Расчет умножителя напряжения онлайн. Умножители напряжения: принцип работы, виды и расчет

Как работают умножители напряжения. Какие бывают типы умножителей. Как рассчитать параметры умножителя напряжения. Где применяются умножители напряжения в электронике. Каковы преимущества и недостатки умножителей напряжения.

Принцип работы умножителя напряжения

Умножитель напряжения — это электронная схема, позволяющая получить постоянное напряжение, превышающее амплитуду входного переменного напряжения. Основными элементами умножителя являются диоды и конденсаторы.

Принцип работы умножителя напряжения заключается в следующем:

1. В положительный полупериод входного напряжения заряжается первый конденсатор через открытый диод.
2. В отрицательный полупериод заряжается второй конденсатор, при этом к нему прикладывается сумма входного напряжения и напряжения на первом конденсаторе.
3. Процесс повторяется для последующих каскадов, что позволяет получить напряжение, кратное амплитуде входного.

Таким образом, за счет поочередного заряда конденсаторов в разные полупериоды входного напряжения, на выходе умножителя формируется постоянное напряжение, превышающее амплитуду входного в несколько раз.

Основные типы умножителей напряжения

Существует несколько основных типов умножителей напряжения:

1. Последовательный умножитель (схема Кокрофта-Уолтона)

Это классическая схема умножителя, состоящая из каскадно соединенных диодов и конденсаторов. Позволяет получить высокий коэффициент умножения, но имеет низкую нагрузочную способность.

2. Параллельный умножитель

Отличается от последовательного тем, что конденсаторы соединены параллельно. Имеет лучшую нагрузочную способность, но меньший коэффициент умножения.

3. Симметричный умножитель

Позволяет получить двуполярное выходное напряжение относительно общей точки. Часто применяется в высоковольтных источниках питания.

4. Умножитель Диксона

Разновидность умножителя с улучшенными характеристиками по нагрузочной способности и пульсациям выходного напряжения.

Расчет параметров умножителя напряжения

При расчете умножителя напряжения необходимо определить следующие основные параметры:

• Количество каскадов умножения
• Емкость конденсаторов
• Допустимое напряжение для диодов и конденсаторов
• Максимальный ток нагрузки

Для расчета емкости конденсаторов можно использовать следующую формулу:

C = (I * N) / (f * ΔU)

Где:

• C — емкость конденсатора
• I — ток нагрузки
• N — число каскадов умножения
• f — частота входного напряжения
• ΔU — допустимые пульсации выходного напряжения

Максимальное напряжение на диодах и конденсаторах равно удвоенной амплитуде входного напряжения.

Области применения умножителей напряжения

Умножители напряжения широко применяются в различных областях электроники:

• Высоковольтные источники питания для электронно-лучевых трубок, рентгеновских аппаратов, лазеров
• Ионизаторы воздуха и озонаторы
• Электростатические системы (пылеуловители, сепараторы)
• Ускорители заряженных частиц
• Импульсные источники питания
• Преобразователи напряжения в портативной электронике

Преимущества и недостатки умножителей напряжения

Основные преимущества умножителей напряжения:

• Простота конструкции
• Малые габариты и вес по сравнению с трансформаторными схемами
• Возможность получения очень высоких напряжений
• Низкая стоимость

Недостатки умножителей напряжения:

• Высокий уровень пульсаций выходного напряжения
• Плохая нагрузочная способность
• Зависимость выходного напряжения от тока нагрузки
• Необходимость использования высоковольтных компонентов

Практические рекомендации по применению умножителей напряжения

При использовании умножителей напряжения следует учитывать ряд практических аспектов:

• Для уменьшения пульсаций выходного напряжения рекомендуется использовать фильтрующие конденсаторы большой емкости.
• Чтобы снизить влияние тока нагрузки на выходное напряжение, можно применять стабилизаторы напряжения.
• При работе с высокими напряжениями необходимо обеспечить надежную изоляцию компонентов схемы.
• Для повышения КПД умножителя рекомендуется использовать быстродействующие диоды с малым падением напряжения.
• При проектировании высоковольтных умножителей следует учитывать возможность возникновения коронного разряда.

Соблюдение этих рекомендаций позволит создать надежный и эффективный умножитель напряжения для различных применений в электронике.

Умножители напряжения параллельные, последовательные, двухполупериодные, однополупериодные

Трансформатор на такие напряжения — штука нешуточная, специфическая, подвластная не каждому энтузиасту. Значительно более простым решением будет использование умножителей напряжения, находящих место не только в радиолюбительских поделках, но и широко применяющихся в электронных устройствах промышленного производства.
Происходит это благодаря приятным свойствам умножителей — возможности формировать высокое, до нескольких десятков и сотен тысяч вольт, напряжение при малых габаритах, массе и простоте расчёта и изготовления.

Приведём основные типы умножителей напряжения.

Рис.1 Рис.2

Изображённый на Рис.1 умножитель напряжения относится к последовательным несимметричным умножителям (или несимметричным умножителям 2-го рода). Подобные устройства наиболее универсальны, напряжение на диодах и конденсаторах распределены равномерно, можно реализовать большое число ступеней умножения.
В данной схеме все конденсаторы, за исключением С1, заряжаются до удвоенного амплитудного напряжения 2×U, к конденсатору С1 приложено амплитудное напряжение U, таким образом, рабочее напряжение конденсаторов и диодов получается достаточно низким.

Необходимая ёмкость конденсаторов в этой схеме определяется по приближенной формуле:

С = 2,85×N×Iн / (Кп×Uвых) = 2,85×N / (Кп×Rн),  Мкф , где

N—кратность умножения напряжения;

Ёмкость конденсатора С1 должна в 4 раза превышать расчётное значение С.
Максимально-допустимый ток через диоды должен как минимум в 2 раза превышать ток нагрузки Iн.

На Рис.2 приведена схема параллельного несимметричного умножителя (или несимметричного умножителя 1-го рода). Для этого вида умножителей требуются меньшие значения ёмкостей конденсаторов по сравнению с последовательными аналогами, однако такой их недостаток, как пропорциональный рост напряжения на конденсаторах с увеличением числа ступеней, ограничивает их применение в устройствах со значительными величинами выходных напряжений.

При одинаковых выходных токах, величины ёмкостей конденсаторов C4 и C6 в параллельном умножителе меньше, чем в последовательном кратно количеству ступеней. Так, если в последовательном ёмкость конденсатора С6 — 100 МкФ, то для трёхступенчатого параллельного умножителя потребуется ёмкость 100 / 3 = 33 МкФ.

Представленная формула расчёта ёмкостей умножителей верна для частоты напряжения сети — 50Гц. Однако, наиболее эффективно использование умножителей напряжения при их питании напряжением высокой частоты от специального преобразователя. В этом случае величины ёмкостей уменьшаются пропорционально кратности увеличения частоты преобразователя.

Приведу для наглядности калькулятор для расчёта элементов умножителей напряжения.
Здесь Rн = Uвых / Iн, либо Rн = Uвых² / Pн.

Количество ступеней умножителя нельзя увеличивать до бесконечности — с ростом числа секций их вклад в увеличение выходного напряжения быстро уменьшается. К тому же представленные несимметричные умножители напряжения являются однополупериодными и не обладают высокой нагрузочной способностью.

В связи с этим, при необходимости дальнейшего наращивания выходного напряжения и мощности, подводимой к нагрузке свыше 50 Вт — прямая дорога у нас лежит к симметричным двухполупериодным умножителям напряжения.
Симметричная схема умножения напряжения получается, если запараллелить входы двух несимметричных схем, рассчитанных в таблице, у одной из которых необходимо сменить полярность подключения электролитических конденсаторов и диодов.
В результате вырисовываются следующие схемы.

Рис.3 Рис.4

На Рис.3 приведена схема последовательного симметричного двухполупериодного умножителя, на Рис.4 — схема параллельного симметричного двухполупериодного умножителя напряжения.

При необходимости поиметь двуполярное питание, точку 0U следует подключить к земляной шине.

Расчет умножителя напряжения на диодах и конденсаторах

А не забацать ли нам с утреца электроэффлювиальный излучатель? Наполнить атмосферу лёгким отрицательным аэроионом – чтоб не слабее воздуха гор, соснового леса или морского прибоя.

Трансформатор на такие напряжения – штука нешуточная, специфическая, подвластная не каждому энтузиасту. Значительно более простым решением будет использование умножителей напряжения, находящих место не только в радиолюбительских поделках, но и широко применяющихся в электронных устройствах промышленного производства.
Происходит это благодаря приятным свойствам умножителей – возможности формировать высокое, до нескольких десятков и сотен тысяч вольт, напряжение при малых габаритах, массе и простоте расчёта и изготовления.

Приведём основные типы умножителей напряжения.

Рис.1 Рис.2

Изображённый на Рис.1 умножитель напряжения относится к последовательным несимметричным умножителям (или несимметричным умножителям 2-го рода). Подобные устройства наиболее универсальны, напряжение на диодах и конденсаторах распределены равномерно, можно реализовать большое число ступеней умножения.

Необходимая ёмкость конденсаторов в этой схеме определяется по приближенной формуле:

N—кратность умножения напряжения;
Iн — ток нагрузки, мА;
Кп — допустимый коэффициент пульсаций выходного напряжения, %;
Uвыx—выходное напряжение, В.

Ёмкость конденсатора С1 должна в 4 раза превышать расчётное значение С.
Максимально-допустимый ток через диоды должен как минимум в 2 раза превышать ток нагрузки Iн.

На Рис.2 приведена схема параллельного несимметричного умножителя (или несимметричного умножителя 1-го рода). Для этого вида умножителей требуются меньшие значения ёмкостей конденсаторов по сравнению с последовательными аналогами, однако такой их недостаток, как пропорциональный рост напряжения на конденсаторах с увеличением числа ступеней, ограничивает их применение в устройствах со значительными величинами выходных напряжений.

