesive numerotate par se încarcă la tensiuni succesive mai mari: 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 

forme de undă Cockcroft-Walton (x8). Rezultatul este v (8).

fără picături de diode, fiecare dublor produce 2vin sau 10 V, având în vedere două picături de diode (10-1, 4)=8,6 V este realist. Pentru un total de 4 dubluri se așteaptă 4 * 8.6 = 34.4 V din 40 V.

Consulting figura de mai sus, v (2) este despre dreapta; cu toate acestea, v(8) este <30 V în loc de 34,4 v anticipat.bane multiplicatorului Cockcroft-Walton este că fiecare etapă suplimentară adaugă mai puțin decât etapa anterioară. Astfel, există o limită practică a numărului de etape. Este posibilă depășirea acestei limitări cu o modificare a circuitului de bază. De asemenea, rețineți scara de timp de 40 msec comparativ cu 5 ms pentru circuitele anterioare. A fost nevoie de 40 msec pentru ca tensiunile să crească la o valoare terminală pentru acest circuit. Netlist în figura de mai sus are un „.tran 0.010 m 50m ” comandă pentru a prelungi timpul de simulare la 50 msec; deși, doar 40 msec este reprezentat grafic.

multiplicatorul Cockcroft-Walton servește ca o sursă de înaltă tensiune mai eficientă pentru tuburile fotomultiplicatoare care necesită până la 2000 V. Mai mult, tubul are numeroase dinode, terminale care necesită conectarea la nodurile „chiar numerotate” de tensiune mai mică. Șirul de serie al robinetelor multiplicatoare înlocuiește un divizor de tensiune rezistiv generator de căldură al modelelor anterioare.

un multiplicator Cockcroft-Walton cu linie de curent alternativ furnizează tensiune înaltă „generatoarelor de ioni” pentru neutralizarea încărcării electrostatice și pentru purificatoarele de aer.

revizuirea multiplicatorului de tensiune:

• un multiplicator de tensiune produce un multiplu DC (2,3,4, etc) al tensiunii de intrare de vârf AC.
• multiplicatorul cel mai de bază este un dublor cu jumătate de undă.
• dubla cu undă completă este un circuit superior ca dublor.
• un tripler este un dublor cu jumătate de undă și o etapă redresoare convențională (detector de vârf).
• un cvadruplor este o pereche de dublori cu jumătate de undă
• un șir lung de dublori cu jumătate de undă este cunoscut sub numele de multiplicator Cockcroft-Walton.

foi de lucru conexe:

• circuite de vară și Subtractor opamp foaie de lucru