en spänningsmultiplikator är en specialiserad likriktarkrets som producerar en utgång som teoretiskt är ett heltal gånger AC-toppingången, till exempel 2, 3 eller 4 gånger AC-toppingången. Således är det möjligt att få 200 VDC från en 100 Vpeak AC-källa med en dubblare, 400 VDC från en fyrdubblare. Varje belastning i en praktisk krets kommer att sänka dessa spänningar.

vi ska först gå över flera typer av spänningsmultiplikatorer-spänningsdubblare (halv – och fullvåg), spänningstripler och spännings fyrdubblare-gör sedan några allmänna anteckningar om spänningsmultiplikatorsäkerhet och avsluta med Cockcroft—Walton multiplikatorn.

Spänningsdubblare

en spänningsdubblarapplikation är en DC-strömförsörjning som kan använda antingen en 240 VAC eller 120 VAC-källa. Tillförseln använder en omkopplare vald fullvågsbro för att producera cirka 300 VDC från en 240 VAC-källa. Omkopplarens 120 V-position kopplar om bron som en dubblare som producerar cirka 300 VDC från 120 VAC. I båda fallen produceras 300 VDC. Detta är ingången till en omkopplingsregulator som producerar lägre spänningar för att driva, säg en persondator.

Halvvågsspänningsdubblare

halvvågsspänningsdubblaren i figur nedan (a) består av två kretsar: en clamper at (b) och toppdetektor (halvvågslikriktare) i Figur prior, som visas i modifierad form i figur nedan (c). C2 har lagts till en toppdetektor (halvvåglikriktare).

Halvvågsspänningsdubblare (a) består av (b) en klammer och (c) en halvvågslikriktare.

Halvvågsspänningsdubblaroperationskretsanalys

med hänvisning till Figur(b) ovan laddas C2 till 5 V (4,3 V med tanke på diodfallet) på den negativa halvcykeln för AC-ingången. Den högra änden är jordad av ledande D2. Den vänstra änden laddas vid den negativa toppen av AC-ingången. Detta är klämmans funktion.

under den positiva halvcykeln kommer halvvågslikriktaren att spela i Figur (c) ovan . Diod D2 är ur kretsen eftersom den är omvänd förspänd. C2 är nu i serie med spänningskällan. Notera polariteterna hos generatorn och C2, seriehjälp. Således ser likriktaren D1 totalt 10 V vid sinusvågens topp, 5 V från generator och 5 V från C2. D1 utför vågform v (1) (figur nedan), laddning C1 till toppen av sinusvågen ridning på 5 V DC (figur nedan v (2)). Vågform v (2) är utsignalen från dubblaren, som stabiliseras vid 10 V (8.6 V med diod droppar) efter några cykler av sinusvåg ingång.

*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 

spänningsdubblare: V(4) ingång. v (1) clamper skede. v (2) halvvågslikriktare steg, vilket är den dubbla utgången.

Fullvågsspänningsdubblare

fullvågsspänningsdubblaren består av ett par seriestaplade halvvågslikriktare. (Figur nedan) motsvarande nätlista finns i figur nedan.

Fullvågsspänningsdubblaroperationsanalys

den nedre likriktaren laddar C1 på den negativa halvcykeln för ingången. Den övre likriktaren laddar C2 på den positiva halvcykeln. Varje kondensator tar en laddning på 5 V (4,3 V med tanke på diodfall). Utgången vid nod 5 är serien totalt C1 + C2 eller 10 V (8,6 V med dioddroppar).

*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 

fullvågsspänningsdubblare består av två halvvågslikriktare som arbetar med alternerande polariteter.

Observera att utgången v(5) nedan når fullt värde inom en cykel av ingången v(2) utflykt.

fullvågsspänningsdubblare: v(2)ingång, v(3) spänning vid mittpunkten, v (5) spänning vid utgång

härleda Fullvågsdubblare från Halvvågslikriktare

figuren nedan illustrerar härledningen av fullvågsdubblaren från ett par motsatta polaritet halvvågslikriktare (a). Parets negativa likriktare ritas om för tydlighet (b). Båda kombineras vid (c) som delar samma mark. Vid (d) kopplas den negativa likriktaren om för att dela en spänningskälla med den positiva likriktaren. Detta ger en 5 v (4,3 V med diodfall) strömförsörjning; men 10 V är mätbar mellan de två utgångarna. Markreferenspunkten flyttas så att +10 V är tillgänglig med avseende på marken.

fullvågsdubblare: (a) par dubblare, (b) ritas om, (c) Delar marken, (d) delar samma spänningskälla. (e) flytta markpunkten.

Spänningstripler

en spänningstripler (figur nedan) är byggd av en kombination av en dubblare och en halvvåglikriktare (C3, D3). Halvvågslikriktaren producerar 5 V (4,3 V) vid nod 3. Dubblaren ger ytterligare 10 V (8,4 V) mellan noderna 2 och 3. för totalt 15 V (12.9 V) vid utgångsnoden 2 med avseende på marken. Nätlistan finns i figuren nedan.

Spänningstripler sammansatt av dubblare staplad ovanpå en enstegslikriktare.

Observera att V (3) i figuren nedan stiger till 5 V (4,3 V) på den första negativa halvcykeln. Ingång v (4) förskjuts uppåt med 5 V (4,3 V) på grund av 5 V från halvvågslikriktaren. Och 5 V Mer vid v (1) på grund av klämman (C2, D2). D1 laddar C1(vågform v(2)) till toppvärdet av 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 

spänning tripler: V(3) halvvågslikriktare, V(4) ingång+ 5 V, V(1) clamper, v(2) slutlig utgång.