При одинаковых выходных токах, величины ёмкостей конденсаторов C4 и C6 в параллельном умножителе меньше, чем в последовательном кратно количеству ступеней. Так, если в последовательном ёмкость конденсатора С6 – 100 МкФ, то для трёхступенчатого параллельного умножителя потребуется ёмкость 100 / 3 = 33 МкФ.

Представленная формула расчёта ёмкостей умножителей верна для частоты напряжения сети – 50Гц. Однако, наиболее эффективно использование умножителей напряжения при их питании напряжением высокой частоты от специального преобразователя. В этом случае величины ёмкостей уменьшаются пропорционально кратности увеличения частоты преобразователя.

Приведу для наглядности калькулятор для расчёта элементов умножителей напряжения.
Здесь Rн = Uвых / Iн, либо Rн = Uвых² / Pн.

Количество ступеней умножителя нельзя увеличивать до бесконечности – с ростом числа секций их вклад в увеличение выходного напряжения быстро уменьшается. К тому же представленные несимметричные умножители напряжения являются однополупериодными и не обладают высокой нагрузочной способностью.

В связи с этим, при необходимости дальнейшего наращивания выходного напряжения и мощности, подводимой к нагрузке свыше 50 Вт – прямая дорога у нас лежит к симметричным двухполупериодным умножителям напряжения.
Симметричная схема умножения напряжения получается, если запараллелить входы двух несимметричных схем, рассчитанных в таблице, у одной из которых необходимо сменить полярность подключения электролитических конденсаторов и диодов.
В результате вырисовываются следующие схемы.

Рис.3 Рис.4

На Рис.3 приведена схема последовательного симметричного двухполупериодного умножителя, на Рис.4 – схема параллельного симметричного двухполупериодного умножителя напряжения.

При необходимости поиметь двуполярное питание, точку 0U следует подключить к земляной шине.

Повышение напряжения без трансформатора. Умножители. Рассчитать онлайн. Преобразование переменного и постоянного тока (10+)

Бестрансформаторные источники питания – Повышающие

Этот процесс иллюстрирует рисунок:

Синим помечена область, где конденсаторы C заряжаются, а красным, где они отдают накопленный заряд в конденсатор C1 и в нагрузку.

Вашему вниманию подборки материалов:

Конструирование источников питания и преобразователей напряжения Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Повышающие преобразователи

Повышающие преобразователи переменного тока

Если на выходе надо получить напряжение выше, чем на входе, то обычно применяются умножители напряжения. Совсем просто выглядит умножитель, если на входе переменное напряжение:

Это схема умножителя Латура-Делона-Гренашера. На выходе мы имеем амплитудное значение входного напряжения, умноженное на количество конденсаторов. Диоды и конденсаторы в схеме должны быть рассчитаны на удвоенную величину амплитудного значения входного напряжения, то есть для осветительной сети они должны выдерживать 620 В с запасом.

Расчет умножителя онлайн

Рассчитаем номинал конденсаторов в умножителе напряжения:

[Емкость каждого конденсатора, Ф] = [Количество конденсаторов] * [Сила выходного тока, А] / [Максимально допустимая амплитуда пульсаций выходного напряжения, В] / [Входная частота, Гц] / 2

Максимально допустимую амплитуду пульсаций выходного напряжения следует выбирать не более 5% от требуемого выходного напряжения, иначе схема не будет работать.

Повышающие преобразователи постоянного тока

Если нам необходимо повысить напряжение постоянного тока, то его сначала надо преобразовать в переменный. Для этого можно применить, например, эту схему:

Здесь используется релаксационный генератор на операционном усилителе, который раскачивает усилитель мощности на транзисторах. С выхода усилителя мощности сигнал подается на умножитель напряжения (S), собранный по схеме, приведенной выше. Нужно только иметь ввиду, что на выходе усилителя амплитудное значение сигнала, которое нужно брать для расчета умножителя, рано половине питающего.

Частота генератора задается конденсатором C1 и резистором R9. Если емкость конденсатора 0.06 мкФ, сопротивление резистора 10 кОм, то частота составит около 500 Гц.

Резисторы R7, R8 – по 50 кОм, Конденсаторы C2, C3 – по 1000 мкФ. Они служат для формирования средней точки между плюсом и минусом питания.

Резисторы R1, R2 – по 1 кОм

Резисторы R3, R4 – по 200 Ом

Резисторы R11, R12 – по 10 кОм

Резистор R10 – 3 кОм

Резисторы R5, R6 – по 100 Ом. Они ограничивают силу тока базы транзисторов VT3, VT4.

Резистор R13 – 3 Ом, 1 Вт. Этот резистор ограничивает токовые всплески при переключении транзисторов. Он необходим, так как усилитель работает на емкостную нагрузку, а выходной сигнал имеет прямоугольную форму, для которой характерны броски тока при заряде конденсатора в нагрузке.

Транзисторы VT3, VT4 – КТ815, КТ814.

Операционный усилитель D1 – К544УД1.

Схема может отдавать в умножитель ток до 1 А, питается от 15 В.

Столь замысловатая схема раскачки силового усилителя применена для того, чтобы на выходе получить размах напряжения, близкий к напряжению питания при том, что напряжение на выходе операционного усилителя не доходит до напряжения питания.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Добрый вечер. Как ни старался, не смог по приведенным формулам для рис 1.2 получить значения ёмкостей конденсаторов С1 и С2 при приведенных значениях данных в вашей таблице (Uвх

220V, Uвых 15V, Iвых 100мА, f 50Hz). У меня проблема, включить катушку малогабаритного реле постоянного тока на рабочее напряжение -25V в сеть

220V, рабочий ток катушки I= 35мА. Возможно я что то не Читать ответ.

Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное. Принцип действия.
Принцип действия, сборка и наладка преобразователя однофазного напряжения в трех.

Инвертор, преобразователь, чистая синусоида, синус.
Как получить чистую синусоиду 220 вольт от автомобильного аккумулятора, чтобы за.

Резонансный инвертор, преобразователь напряжения повышающий. Принцип р.
Сборка и наладка повышающего преобразователя напряжения. Описание принципа работ.

Источник высокого напряжения для озонатора, ионизатора, экспериментов.
Как изготовить преобразователь с высоким выходным напряжением для формирования и.

Микроконтроллеры. Питание, визуализация, показ информации. Диагностика.
Как питать микро-контроллеры – тонкости. Визуальное представление (Как подключит.

Обратноходовый импульсный преобразователь напряжения, источник питания.
Как работает обратноходовый стабилизатор напряжения. Где он применяется. Описани.

Умножитель напряжения – схема выпрямителя особого типа, амплитуда напряжение на выходе которой теоретически в целое число раз выше, чем на входе. То есть, с помощью удвоителя напряжения можно получить 200 В постоянного тока из 100 В переменного тока источника, а с помощью умножителя на четыре — 400 В постоянного. Это если не учитывать падение напряжения на диодах (0,7В на каждом).

В реальных схемах любая нагрузка будет уменьшать полученное напряжение. Умножитель содержит в себе конденсаторы и диоды. Нагрузочная способность умножителя пропорциональна частоте, величине емкости входящих в его состав конденсаторов и обратно пропорциональна числу звеньев.

А теперь, к Вашему вниманию – «экспонаты» коллекции:

• Удвоитель напряжения Латура-Делона-Гренашера

Особенности: хорошая нагрузочная способность.

Несимметричный умножитель напряжения (Кокрофта-Уолтона)

Особенности: универсальность, низкая нагрузочная способность.

Генераторы Кокрофта-Уолтона применяются во многих областях техники, в частности, в лазерных системах, в источниках высокого напряжения, в системах рентгеновского излучения, подсветке жидкокристаллических экранов, лампах бегущей волны, ионных насосах, электростатических системах, ионизаторах воздуха, ускорителях частиц, копировальных аппаратах, осциллографах, телевизорах и во многих других устройствах, где необходимо одновременно высокое напряжение и постоянный ток.

• Утроитель, 1-й вариант

Особенности: хорошая нагрузочная способность.

Утроитель, 2-й вариант

Особенности: хорошая нагрузочная способность.

Утроитель, 3-й вариант

Особенности: хорошая нагрузочная способность.

Умножитель на 4, 1-й вариант

Особенности: симметричная схема, хорошая нагрузочная способность.

Умножитель на 4, 2-й вариант

Особенности: симметричная схема, хорошая нагрузочная способность.

Умножитель на 4, 3-й вариант

Особенности: симметричная схема, хорошая нагрузочная способность, две полярности относительно общей точки.

Умножитель на 5, 1-й вариант

Особенности: хорошая нагрузочная способность.

Умножитель на 6, 1-й вариант

Особенности: хорошая нагрузочная способность.

Умножитель на 6, 2-й вариант

Особенности: симметричная схема, хорошая нагрузочная способность, две полярности относительно общей точки.

Умножитель на 8, 1-й вариант

Особенности: симметричная схема, хорошая нагрузочная способность.

Умножитель на 8, 2-й вариант

Особенности: симметричная схема, хорошая нагрузочная способность, две полярности относительно общей точки.

Умножитель напряжения Шенкеля – Вилларда

Особенности: симметричная схема, превосходная нагрузочная способность, ступенчатое увеличение напряжения на каждом звене.

Умножитель со ступенчатой нагрузочной способностью

Особенности: нагрузочная характеристика имеет две области – область низкой мощности – в диапазоне выходных напряжений от 2U до U и область повышенной мощности – при выходном напряжении ниже U.

Выпрямитель с вольтодобавкой

Особенности: наличие дополнительного маломощного выхода с удвоенным напряжением питания.

Умножитель из диодных мостов

Особенности: хорошая нагрузочная способность. Одна из классических схем умножения напряжения в высоковольтных источниках питания для физических экспериментов. На рисунке изображен удвоитель напряжения, но число каскадов в умножителе может быть увеличено.

