Множители напряжения

Умножители напряжения - это схемы, в которых мы получаем очень высокое напряжение постоянного тока от источника низкого напряжения переменного тока, схема умножителя напряжения генерирует напряжение, кратное пиковому входному напряжению переменного тока, например, если пиковое напряжение переменного тока составляет 5 вольт, мы получим 15 вольт постоянного тока на выходе, в случае схемы триггера напряжения. Мультиметр считывает только среднеквадратичное значение (среднеквадратичное значение напряжения) переменного напряжения, нам нужно умножить среднеквадратичное значение на 1,414 (корень 2), чтобы получить пиковое значение.

Обычно трансформаторы используются для повышения напряжения, но иногда трансформаторы невозможны из-за их размера и стоимости. Цепи умножителя напряжения могут быть построены с использованием небольшого количества диодов и конденсаторов, поэтому они дешевы и очень эффективны по сравнению с трансформаторами. Цепи умножителя напряжения очень похожи на схемы выпрямителя, которые используются для преобразования переменного тока в постоянный, но схемы умножителя напряжения не только преобразуют переменный ток в постоянный ток, но также могут генерировать очень ВЫСОКОЕ напряжение постоянного тока.

Эти схемы очень полезны там, где необходимо генерировать высокое постоянное напряжение с низким переменным напряжением и требуется низкий ток, например, в микроволновых печах, мониторах с электронно-лучевой трубкой (CRT) в телевизорах и компьютерах. ЭЛТ-монитор требует высокого напряжения постоянного тока с низким током.

Двухполупериодный удвоитель напряжения

Как видно из названия, входное напряжение в этой цепи удваивается. Работа двухполупериодного удвоителя напряжения очень проста:

Во время положительного полупериода синусоидальной волны переменного тока диод D1 смещается в прямом направлении, а D2 - в обратном, поэтому конденсатор C1 заряжается через D1 до пикового значения синусоидальной волны (Vpeak). И во время отрицательного полупериода синусоидальной волны D2 смещен в прямом направлении, а D1 смещен в обратном направлении, поэтому конденсатор C2 получает заряд через D2 до Vpeak.

Теперь оба конденсатора заряжены до Vpeak, поэтому мы получаем 2 Vpeak (Vpeak + Vpeak) между C1 и C2 без подключенной нагрузки. Он назван в честь двухполупериодного выпрямителя.

Схема полуволнового удвоителя напряжения

Ранее мы также создали схему удвоителя напряжения с таймером 555 в нестабильном режиме и источником постоянного тока. На этот раз мы используем 220 В переменного тока и трансформатор 9-0-9, чтобы понизить 220 В переменного тока, чтобы мы могли продемонстрировать умножитель напряжения на макете.

Во время первого положительного полупериода синусоидальной волны (AC) диод D1 смещается в прямом направлении, а конденсатор C1 заряжается через D1. Конденсатор C1 заряжается до пикового напряжения переменного тока, то есть Vpeak.

Во время отрицательного полупериода синусоидальной волны диод D2 проводит, а D1 имеет обратное смещение. D1 блокирует разряд конденсатора C1. Теперь конденсатор C2 заряжается объединенным напряжением конденсатора C1 (Vpeak) и отрицательным пиком переменного напряжения, которое также является Vpeak. Таким образом, конденсатор C2 заряжается до 2 В (пик.). Следовательно, напряжение на конденсаторе C2 в два раза превышает Vpeak переменного тока.

В следующем положительном цикле конденсатор C2 разряжается в нагрузку, если нагрузка подключена, и перезаряжается в следующем цикле. Таким образом, мы видим, что он заряжается в одном цикле и разряжается в следующем цикле, поэтому частота пульсаций равна частоте входного сигнала, то есть 50 Гц (сеть переменного тока).

Схема тройника напряжения

Чтобы построить схему удвоителя напряжения, нам просто нужно добавить еще 1 диод и конденсатор к указанной выше схеме полуволнового удвоителя напряжения в соответствии со схемой ниже.

Как мы видели в схеме удвоителя напряжения, в первом положительном полупериоде конденсатор C1 заряжается до Vpeak, а конденсатор C2 заряжается до 2Vpeak в отрицательном полупериоде.

Теперь во время второго положительного полупериода диоды D1 и D3 проводят, а D2 имеют обратное смещение. Таким образом, конденсатор C2 заряжает конденсатор C3 до того же напряжения, что и он сам, а именно 2 В (пик.).

Теперь конденсаторы C1 и C3 включены последовательно, и напряжение на C1 равно Vpeak, а напряжение на C3 равно 2 Vpeak, поэтому напряжение на последовательном соединении C1 и C3 равно Vpeak + 2Vpeak = 3 Vpeak, и мы получаем тройное напряжение на входе Vpeak вольт.

Четверная схема напряжения

Поскольку мы построили схему утроения напряжения, добавив один диод и конденсатор в схему удвоителя полуволнового напряжения, снова нам просто нужно добавить еще один диод и конденсатор в схему утроителя напряжения, чтобы построить схему четверного напряжения (в 4 раза больше входного напряжения).

Мы видели в схеме триплера напряжения, что конденсатор C1 заряжен до Vpeak в первом положительном полупериоде, C2 заряжен до 2Vpeak в отрицательном полупериоде, а C3 также заряжен до 2Vpeak во втором положительном полупериоде.

Теперь во время второго отрицательного полупериода диод D2 и D4 проводит ток, а конденсатор C4 заряжается до 2 В пик, конденсатором C3, который также имеет пик 2 В. И мы получаем в четыре раза больше Vpeak (4Vpeak) на конденсаторах C2 и C4, так как оба конденсатора имеют 2 Vpeak.

В схемах умножителя напряжения практически напряжение не является точным кратным пиковому напряжению, результирующее напряжение меньше кратного из-за некоторого падения напряжения на диодах, поэтому результирующее напряжение будет:

Vout = Multiplier * Vpeak - падение напряжения на диодах

Недостатком такого типа схем умножителя является высокая частота пульсаций и очень трудно сгладить выходной сигнал, хотя использование конденсаторов большой емкости может помочь уменьшить пульсации. И преимущество схемы в том, что мы можем генерировать очень высокое напряжение от источника питания низкого напряжения.

Мы можем генерировать гораздо более высокое напряжение и можем получить в 5, 6, 7 и более раз больше пикового напряжения переменного тока, добавив больше диодов и конденсаторов. Мы также можем генерировать высокое отрицательное напряжение, просто поменяв полярность диодов и конденсаторов в этой цепи. Теоретически мы можем бесконечно умножать напряжение, но практически это невозможно из-за емкости конденсаторов, низкого тока, сильной пульсации и многих других факторов.

Видео:

Ноты:

Напряжение не будет увеличиваться мгновенно, но будет медленно увеличиваться и через некоторое время станет равным трехкратному входному напряжению.
Номинальное напряжение конденсаторов должно быть как минимум в два раза больше входного напряжения.
Выходное напряжение не является кратным пиковому входному напряжению, оно будет меньше входного напряжения.