Voltage Quadrupler

en voltage quadrupler är en staplad kombination av två dubblare som visas i figur nedan. Varje dubblare ger 10 V (8,6 V) för en serie totalt vid nod 2 med avseende på marken av 20 V (17,2 V)

nätlistan är i figur nedan.

spänning fyrdubblare, bestående av två dubblare staplade i serie, med utgång vid nod 2.

vågformerna för fyrdubblaren visas i figur nedan. Två DC-utgångar är tillgängliga: v(3), dubblarutgången och v (2) fyrdubblarutgången. Några av de mellanliggande spänningarna vid klämmorna illustrerar att ingångssinewave (ej visad), som svänger med 5 V, successivt kläms fast vid högre nivåer: vid v(5), v(4) och v(1). Strängt v (4) är inte en clamper utgång. Det är helt enkelt VÄXELSPÄNNINGSKÄLLAN i serie med v(3) dubblarutgången. 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. Kretsparametrarna som används i exemplen (V= 5 V 1 kHz, C=1000 pf) ger inte mycket ström, mikroampor. Dessutom har belastningsmotstånd utelämnats. Lastning minskar spänningarna från de som visas. Om kretsarna ska drivas av en kHz-källa vid låg spänning, som i exemplen, är kondensatorerna vanligtvis 0,1 till 1,0 occupf så att milliamps av ström är tillgängliga vid utgången. Om multiplikatorerna drivs från 50/60 Hz är kondensatorn några hundra till några tusen mikrofarader för att ge hundratals milliamps Utgångsström. Om den drivs från linjespänning, var uppmärksam på kondensatorernas polaritet och spänningsvärden.

slutligen är någon direktlinjedriven strömförsörjning (ingen transformator) farlig för försöksledaren och linjestyrd testutrustning. Kommersiella direktdrivna leveranser är säkra eftersom de farliga kretsarna finns i ett hölje för att skydda användaren. När breadboarding dessa kretsar med elektrolytkondensatorer av någon spänning, kondensatorerna kommer att explodera om polariteten är omvänd. Sådana kretsar bör drivas upp bakom en säkerhetssköld.

Cockcroft-Walton multiplikator

en spänningsmultiplikator av kaskad halvvågsdubblare med godtycklig längd är känd som en Cockcroft-Walton multiplikator som visas i figur nedan. Denna multiplikator används när en högspänning vid låg ström krävs. Fördelen jämfört med en konventionell tillförsel är att en dyr högspänningstransformator inte krävs– åtminstone inte så hög som utgången.

Cockcroft-Walton x8 spänningsmultiplikator; utgång vid v(8).

paret av dioder och kondensatorer till vänster om noderna 1 och 2 i figuren ovan utgör en halvvågsdubblare. Att rotera dioderna med 45o moturs och bottenkondensatorn med 90o gör att den ser ut som Figur före (a). Fyra av dubblarsektionerna är kaskad till höger för en teoretisk x8 multiplikationsfaktor. Nod 1 har en clamper vågform (visas inte), en sinusvåg skiftas upp med 1x (5 V). De andra udda numrerade noderna är senvågor fastklämda till successivt högre spänningar. Nod 2, utgången från den första dubblaren, är en 2x likspänning v (2) i figur nedan. Successiva jämna numrerade noder laddas till successivt högre spänningar: 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) vågformer. Utgången är v (8).

utan dioddroppar ger varje dubblare 2vin eller 10 V, med tanke på två dioddroppar (10-1, 4)=8,6 V är realistisk. För totalt 4 dubblare förväntar man sig 4 * 8.6=34.4 V av 40 V.

Konsultfigur ovan, v (2) är ungefär rätt; v (8) är emellertid <30 V istället för den förväntade 34,4 V. banan för Cockcroft-Walton-multiplikatorn är att varje ytterligare steg lägger till mindre än föregående steg. Således finns en praktisk gräns för antalet steg. Det är möjligt att övervinna denna begränsning med en modifiering av grundkretsen. Observera också tidsskalan på 40 MSEK jämfört med 5 ms för tidigare kretsar. Det krävde 40 MSEK för spänningarna att stiga till ett terminalvärde för denna krets. Nätlistan i figuren ovan har en”.tran 0.010 m 50m” kommando för att förlänga simuleringstiden till 50 MSEK; men endast 40 msec är ritade.

Cockcroft-Walton-multiplikatorn fungerar som en effektivare högspänningskälla för fotomultiplikatorrör som kräver upp till 2000 V. Dessutom har röret många dynoder, terminaler som kräver anslutning till de lägre spänningen ”jämnt numrerade” noderna. Serien sträng av multiplikator kranar ersätter en värmegenererande resistiv spänningsdelare av tidigare konstruktioner.

en AC-linjestyrd Cockcroft-Walton-multiplikator ger högspänning till” jongeneratorer ” för neutralisering av elektrostatisk laddning och för luftrenare.

Spänningsmultiplikator recension:

• en spänningsmultiplikator producerar en DC-multipel (2,3,4, etc) av AC-toppingångsspänningen.
• den mest grundläggande multiplikatorn är en halvvågsdubblare.
• fullvågsdubbeln är en överlägsen krets som dubblare.
• en tripler är en halvvågsdubblare och ett konventionellt likriktarsteg (toppdetektor).
• en fyrdubblare är ett par halvvågsdubblare
• en lång sträng halvvågsdubblare är känd som en Cockcroft-Walton multiplikator.

relaterade kalkylblad:

• sommar-och Subtraktoropampkretsar kalkylblad