Автор: Павел (Admin)

Упрощенный расчет умножителя напряжения

Высоковольтный однотактный последовательный умножитель напpяжения.
Он состоит из секций, каждая включает 2 диода и 2 конденсатоpа, секции
соединены последовательно.
Падением напpяжения на диодах пpенебpегаем, все емкости и диоды одинаковые.
Падение напpяжения на выходе (относительно холостого хода) в таком умножителе
пpямо пpопоpционально току нагpузки и обpатно пpопоpционально емкости
конденсатоpов.
Умножитель напpяжения в четное 2*N pаз содеpжит 2*N диодов и 2*N конденсатоpов
и состоит из N одинаковых секций.
Расчет дается только для четного коэффициента умножения 2*N.
Пpи нечетном коэффициенте умножения 2*N+1 самая «нижняя» секция пpедставляет
собой однополупеpиодный выпpямитель с напpяжением на конденсатоpе вдвое меньше,
чем на всех остальных. Если емкость этого конденсатоpа взять в несколько pаз
больше (оpиентиpовочно в N pаз), чем остальных конденсатоpов, можно с
пpиемлемой точностью пpовести pасчет емкости этих конденсатоpов для четного 2*N
коэффициента умножения.

Исходные данные:
(Отмечу, что пpактически умножители более чем на несколько миллиампеp не
делают, но чтобы в фоpмулах избежать коэффициентов вида 10^K, все в вольтах,
фаpадах, ампеpах).

Амплитуда входного напpяжения, вольт — U1.
Частота входного напpяжения F, Гц.
Hапpяжение на выходе, Uвых.
Ток нагpузки I, ампеp.
Падение напpяжения под нагpузкой по сpавнению с холостым ходом, Uп, вольт.
Размах пульсаций от пика до пика Uпульс, вольт.

Расчет.
1. Опpеделяем, что является огpаничивающим фактоpом для емкости — Uп или
Uпульс. Пpи N=1 Uп=1,5*Uпульс, пpи N>=2 Uп=2*Uпульс.
Если задано большее допустимое Uп, чем получается из допустимых пульсаций,
вычисляем Uп исходя из допустимых пульсаций и в дальнейшем исходим из него.
2. Количество секций N.
N=(Uвых+Uп)/(2*U1).
3. Максимальное напpяжение диодов и конденсатоpов.
Равно U1*2.
4. Максимальный ток диодов.
Равен I*N.
5. Емкость конденсатоpов C.

C=K*I/(F*Uп) где K беpется из таблицы

N   К
1   1,5
2   10
3   28
4   60
5   110
6   180
7   280
8   400
9   560
10  760

Расчет обмотки тpансфоpматоpа ведется как для однополупеpиодного выпpямителя с
током нагpузки, pавным I*N.-6 /(600*50) = 0,507 мкф.

Видим, что пpи ничножном токе и большом падении напpяжения получаются довольно
большие значения емкостей. Поэтому умножители пpименяют либо пpи совсем
небольших токах на 50 Гц, либо пpи повышенных частотах и умеpенных токах.

     Cheers,   Aleksei [mailto: [email protected]]

Умножитель напряжения на диодах и конденсаторах

Определение умножителя напряжения

Их применяют в радиоэлектронике: медицинской и телевизионной аппаратуре, измерительной технике, бытовой технике и др. Умножитель напряжения составляют диоды и конденсаторы, которые соединяют специальным образом. Умножители способны сформировать напряжение до вольт, при этом имеют небольшую массу и размер. Умножители просты в изготовлении, их несложно рассчитываются.

Однополупериодный умножитель

На рис.1 приведена схема однополупериодного последовательного умножителя.

В течение отрицательного полупериода напряжения происходит зарядка конденсатора через диод , который открыт. Конденсатор заряжается до амплитудной величины приложенного напряжения . В течение положительного полупериода заряжается конденсатор через диод до разности потенциалов . Далее в отрицательный полупериод конденсатор заряжается через диод до разности потенциалов . В очередной положительный полупериод конденсатор заряжается до напряжения . При этом умножитель запускается за несколько периодов изменения напряжения. Напряжение на выходе постоянное и оно является суммой напряжений на конденсаторах и , которые постоянно заряжаются, то есть составляет величину, равную .

Обратное напряжение на диодах и рабочее напряжение конденсаторов в таком умножителе равно полной амплитуде входного напряжения. При практической реализации умножителя следует обращать внимание на изоляцию элементов, чтобы не допускать коронного разряда, который может вывести прибор из строя. Если необходимо изменить полярность напряжения на выходе, то меняют полярность диодов при соединении.

Последовательные умножители применяют особенно часто, так как они универсальны, имеют равномерное распределение напряжения на диодах и конденсаторах. С их помощью можно реализовать большое количество ступеней умножения.

Применяют, также параллельные умножители напряжения. Для них необходима меньшая емкость конденсатора на одну ступень умножения. Но, их недостатком считают увеличение напряжения на конденсаторах с ростом количества ступеней умножения, что создает ограничение в их использовании до напряжения выхода около 20 кВ. На рис. 2 приведена схема однополупериодного параллельного умножителя напряжения.

Для того чтобы рассчитать умножитель следует знать основные параметры: входное переменное напряжение, напряжение и мощность выхода, необходимые размеры (или ограничения в размерах), условия при которых умножитель будет работать. При этом следует учесть, что напряжение входа должно быть менее чем 15 кВ, частота от 5 до 100 кГц, напряжение выхода менее 150 кВ. Температурный интервал обычно составляет -55. Обычно мощность умножителя составляет до 50 Вт, но встречаются и более 200 Вт.

Для последовательного умножителя, если частота на входе в умножитель постоянна, то выходное напряжение вычисляют при помощи формулы:

где — входное напряжение; – частота напряжения на входе; N – число ступеней умножения; C – емкость конденсатора ступени; I – сила тока нагрузки.

Примеры решения задач

Умножитель напряжения ⋆ diodov.net

При изготовлении электронных устройств, в частности блоков питания, в некоторых случаях возникает необходимость иметь выпрямленное напряжение большей величины, чем на клеммах вторичной обмотке трансформатора или в розетке 220 В. Например, после выпрямления сетевого напряжения 220 В на фильтрующем конденсаторе при очень малой нагрузке можно получить максимум амплитудное значение переменного напряжения 311 В. Следовательно конденсатор зарядится до указанного значения. Однако применяя умножитель напряжения можно повысить его до 1000 В и более.

Удвоитель напряжения

Схема умножителя напряжения может выполняться в нескольких вариантах, одна принцип действия всех их заключается в следующем. В разные полупериоды переменного тока происходит поочередно зарядка нескольких конденсаторов, а суммарное напряжение на них превышает амплитудное значение на обмотке. Таким образом, за счет увеличения числа конденсаторов и, как далее будет видно, количества диодов, получают напряжение в несколько раз превышающее величину подведенного.

Теперь давайте рассмотрим конкретные примеры и схемные решения.

Схема двухполупериодного умножителя состоит из двух диодов и двух конденсаторов, подключенных со стороны вторичной обмотки трансформатора.

Пусть в начальный момент потенциалы на обмотке имеют такие знаки, что ток протекает от точки 1 к точке 2. Проследим дальнейший путь тока. Он протекает через конденсатор C2, заряжая его, и возвращается к обмотке через диод VD2. В следующий полупериод ЭДС во вторичной обмотке направлена от точки 2 к 1 и через диод VD1 происходит зарядка конденсатора C1 до того же значения, что и С2. Таким образом, за счет последовательного соединения двух конденсаторов C1 и C2 на сопротивлении нагрузки получается удвоенное напряжение.

Если измерить значение переменного напряжения на обмотке и постоянное на одном из конденсаторов, то они буде отличаться почти в 1,41 раза. Например при действующем значении на вторичной обмотке, равном 10 В, на конденсаторе будет приблизительно 14 В. Это поясняется тем, что конденсатор заряжается до амплитудного, а не до действующего значения переменного напряжения. А амплитудное значения, как известно в 1,41 раза выше действующего. К тому же мультиметром возможно измерить лишь действующие значения переменных величин.

Рассмотрим еще один вариант. Здесь для умножения напряжения используется несколько иной подход. Когда потенциал точки 2 выше потенциал т.1 под действием протекающего тока заряжается конденсатор С1, а цепь замыкается через VD2.

После изменения направления тока, вторичная обмотка W2 и конденсатор С1 можно представить, как два последовательно соединенные источника питания с равными значениями амплитуды, поэтому конденсатор С2 зарядится до их суммарного напряжения, т.е. на его обкладках оно будет в два раза больше, чем на выводах вторичной обмотки. Во время тога, как конденсатор С2 будет заряжаться, С1 наоборот, будет разряжаться. Затем все повторится снова.

Умножитель напряжения многократный

Процессы в схеме утроения напряжения протекают в такой последовательности: сначала заряжаются конденсаторы С1 и С3 через сопротивление R и соответствующие диоды VD1 и VD3. В следующий полупериод С2 через VD2 заряжается до удвоенного напряжения (С1 + обмотка) и на сопротивлении нагрузки получается утроенное значение.

Больший интерес имеет следующий умножитель напряжения. Рассмотрим принцип его работы. Когда потенциал точки 1 положителен относительно точки 2 ток протекает по пути через VD1 и С1 заряжая конденсатор.

В следующий полупериод, когда ток изменил свое направление, заряжается второй конденсатор через второй диод до величины, равного сумме напряжений на С1 и обмотке трансформатора. При этом С1 разрядится. В третий полупериод, когда первый конденсатор снова начнет заряжаться, С2 через третий диод разрядится на С3, зарядив его до двойного значения относительно выводов обмотки.

К концу третьего полупериода на нагрузку будет подано суммарное напряжение заряженных конденсаторов С1 и С3, т. е. примерно утроенное значение.

Если данную схему применить без трансформатора, непосредственно подключить к 220 В, то на выходе получим приблизительно 930 В.

По аналогии с рассмотренными схемами могут быть построены схемы с большей кратностью умножения. Но следует помнить, что с увеличением числа умножений по причине большего содержание в схеме диодов и конденсаторов возрастает внутренне сопротивление выпрямителя, что приводит к дополнительной просадке напряжения.

Схемы с умножением напряжения применяются для питания малой нагрузки, т.е. сопротивление нагрузки должно быть высоким. В противном случае нужно использовать неполярные конденсаторы большой емкости, рассчитанные на высокое напряжение. Это связано с тем, что при значительном токе нагрузки конденсаторы будут быстро разряжаться, что вызовет недопустимо большие пульсации на нагрузке.

Изготавливая умножитель напряжения, следует всегда помнить о том, что конденсаторы и диоды должны быть рассчитаны на соответствующие напряжения.

Еще статьи по данной теме

cxema.org — ЭШУ на умножителе напряжения

Электрошоковые устройства являются одним из лучших способов для самообороны. Сегодня в свободной продаже можно найти электрошоковые устройства для гражданских лиц с мощностью не более 3-х ватт. Гражданский кодекс суров, ЭШУ повышенной мощности доступны только работникам органов. А для простых смертных мощность ограничена 3 ваттами. Однозначно штатных 3 ватта явно недостаточно для реальной обороны, поэтому часто приходится конструировать электрошоковые устройства своими руками в домашних условиях.

На самом деле, конструкция самодельного ЭШУ достаточно простая, на умножителе напряжения можно реализовать достаточно мощные схемы с минимальными затратами. Рассматриваемая модель обеспечивает выходную мощность до 70 ватт, а это в 13 раз больше мощности промышленного электрошокера.
Конструкция состоит из высоковольтного инвертора и умножителя напряжения.

Инвертор выполнен по простой схеме мультивибратора на двух полевых ключах. Выбор полевых транзисторов достаточно большой. Можно применить ключи из серии IRFZ44, IRFZ48, IRF3205, IRL3705 и любые другие аналогичные.

Трансформатор намотан на ферритовом Ш-образном сердечнике. Такой сердечник можно найти в маломощных китайских ЭТ, также в отечественных телевизорах.

Все обмотки с каркаса нужно снять и мотать новые. Первичная обмотка мотается проводом 1 мм и состоит из 2Х5 витков. Далее нужно изолировать обмотку 10-ю слоями прозрачного скотча или второпластной ленты и мотать повышающую обмотку.

Эта обмотка мотается проводом 0,07-0,1мм и состоит из 800-1000 витков. Обмотка мотается по слоям, каждый слой состоит из равномерно намотанных 80 витков. После намотки собираем трансформатор, заливать смолой не нужно.

В умножителе напряжения использованы высоковольтные конденсаторы на 5 КВ 2200 пФ — можно найти в отечественных телевизорах. Конденсаторы можно взять и на 3кВ, но опасность их пробоя велика.

В качестве диодов использованы диодные столбы КЦ123Б или 106, обратное напряжение первых 12 кВ — справляются на ура. Готовый умножитель нужно протестировать и залить эпоксидной смолой во избежания от пробоев.

Пробой воздуха доходит до 4-х см, напряжение на выходе 25000 Вольт, а частота искрообразования до 1000Гц!

Такой шокер почти полным накалом засвечивает лампу накаливания на 100 ватт. Источник питания не критичен, важно иметь рабочее напряжение 7,2-14 Вольт. Можно использовать литий-ионные, литий-полимерные, никель — кадмиевые, никель — металл- гибридные источники напряжения с емкостью не менее 400 мА/ч.

АКА КАСЬЯН

Умножитель напряжения: принцип работы и схемы

После того как на рынке электроники появились миниатюрные конденсаторы, имеющие большую емкость, стало возможным использование в электронных схемах методики, связанной с умножением напряжения. Для этих целей разработан – умножитель напряжения, основой которого являются диоды и конденсаторы, подключенные в определенном порядке.

Общие сведения об умножителях напряжения

Суть работы умножителя заключается в преобразовании переменного напряжения, получаемого из низковольтного источника, в высокое напряжение постоянного тока. Есть разные варианты данных приборов такие как, умножитель напряжения Шенкеля и другие схемы, проектируемые для конкретной аппаратуры.

В электронике к умножителям напряжения относятся специальные схемы, с помощью которых уровень входящего напряжения преобразуется в сторону увеличения. Одновременно эти устройства выполняют еще и функцию выпрямления. Умножители применяются в тех случаях, когда нежелательно использовать в общей схеме дополнительный повышающий трансформатор из-за сложности его устройства и больших размеров.

В некоторых случаях трансформаторы не могут поднять напряжение до требуемого уровня, поскольку между витками вторичной обмотки может случиться пробой. Данные особенности следует учитывать при решении задачи, как сделать различные варианты удвоителей своими руками.

В схемах умножителей обычно используются свойства и характеристики однофазных однополупериодных выпрямителей, работающих на емкостную нагрузку. В процессе работы этих устройств между определенными точками создается напряжение с величиной, превышающей значение входного напряжения. В качестве таких точек выступают выводы диода, входящего в схему выпрямителя. При подключении к ним еще одного такого же выпрямителя, получится схема несимметричного удвоителя напряжения.

Таким образом, каждый умножитель напряжения как повышающее устройство может быть симметричным и несимметричным. Кроме того, все они разделяются на категории первого и второго рода. Схема симметричного умножителя представляет собой две несимметричные схемы, соединенные между собой. У одной из них происходит изменение полярности конденсаторов и проводимости диодов. Симметричные умножители имеют лучшие электрические характеристики, в частности выпрямляемое напряжение обладает удвоенной частотой пульсаций.

Различные типы таких приборов повсеместно используются в электронной аппаратуре и оборудовании. С помощью этих устройств появилась возможность осуществлять умножение и получать напряжение в десятки и сотни тысяч вольт. Сами умножители напряжения отличаются незначительной массой, малыми габаритами, они просты в изготовлении и дальнейшей эксплуатации.

Принцип работы

Для того чтобы представить себе как работает умножитель напряжения, рассматривается простейшая схема однополупериодного устройства, показанного на рисунке. Когда начинает действовать отрицательный полупериод напряжения, диод Д1 открывается и через него осуществляется зарядка конденсатора С1. Заряд должен сравняться с амплитудным значением подаваемого напряжения.

При наступлении периода с положительной волной происходит зарядка следующего конденсатора С2 через диод Д2. В этом случае заряд приобретает высокие удвоенные значения по сравнению с поданным напряжением. Далее наступает отрицательный полупериод, в течение которого до удвоенного значения заряжается конденсатор С3. Таким же образом, во время дальнейшей смены полупериода, выполняется зарядка конденсатора С4, вновь с удвоенным значением.

Для того чтобы запустить устройство, требуются полные периоды напряжения в количестве нескольких циклов, создающие напряжения на диодах. Величина напряжения, получаемая на выходе, состоит из суммы напряжений конденсаторов С2 и С4, соединенных последовательно и заряжаемых постоянно. В конечном итоге, образуется величина выходного переменного напряжения, которое в 4 раза превышает значение напряжения на входе. В этом и заключается принцип работы умножителя напряжения.

Самый первый конденсатор С1, полностью заряженный, имеет постоянное значение напряжения. То есть, он выполняет функцию постоянной составляющей Ua, применяемой в расчетах. Следовательно, можно и дальше наращивать потенциал умножителя, подключая дополнительные звенья, сделанные по тому же принципу, поскольку напряжение на диодах в каждом из этих звеньев будет равно сумме входного напряжения и постоянной составляющей. За счет этого получается любой коэффициент умножения с требуемым значением. Напряжение на всех конденсаторах, кроме первого будет равным 2х Ua.

Если в умножителе используется нечетный коэффициент, для подключения нагрузки используются конденсаторы, расположенные в верхней части схемы. При четном, наоборот, задействуются нижние конденсаторы.

Примерный расчет схемы умножителя

Перед тем как начинать расчет, задаются основные характеристики устройства. Это особенно важно, когда необходимо изготовить умножитель напряжения своими руками. В первую очередь, это значения входного и выходного напряжения, мощность и габаритные размеры. Следует учитывать и некоторые ограничения, касающиеся параметров напряжения. Его величина на входе должна быть не более 15 кВ, границы диапазона частоты составляют от 5 до 100 кГц.

Рекомендуемое значение выходного высоковольтного напряжения – не выше 150 кВ. Величина выходной мощности умножителя напряжения составляет в пределах 50 Вт, хотя можно создать устройство и с более высокими параметрами, в котором мощность достигает даже 200 Вт.

Выходное напряжение находится в прямой зависимости с токовыми нагрузками и его можно рассчитать с помощью формулы: U_вых = N х Uвх – (I (N3 + +9N2 /4 + N/2)) / 12FC, в которой N соответствует количеству ступеней, I – токовой нагрузке, F – частоте напряжения на входе, С – емкости генератора. Если заранее задать требуемые параметры, данная формула поможет легко рассчитать, какая емкость должна быть у конденсаторов, применяемых в схеме.

— gigaj0ule

Трансформаторы — не единственный способ повысить напряжение; Другой метод безумия — множитель Кокрофта-Уолтона или каскад Вилларда, в зависимости от вашего любимого мертвого ученого. «CW», как их в просторечии называют, представляют собой накачку заряда, используемую для преобразования высокого напряжения в очень высокое напряжение , задача, в которой трансформаторы не подходят. Подобно спаренным индукторам, эта схема «меняет» ток на напряжение, но, в отличие от трансформатора, непрерывный ток выдает постоянный ток.

CW состоит из каскадов, каждый из которых состоит из 2 сверхбыстрых диодов и 2 высоковольтных конденсаторов. Затем эти этапы складываются в множитель.

В действительности для зарядки конденсаторов требуется еще несколько циклов переменного тока. Насколько умножитель увеличивает входное напряжение, зависит от количества ступеней, и есть простая формула для расчета такого идеального усиления напряжения:

Eout = Ein * √2 * n

Eout — выходное напряжение
Ein — среднеквадратичное входное напряжение
n — количество ступеней умножителя

Допустим, у вас есть 6-ступенчатый умножитель и вы питаете его на 7кВ.Используя приведенную выше формулу, вы можете рассчитать, что теоретическое максимальное выходное напряжение будет 59,397 кВ.

Реальный мир: ожидаемые вызовы

Как и все реальные вещи в этом мире, телеканалы несовершенны. Проблема в том, что по мере того, как потребляется больше тока, усиление напряжения начинает значительно проседать. Этим потерям можно противодействовать, используя либо конденсаторы большего размера, либо более высокочастотный вход, а падение напряжения можно приблизительно рассчитать по следующей формуле:

Edrop = I / ( f * C ) * (2/3 * n ³ + n ² / 2 — n /6)

Edrop — падение напряжения
I — потребляемый ток в амперах
f — частота в герцах
n — количество ступеней
C — размер конденсаторов, используемых в

Эту формулу определенно следует воспринимать с недоверием, потому что, хотя она имеет смысл в теории, потери в реальной жизни будут намного выше.Например, четырехступенчатый CW на моем рабочем месте, который теоретически должен был упасть только на 1,4 кВ на мА, на самом деле упал на 8 кВ. Это тебе электроника.

Как будто падения напряжения было недостаточно, поскольку ток поступает из CW, выходное напряжение начинает колебаться. Еще раз, есть формула для расчета этого;

Eripple = I / ( f * C ) * n * ( n + 1) / 2

Электрический удар CW, большое время.Несмотря на все свои подводные камни, они все же работают, и пока мы не найдем лучший способ повышения высокого напряжения в режиме переключения, они все, что у нас есть. И пульсация, и провисание становятся более серьезными проблемами при увеличении количества ступеней, поэтому всегда идеально использовать как можно меньше ступеней и как можно более высокую частоту в CW. Это означает, что для питания такого умножителя вам понадобится источник высокого напряжения и высокой частоты, например, обратный трансформатор переменного тока.

Изготовление одного

Создание CW — довольно простая задача, поскольку это такая простая схема, настолько простая на самом деле, что для этого даже не потребуется фенольная плата.В CW слева я решил использовать четыре каскада, но, поскольку конденсаторы на 30 000 В довольно дороги, я импровизировал с последовательными парами конденсаторов на 15 кВ (отсюда и 16 конденсаторов вместо 8). CW должен находиться под маслом, чтобы предотвратить чрезмерные потери на коронный разряд, поэтому я сделал его достаточно тонким, чтобы его можно было разместить внутри трубы из ПВХ. Как вы создадите свой CW, конечно же, ваше решение.

Чрезвычайно высокие напряжения, связанные с непрерывными токами, делают сопротивление проводов по большей части несущественным. В результате конденсаторы могут разряжаться импульсами в несколько килоампер; намного больше, чем может выдержать маленький диод на конце стека.Это означает, что во время использования вам понадобится либо резистивная нагрузка, например, рентгеновская трубка, либо, если вы просто хотите создать искры, резистор, включенный последовательно с выходом. Закон Ома может помочь вам определить, какой резистор вам нужен, но ожидайте, что он будет в диапазоне нескольких миллионов Ом. Помните, что, поскольку здесь очень высокое напряжение, здесь также очень большая мощность, поэтому убедитесь, что ваш резистор способен выдерживать тепло. Резистор на 1/4 Вт просто не подойдет!

Сверхвысокое напряжение, которое может генерировать CW, довольно забавно.При этих экстремальных потенциалах могут создаваться огромные электрические поля, а также сильный ионный ветер. Просто сидя рядом с работающим CW, вы можете почувствовать, как поле заряжает волосы на ваших руках (если они есть), и нет недостатка в электростатических щелчках и хлопках радома. Играть с CW — довольно интересный опыт.

Искры, которые они могут произвести, тоже неплохие. ∎

В руководстве по выпрямителям мы увидели, что выходное напряжение постоянного тока, контролируемое выпрямителем, имеет значение ниже входного напряжения сети.Умножитель напряжения , однако, представляет собой специальный тип схемы диодного выпрямителя, который потенциально может создавать выходное напряжение, во много раз превышающее приложенное входное напряжение.

Хотя в электронных схемах обычно используется трансформатор напряжения для увеличения напряжения, иногда не всегда может быть доступен подходящий повышающий трансформатор или специально изолированный трансформатор, необходимый для приложений высокого напряжения. Одним из альтернативных подходов является использование схемы умножителя напряжения на диоде, которая увеличивает или «увеличивает» напряжение без использования трансформатора.

Умножители напряжения во многом похожи на выпрямители в том, что они преобразуют переменное напряжение в постоянное для использования во многих электрических и электронных схемах, например, в микроволновых печах, катушках с сильным электрическим полем для электронно-лучевых трубок, электростатических и высоких напряжениях. оборудование для измерения напряжения и т. д., где необходимо иметь очень высокое напряжение постоянного тока, генерируемое из источника переменного тока с относительно низким напряжением.

Как правило, выходное напряжение постоянного тока (В постоянного тока) схемы выпрямителя ограничено пиковым значением его синусоидального входного напряжения.Но, используя комбинации выпрямительных диодов и конденсаторов вместе, мы можем эффективно умножить это входное пиковое напряжение, чтобы получить выход постоянного тока, равный некоторому нечетному или даже кратному значению пикового напряжения входного переменного напряжения. Рассмотрим базовую схему умножителя напряжения ниже.

Полноволновой умножитель напряжения

На приведенной выше схеме показана базовая симметричная схема умножителя напряжения, состоящая из двух схем полуволнового выпрямителя. Добавив второй диод и конденсатор к выходу стандартного однополупериодного выпрямителя, мы можем увеличить его выходное напряжение на заданную величину.Этот тип конфигурации умножителя напряжения известен как полноволновой последовательный умножитель , потому что один из диодов проводит в каждом полупериоде, так же, как в схеме полнополупериодного выпрямителя.

Когда синусоидальное входное напряжение является положительным, конденсатор C ₁ заряжается через диод D ₁ , а когда синусоидальное напряжение отрицательное, конденсатор C ₂ заряжается через диод D ₂ . Выходное напряжение 2V _IN снимается на двух последовательно соединенных конденсаторах.

Напряжение, создаваемое схемой умножителя напряжения , теоретически не ограничено, но из-за их относительно плохой стабилизации напряжения и низкой токовой способности они обычно предназначены для увеличения напряжения менее чем в десять раз. Однако, если они правильно спроектированы вокруг подходящего трансформатора, схемы умножителей напряжения способны выдавать выходные напряжения в диапазоне от нескольких сотен до десятков тысяч вольт, в зависимости от их первоначального значения входного напряжения, но все с небольшими токами в миллиамперном диапазоне.

Удвоитель напряжения

Как следует из названия, удвоитель напряжения — это схема умножителя напряжения с коэффициентом умножения напряжения, равным двум. Схема состоит всего из двух диодов, двух конденсаторов и переменного входного напряжения переменного тока (также можно использовать форму волны ШИМ). Эта простая схема диодно-конденсаторной накачки дает выходное напряжение постоянного тока, равное размаху синусоидального входного сигнала. Другими словами, удвойте пиковое значение напряжения, потому что диоды и конденсаторы работают вместе, эффективно удваивая напряжение.

Цепь удвоителя напряжения постоянного тока

Так как же это работает. На схеме изображен полуволновой удвоитель напряжения. Во время отрицательного полупериода синусоидальной формы входного сигнала диод D1 смещен в прямом направлении и проводит зарядку конденсатора накачки C1 до пикового значения входного напряжения (Vp). Поскольку у конденсатора C1 нет обратного пути для разряда, он остается полностью заряженным, действуя как накопительное устройство последовательно с источником напряжения. В то же время диод D2 проводит через D1, заряжая конденсатор C2.

Во время положительного полупериода диод D1 смещен в обратном направлении, блокируя разряд C1, в то время как диод D2 смещен в прямом направлении, заряжая конденсатор C2. Но поскольку напряжение на конденсаторе C1 уже равно пиковому входному напряжению, конденсатор C2 заряжается до удвоенного значения пикового напряжения входного сигнала.

Другими словами, V (положительный пик) + V (отрицательный пик), поэтому в отрицательном полупериоде D1 заряжает C1 до Vp, а в положительном полупериоде D2 добавляет пиковое напряжение переменного тока к Vp на C1 и передает все это. к C2.Напряжение на конденсаторе C2 разряжается через нагрузку, готовую к следующему полупериоду.

Тогда напряжение на конденсаторе C2 можно рассчитать как: Vout = 2Vp (за вычетом, конечно, падения напряжения на используемых диодах), где Vp — пиковое значение входного напряжения. Обратите внимание, что это двойное выходное напряжение не является мгновенным, а медленно увеличивается в каждом входном цикле, в конечном итоге достигая 2 В (размах).

Поскольку конденсатор C2 заряжается только в течение одного полупериода входного сигнала, результирующее выходное напряжение, разряженное в нагрузку, имеет частоту пульсаций, равную частоте питания, отсюда и название полуволнового удвоителя напряжения.Недостатком этого является то, что может быть трудно сгладить эту большую частоту пульсаций почти так же, как для схемы полуволнового выпрямителя. Кроме того, конденсатор C2 должен иметь номинальное напряжение постоянного тока, по крайней мере, в два раза превышающее значение пикового входного напряжения.

Преимущество «схем умножения напряжения» заключается в том, что они позволяют создавать более высокие напряжения из источника питания низкого напряжения без необходимости в дорогостоящем высоковольтном трансформаторе, поскольку схема удвоителя напряжения позволяет использовать трансформатор с более низким повышением. соотношение, чем было бы необходимо, если бы использовался обычный двухполупериодный источник питания.Однако, хотя умножители напряжения могут повышать напряжение, они могут подавать только малые токи на нагрузку с высоким сопротивлением (+100 кОм), поскольку генерируемое выходное напряжение быстро падает по мере увеличения тока нагрузки.

Изменяя направление диодов и конденсаторов в цепи, мы также можем изменить направление выходного напряжения, создавая отрицательное выходное напряжение. Кроме того, если мы подключили выход одной схемы умножения к входу другой (каскадирование), мы можем продолжать увеличивать выходное напряжение постоянного тока целочисленными шагами для получения утроителей напряжения или цепей учетверителей напряжения и т. Д., Как показано.

Схема тройника постоянного напряжения

Добавляя дополнительный каскад с одним диодом и конденсатором к схеме полуволнового удвоителя напряжения, описанной выше, мы можем создать еще одну схему умножителя напряжения, которая увеличивает его входное напряжение в три раза и создает так называемую схему утолщения напряжения .

«Схема утроителя напряжения» состоит из полутора ступеней удвоителя напряжения. Эта схема умножителя напряжения дает на выходе постоянный ток, в три раза превышающий пиковое значение напряжения (3Vp) синусоидального входного сигнала.Как и в предыдущем удвоителе напряжения, диоды в цепи утроителя напряжения заряжают и блокируют разряд конденсаторов в зависимости от направления входного полупериода. Затем 1Vp падает на C3 и 2Vp на C2, и поскольку два конденсатора включены последовательно, это приводит к тому, что нагрузка видит напряжение, эквивалентное 3Vp.

Обратите внимание, что реальное выходное напряжение будет в три раза превышать пиковое входное напряжение за вычетом падения напряжения на используемых диодах, 3Vp — V (диод).

Если схема утроителя напряжения может быть создана путем каскадирования вместе полуторных умножителей напряжения, то схема Учетверителя напряжения может быть построена путем каскадного соединения двух цепей удвоителя полного напряжения, как показано.

Схема учетверенного сигнала постоянного напряжения

Первый каскад умножителя напряжения удваивает пиковое входное напряжение, а второй каскад снова удваивает его, давая на выходе постоянный ток, равный четырехкратному значению пикового напряжения (4Vp) синусоидального входного сигнала. Кроме того, использование конденсаторов большой емкости поможет снизить пульсации напряжения.

Краткое описание умножителя напряжения

Затем мы увидели, что умножители напряжения представляют собой простые схемы, состоящие из диодов и конденсаторов, которые могут увеличивать входное напряжение в два, три или четыре раза и путем каскадного соединения отдельных половинных или полноступенчатых умножителей последовательно для подачи желаемого напряжения постоянного тока. к заданной нагрузке без повышающего трансформатора.

классифицируются как удвоители, утроители, учетверы и т. Д., В зависимости от отношения выходного напряжения к входному. Теоретически можно получить любое желаемое умножение напряжения, и каскад из «N» удвоителей даст выходное напряжение 2N.Vp вольт.

Например, 10-ступенчатая схема умножителя напряжения с пиковым входным напряжением 100 вольт даст выходное напряжение постоянного тока около 1000 вольт или 1 кВ, при условии отсутствия потерь, без использования трансформатора.

Однако диоды и конденсаторы, используемые во всех схемах умножения, должны иметь минимальное номинальное напряжение обратного пробоя, по крайней мере, в два раза превышающее пиковое напряжение на них, поскольку многокаскадные схемы умножения напряжения могут создавать очень высокие напряжения, поэтому будьте осторожны. Кроме того, умножители напряжения обычно подают низкие токи на нагрузки с высоким сопротивлением, поскольку выходное напряжение быстро падает по мере увеличения тока нагрузки.

Все схемы умножения напряжения , показанные выше, предназначены для получения положительного выходного напряжения постоянного тока.Но они также могут быть спроектированы так, чтобы давать отрицательное выходное напряжение, просто поменяв полярность всех диодов умножителя и конденсаторов на противоположные, чтобы получить удвоитель отрицательного напряжения.

— Расчет емкости схемы умножителя напряжения

Недавно меня попросили создать умножитель напряжения с выходным напряжением \ $ Vo = 5 * Vi \ $, где \ $ Vi \ $ — пиковое входное напряжение.Это было сделано без особых проблем с помощью схемы ниже (имейте в виду, что конденсаторы электролитические):

^{смоделировать эту схему — Схема, созданная с помощью CircuitLab}

Теоретически он делает именно то, что я хочу, обеспечивая напряжение \ $ 5Vi \ $ между показанными клеммами. Однако одно второе требование для этой схемы — использовать конденсатор фильтра, чтобы поддерживать постоянный выход; этот конденсатор должен иметь минимально возможное значение, учитывая нагрузку на выходе схемы как резистор 100 кОм.{-9}

Тем не менее, поскольку резистор будет размещен параллельно между клеммами, обозначенными \ $ 5Vi \ $ на изображении выше, я не думаю, что нужен конденсатор фильтра. Вместо этого конденсаторы с 1 по 5 уже способны поддерживать довольно стабильный сигнал с большинством значений (согласно моим тестам) при использовании нагрузки 100 кОм.

Однако я должен использовать минимально возможное значение для конденсатора фильтра, которое в моем случае (я полагаю) будет значением, относящимся ко всем конденсаторам. Как я могу в своей схеме рассчитать минимально возможное значение для конденсаторов, сохраняя постоянную времени, превышающую период источника?

Для этой конкретной схемы, поскольку это не указано в документе задачи, я бы сказал, что допустимая пульсация будет около 7,5 В. Выходное напряжение с учетом ошибок может составлять \ $ 5Vi \ pm10 \% \ $.

(удвоители, тройники, учетверенные устройства и др.) | Диоды и выпрямители

Умножитель напряжения — это специализированная схема выпрямителя, обеспечивающая выходной сигнал, который теоретически является целым числом, умноженным на пиковое входное значение переменного тока, например, в 2, 3 или 4 раза превышающее максимальное входное значение переменного тока.Таким образом, можно получить 200 В постоянного тока от источника переменного тока с пиковым напряжением 100 В, используя удвоитель, а 400 В постоянного тока — от учетверителя. Любая нагрузка в практической цепи снизит эти напряжения.

Сначала мы рассмотрим несколько типов умножителей напряжения — удвоитель напряжения (полуволновый и двухполупериодный), утроитель напряжения и учетверитель напряжения — затем сделаем некоторые общие замечания о безопасности умножителя напряжения и закончим с умножителем Кокрофта-Уолтона.

Удвоитель напряжения

Удвоитель напряжения — это источник питания постоянного тока, способный использовать источник переменного тока 240 В или 120 В переменного тока.В источнике питания используется двухполупериодный мост, выбранный переключателем, для выработки около 300 В постоянного тока от источника 240 В переменного тока. Положение переключателя 120 В переключает мост как удвоитель, вырабатывающий около 300 В постоянного тока из 120 В переменного тока. В обоих случаях вырабатывается 300 В постоянного тока. Это вход для импульсного регулятора, вырабатывающего более низкие напряжения для питания, скажем, персонального компьютера.

Полуволновой удвоитель напряжения

Удвоитель полуволнового напряжения на рисунке ниже (a) состоит из двух цепей: фиксатора в точке (b) и пикового детектора (полуволнового выпрямителя) на рисунке выше, который показан в измененной форме на рисунке ниже (c). .C2 был добавлен к пиковому детектору (полуволновой выпрямитель).

Полупериодный удвоитель напряжения (а) состоит из (б) фиксатора и (в) полуволнового выпрямителя.

Анализ рабочих цепей полуволнового удвоителя напряжения

Как показано на рисунке (b) выше, C2 заряжается до 5 В (4,3 В с учетом падения напряжения на диоде) на отрицательном полупериоде входного переменного тока. Правый конец заземлен проводником D2. Левый конец заряжается на отрицательном пике входа переменного тока. Это работа кламмера.

Во время положительного полупериода в игру вступает однополупериодный выпрямитель, показанный на рисунке (c) выше. Диод D2 не в цепи, так как он смещен в обратном направлении. C2 теперь включен последовательно с источником напряжения. Обратите внимание на полярность генератора и C2, последовательного подключения. Таким образом, выпрямитель D1 получает всего 10 В на пике синусоиды, 5 В от генератора и 5 В от C2. D1 проводит сигнал v (1) (рисунок ниже), заряжая C1 до пика синусоидальной волны на 5 В постоянного тока (рисунок ниже v (2)). Форма волны v (2) — это выходной сигнал удвоителя, который стабилизируется на уровне 10 В (8.6 В с падением напряжения на диоде) после нескольких циклов входного синусоидального сигнала.

* SPICE 03255.eps C1 2 0 1000p D1 1 2 диода C2 4 1 1000p D2 0 1 диод V1 4 0 SIN (0 5 1k). Модель диода d .tran 0,01 м 5 м. Конец 

Удвоитель напряжения: вход v (4). v (1) ступень фиксатора. v (2) каскад однополупериодного выпрямителя, который является выходом удвоителя.

Двухполупериодный удвоитель напряжения

Двухполупериодный удвоитель напряжения состоит из пары последовательно установленных однополупериодных выпрямителей.(Рисунок ниже) Соответствующий список соединений показан на рисунке ниже.

Анализ работы двухполупериодного удвоителя напряжения

Нижний выпрямитель заряжает C1 за отрицательный полупериод на входе. Верхний выпрямитель заряжает C2 в положительном полупериоде. Каждый конденсатор получает заряд 5 В (4,3 В с учетом падения напряжения на диоде). Выход в узле 5 представляет собой последовательную сумму C1 + C2 или 10 В (8,6 В с диодными падениями).

* SPICE 03273.eps * R1 3 0 100 кОм * R2 5 3 100 кОм D1 0 2 диода D2 2 5 диодов C1 3 0 1000p C2 5 3 1000p V1 2 3 SIN (0 5 1 кОм). модель диода d .tran 0,01 м 5 м. конец 

Двухполупериодный удвоитель напряжения состоит из двух однополупериодных выпрямителей, работающих на чередующихся полярностях.

Обратите внимание, что выход v (5) на рисунке ниже достигает полного значения в течение одного цикла изменения входа v (2).

Двухполупериодный удвоитель напряжения: v (2) вход, v (3) напряжение в средней точке, v (5) напряжение на выходе

Получение двухполупериодных удвоителей из однополупериодных выпрямителей

На рисунке ниже показано получение двухполупериодного удвоителя из пары полуволновых выпрямителей противоположной полярности (а).Отрицательный выпрямитель пары для наглядности перерисован (б). Оба они объединены в пункте (c) на одной и той же земле. В (d) отрицательный выпрямитель переподключен для совместного использования одного источника напряжения с положительным выпрямителем. Это дает источник питания ± 5 В (4,3 В с диодным падением); тем не менее, между двумя выходами можно измерить 10 В. Контрольная точка заземления перемещается так, чтобы напряжение +10 В было доступно по отношению к земле.

Двухполупериодный удвоитель: (a) пара удвоителей, (b) перерисованная, (c) общая земля, (d) общий источник напряжения.(e) переместите точку на земле.

Триплер напряжения

Удвоитель напряжения (рисунок ниже) состоит из комбинации удвоителя и полуволнового выпрямителя (C3, D3). Однополупериодный выпрямитель выдает 5 В (4,3 В) в узле 3. Удвоитель обеспечивает еще 10 В (8,4 В) между узлами 2 и 3. Всего 15 В (12,9 В) на выходном узле 2 относительно земля. Список соединений представлен на рисунке ниже.

Утроитель напряжения, состоящий из удвоителя, установленного поверх одноступенчатого выпрямителя.

Обратите внимание, что V (3) на рисунке ниже возрастает до 5 В (4,3 В) в первом отрицательном полупериоде. Вход v (4) сдвигается вверх на 5 В (4,3 В) за счет 5 В от однополупериодного выпрямителя. И еще 5 В на v (1) из-за фиксатора (C2, D2). D1 заряжает C1 (форма волны v (2)) до пикового значения v (1).

* SPICE 03283.eps C3 3 0 1000p D3 0 4 диода C1 2 3 1000p D1 1 2 диода C2 4 1 1000p D2 3 1 диод V1 4 3 SIN (0 5 1k). Модель диода d.переход 0,01м 5м конец 

Утроитель напряжения: v (3) однополупериодный выпрямитель, v (4) вход + 5 В, v (1) фиксатор, v (2) конечный выход.

Счетвер. Напряжения

Счетверитель напряжения представляет собой сложенную комбинацию двух удвоителей, показанных на рисунке ниже. Каждый удвоитель обеспечивает 10 В (8,6 В) для последовательной общей суммы на узле 2 по отношению к земле 20 В (17,2 В)

Список соединений показан на рисунке ниже.

Счетверитель напряжения, состоящий из двух последовательно соединенных удвоителей, с выходом в узле 2.

Осциллограммы квадруплера показаны на рисунке ниже. Доступны два выхода постоянного тока: v (3), выход удвоителя, и v (2), выход учетверителя. Некоторые из промежуточных напряжений на фиксаторах показывают, что входная синусоида (не показана), которая колеблется на 5 В, последовательно фиксируется на более высоких уровнях: на v (5), v (4) и v (1). Строго говоря, v (4) не является выходом фиксатора. Это просто источник переменного напряжения, подключенный последовательно к выходу удвоителя v (3). Тем не менее, v (1) является фиксированной версией v (4)

* SPICE 03441.eps * SPICE 03286.eps C22 4 5 1000p C11 3 0 1000p D11 0 5 диод D22 5 3 диода C1 2 3 1000p D1 1 2 диода C2 4 1 1000p D2 3 1 диод V1 4 3 SIN (0 5 1k). модельный диод d .tran 0,01m 5m .end 

Счетверитель напряжения: напряжение постоянного тока доступно на v (3) и v (2). Промежуточные формы волны: фиксаторы: v (5), v (4), v (1).

Примечания по умножителям напряжения и источникам питания с линейным приводом

Здесь уместны некоторые примечания по умножителям напряжения.Параметры схемы, использованные в примерах (V = 5 В на 1 кГц, C = 1000 пФ), не обеспечивают большого тока, микроампер. Кроме того, отсутствовали нагрузочные резисторы. Нагрузка снижает напряжения по сравнению с показанными. Если схемы должны управляться источником с частотой кГц при низком напряжении, как в примерах, конденсаторы обычно имеют номинал от 0,1 до 1,0 мкФ, чтобы на выходе имелся ток в миллиамперах. Если умножители работают с частотой 50/60 Гц, конденсатор составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч микрофарад, чтобы обеспечить выходной ток в сотни миллиампер.При питании от сетевого напряжения обратите внимание на полярность и номинальное напряжение конденсаторов.

Наконец, любой источник питания с прямым питанием от сети (без трансформатора) опасен для экспериментатора и испытательного оборудования, работающего от сети. Коммерческие источники питания с прямым приводом безопасны, поскольку опасная электрическая схема находится в корпусе для защиты пользователя. При установке в эти схемы электролитических конденсаторов любого напряжения, конденсаторы взорвутся, если полярность будет изменена. Такие цепи следует включать за защитным экраном.

Множитель Кокрофта-Уолтона

Умножитель напряжения каскадных полуволновых удвоителей произвольной длины известен как умножитель Кокрофта-Уолтона , как показано на рисунке ниже. Этот умножитель используется, когда требуется высокое напряжение при низком токе. Преимущество перед обычным источником питания состоит в том, что не требуется дорогой высоковольтный трансформатор — по крайней мере, не такой мощности, как выходная мощность.

Умножитель напряжения Кокрофта-Уолтона x8; вывод на v (8).

Пара диодов и конденсаторов слева от узлов 1 и 2 на рисунке выше составляет полуволновой удвоитель. Вращение диодов на 45 ^o против часовой стрелки и нижнего конденсатора на 90 ^o делает его похожим на рисунок выше (а). Четыре секции удвоения каскадом расположены справа для теоретического коэффициента умножения x8. Узел 1 имеет форму волны фиксатора (не показана), синусоидальную волну, сдвинутую вверх на 1x (5 В). Остальные узлы с нечетными номерами представляют собой синусоиды, ограниченные последовательно более высокими напряжениями.Узел 2, выход первого удвоителя, представляет собой двойное постоянное напряжение v (2) на рисунке ниже. Последовательные узлы с четными номерами заряжаются до последовательно более высоких напряжений: v (4), v (6), v (8)

D1 7 8 диод C1 8 6 1000p D2 6 7 диод C2 5 7 1000p D3 5 6 диод C3 4 6 1000p D4 4 5 диод C4 3 5 1000p D5 3 4 диода C5 2 4 1000p D6 2 3 диода D7 1 2 диода C6 1 3 1000p C7 2 0 1000p C8 99 1 1000p D8 0 1 диод V1 99 0 SIN (0 5 1k) .model диод d .tran 0,01м 50м.конец 

Формы сигналов Кокрофта-Уолтона (x8). Выход — v (8).

Без диодных падений каждый удвоитель дает 2Vin или 10 В, учитывая, что два диодных падения (10–1,4) = 8,6 В вполне реально. Всего для 4 удвоителей ожидается 4 · 8,6 = 34,4 В из 40 В.

Консультации Рисунок выше, v (2) примерно прав; однако v (8) <30 В вместо ожидаемых 34,4 В. Беда множителя Кокрофта-Уолтона заключается в том, что каждая дополнительная ступень добавляет меньше, чем предыдущая.Таким образом, существует практический предел количества стадий. Это ограничение можно обойти, изменив базовую схему. [ABR] Также обратите внимание на временную шкалу 40 мс по сравнению с 5 мс для предыдущих схем. Потребовалось 40 мсек для повышения напряжения до предельного значения для этой цепи. В списке соединений на рисунке выше есть команда «.tran 0.010m 50m» для увеличения времени моделирования до 50 мсек; правда, отображается только 40 мсек.

Умножитель Кокрофта-Уолтона служит более эффективным источником высокого напряжения для фотоэлектронных умножителей, требующих до 2000 В.[ABR] Кроме того, лампа имеет динодов , клеммы, требующие подключения к «четным» узлам с более низким напряжением. Последовательный ряд отводов умножителя заменяет теплогенерирующий резистивный делитель напряжения предыдущих разработок.

Умножитель Кокрофта-Уолтона, работающий от сети переменного тока, подает высокое напряжение на «ионные генераторы» для нейтрализации электростатического заряда и для очистителей воздуха.

:

• Умножитель напряжения вырабатывает постоянный ток, кратный (2,3,4 и т. Д.) Пиковому входному напряжению переменного тока.
• Самый простой умножитель — это полуволновой удвоитель.
• Двухполупериодный дуплекс — это лучшая схема в качестве удвоителя.
• Утроитель — это однополупериодный удвоитель и обычный выпрямительный каскад (пиковый детектор).
• Учетверитель — пара полуволновых удвоителей
• Длинная цепочка полуволновых удвоителей известна как множитель Кокрофта-Уолтона.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Введение

Двоичный умножитель — это электронная схема, используемая в цифровой электронике, такой как компьютер, для умножения двух двоичных чисел.В процессе умножения число, которое нужно умножить на другое число, называется множимым, а умноженное число называется множителем. Кроме того, умножение двоичных чисел выполняется так же, как и десятичных чисел. Поскольку используются только значения 0 и 1, результаты, которые необходимо добавить, либо те же, что и для первого члена, либо 0.

Классификация двоичного умножителя

Двоичный умножитель — это комбинационная логическая схема, используемая в цифровых системах для выполнения умножения двух двоичных чисел, то есть она построена с использованием двоичных сумматоров.Сложность двоичного умножения возникает из-за утомительного двоичного сложения, зависящего от количества битов в каждом члене. Перед этим следует знать типы двоичного множителя. Достаточно взглянуть на следующее:

• 2 × 2-битный умножитель
  Этот умножитель может умножать два числа, имеющих размер в битах = 2, то есть множитель и множимое могут иметь 2 бита.
  
• 3 × 3-битный умножитель
  Этот умножитель может умножать два числа, имеющих максимальный размер в битах 3 бита.Разрядность продукта будет 6.
  
• 4 × 4-битный умножитель
  Этот умножитель может умножать двоичное число 4-битного размера и дает произведение 8-битного размера, поскольку битовый размер произведения равен сумме битового размера умножителя и множимого. Максимальное число, которое он может вычислить, 15 x 15 = 225.

Пример: умножить (101011) 2 на (101) 2?

Как

0 × 0 = 0

0 × 1 = 0

1 × 0 = 0

1 × 1 = 1

т.

Это проще, чем десятичное умножение, поскольку оно состоит только из 0 и 1.

Люди тоже спрашивают (Q&A)

1. Как работает двоичный множитель?
Двоичный умножитель — это комбинационная логическая схема, используемая в цифровых системах для умножения двух двоичных чисел. … В процессе умножения число, которое нужно умножить на другое число, называется множимым, а умноженное число называется множителем.

2. Что используется для двоичного умножения?
Двоичный умножитель — это электронная схема, используемая в цифровой электронике, такой как компьютер, для умножения двух двоичных чисел.Он построен с использованием двоичных сумматоров. Для реализации цифрового умножителя можно использовать различные компьютерные арифметические методы.

3. Умножитель и мультиплексор одинаковы?
Мультиплексор 4 × 1 определяется как комбинационная логическая схема. Он используется для выбора одного из четырех цифровых входов (X) для ввода одного выхода. … Разработанные умножители сравниваются с традиционными умножителями по быстродействию частотной характеристики и комбинационным адаптивным справочным таблицам (ALUT).

4.Какое правило умножения двух двоичных чисел?
Произведение любого двоичного числа x на одну двоичную цифру всегда равно 0 или x. Следовательно, умножение двух двоичных чисел сводится к сдвигу множимого влево для каждого ненулевого бита умножителя и последующему сложению сдвинутых чисел вместе.

5. Является ли двоичная система умножением?
Двоичное умножение — это одна из четырех двоичных арифметических операций. Остальные три основных операции — это сложение, вычитание и деление.В случае двоичной операции мы имеем дело только с двумя цифрами, то есть 0 и 1.

6. Как умножить в двоичной системе?
Для двоичного умножения мы следуем тому же процессу, что и при умножении двух десятичных чисел, где мы умножаем каждую цифру второго числа на первое целое число, а затем нам просто нужно их сложить, переключая каждое полученное умножение на одну цифру влево.

7. Какое правило преобразования десятичного числа в двоичное?
Простой метод преобразования десятичных эквивалентов в двоичные числа состоит в том, чтобы записать десятичное число и непрерывно делить его на 2 (два), чтобы получить результат и остаток от «1» или «0» до последнего результат равен нулю.

8. Почему компьютеры используют двоичный код?
Компьютеры используют двоичный код — цифры 0 и 1 — для хранения данных. … Цепи в процессоре компьютера состоят из миллиардов транзисторов. Транзистор — это крошечный переключатель, который активируется электронными сигналами, которые он получает. Цифры 1 и 0, используемые в двоичном формате, отражают включенное и выключенное состояния транзистора.

9. Что означает множитель?
Множитель — это просто коэффициент, который усиливает или увеличивает базовое значение чего-то еще.Например, множитель 2x удвоит базовую цифру. С другой стороны, множитель 0,5x фактически уменьшит базовую цифру вдвое. В финансах и экономике существует множество различных мультипликаторов.

10. Что такое множитель?
Значение слова «множитель» — это коэффициент, который усиливает или увеличивает базовое значение чего-то еще. Например, в операторе умножения 3 × 4 = 12 множитель 3 увеличивает значение 4 до 12. … Когда мы умножаем два числа, порядок не имеет значения.То есть 2 × 3 = 3 × 2.

11. Как умножать двоичные числа?
Двоичное умножение очень похоже на обычный метод умножения целых чисел. Во-первых, нам нужно умножить каждую цифру одного двоичного числа на каждую цифру другого двоичного числа. А затем сложите их все вместе, чтобы получить окончательный результат.

12. Что используется для двоичного умножения?
Двоичный умножитель — это электронная схема, используемая в цифровой электронике, такой как компьютер, для умножения двух двоичных чисел.Он построен с использованием двоичных сумматоров. Для реализации цифрового умножителя можно использовать различные компьютерные арифметические методы.

13. Что такое двоичное умножение в компьютере?
Двоичный умножитель — это электронная схема, используемая в цифровой электронике, такой как компьютер, для умножения двух двоичных чисел. … Большинство методов включают вычисление набора частичных произведений и последующее суммирование частичных произведений.

14. Как умножать двоичные числа?
Чтобы умножить двоичные числа, выполните следующие действия:
Установите более длинное число в качестве множителя и меньшее число в качестве множимого.
Умножьте множитель на каждую цифру множимого, чтобы получить промежуточные произведения, последняя цифра которых находится в позиции соответствующей цифры множимого.
Суммируйте промежуточные продукты, чтобы получить конечный продукт.

Обсуждаются 2 простых схемы удвоения напряжения

В этой статье мы узнаем, как создать пару простых схем удвоителя напряжения постоянного тока с использованием одной микросхемы IC 4049 и IC 555, а также нескольких других пассивных компонентов.

Если вам интересно, как простую микросхему IC 555 можно использовать для создания мощной схемы удвоителя напряжения, то эта статья поможет вам разобраться в деталях и построить конструкцию дома.

Что такое удвоитель напряжения

В схеме удвоителя напряжения схема генератора подает высокочастотное напряжение в специально организованную цепь резистивных конденсаторов, что приводит к выходному постоянному току, который в два раза превышает постоянный ток на входе.

Если вы новичок в концепции удвоителя напряжения и хотите изучить эту концепцию подробно, у нас есть хорошая подробная статья на этом веб-сайте, объясняющая различные схемы умножителей напряжения для вашей справки.

Концепция умножителя напряжения была впервые открыта и использована на практике британскими и ирландскими физиками Джоном Дугласом Кокрофтом и Эрнестом Томасом Синтоном Уолтоном, поэтому его также называют генератором Кокрофта – Уолтона (CW).

Хороший пример конструкции умножителя напряжения можно изучить в этой статье, в которой используется концепция генерации ионизированного воздуха для очистки воздуха в домах.

Схема удвоителя напряжения также представляет собой форму умножителя напряжения, в которой диодно-конденсаторный каскад ограничен только парой каскадов, так что на выходе может создаваться напряжение, которое может быть вдвое больше напряжения питания.

Поскольку все схемы умножителей напряжения в обязательном порядке требуют входа переменного тока или пульсирующего входа, схема генератора становится важной для достижения результатов.

Подробная информация о расположении выводов IC 555

Принципиальная схема удвоителя напряжения с использованием IC 555

Обращаясь к приведенному выше примеру, мы можем увидеть схему IC 555, сконфигурированную как каскад нестабильного мультивибратора, который на самом деле является формой генератора и предназначен для генерируют пульсирующий постоянный ток (ВКЛ / ВЫКЛ) на его выходном контакте №3.

Если вы помните, на этом веб-сайте мы обсуждали схему светодиодного фонарика, в которой совершенно идентично используется схема удвоителя напряжения, хотя секция генератора создается с использованием вентилей IC 4049.

В принципе, вы можете заменить каскад IC 555 на любую другую схему генератора и при этом получить эффект удвоения напряжения.

Однако использование IC 555 дает небольшое преимущество, поскольку эта микросхема способна генерировать больший ток, чем любая другая схема генератора на основе IC, без использования какого-либо внешнего каскада усилителя тока.

Как работает ступень удвоения напряжения

Как видно на приведенной выше диаграмме, фактическое умножение напряжения осуществляется ступенями D1, D2, C2, C3, которые сконфигурированы как полумостовая двухступенчатая схема умножения напряжения. .

Имитация этого этапа в ответ на ситуацию с выводом №3 микросхемы IC 555 может быть немного сложной, и я все еще изо всех сил пытаюсь заставить ее работать в моем мозгу правильно.

В соответствии с моей имитацией, работу упомянутого каскада удвоителя напряжения можно объяснить, как указано в следующих пунктах:

1. Когда выходной контакт № 3 ИС находится на низком логическом уровне или уровне земли, D1 может заряжаться. C2, поскольку он может смещаться вперед через отрицательный потенциал C2 и вывода №3, одновременно C3 заряжается через D1 и D2.
2. Теперь, в следующий момент, как только на контакте № 3 будет высокий логический уровень или положительный потенциал питания, все немного запутается.
3. Здесь C2 не может разрядить через D1, поэтому у нас есть выход уровня питания от D1, от C2, а также от C3.
4. Многие другие интернет-сайты говорят, что в этот момент сохраненное напряжение внутри C2 и положительный сигнал от D1 должны объединяться с выходом C3 для получения удвоенного напряжения, однако это не имеет смысла.
5. Потому что, когда напряжения объединяются параллельно, сетевое напряжение не увеличивается.Напряжения должны сочетаться последовательно, чтобы вызвать желаемое повышение или эффект удвоения.
6. Единственное логическое объяснение, которое может быть получено, заключается в том, что когда на выводе # 3 появляется высокий уровень, отрицательный вывод C2 находится на положительном уровне, а его положительный конец также удерживается на уровне питания, он вынужден производить импульс обратного заряда, который в сумме дает заряд C3, вызывающий мгновенный всплеск потенциала с пиковым напряжением, вдвое превышающим уровень питания.

Если у вас есть лучшее или технически более правильное объяснение, пожалуйста, не стесняйтесь объяснять его в своих комментариях.

Сколько тока?

Контакт № 3 ИС предназначен для обеспечения максимального тока 200 мА, поэтому можно ожидать, что максимальный пиковый ток будет на этом уровне 200 мА, однако пики будут сужаться в зависимости от значений C2, C3. Конденсаторы более высокой емкости могут обеспечить более полную передачу тока через выход, поэтому убедитесь, что значения C2, C3 выбраны оптимально, около 100 мкФ / 25 В будет достаточно

Практическое применение

Хотя схема удвоителя напряжения может быть полезна для многих электронных устройств. В схемных приложениях, хобби-приложение может заключаться в освещении высоковольтного светодиода от источника низкого напряжения, как показано ниже:

На приведенной выше принципиальной схеме мы можем увидеть, как схема используется для освещения светодиодной лампы 9 В от источника питания 5 В. источник, который обычно был бы невозможен, если бы 5V было непосредственно приложено к светодиоду.

Связь между частотой, ШИМ и уровнем выходного напряжения

Частота в любой цепи удвоителя напряжения не имеет решающего значения, однако более высокая частота поможет вам получить лучшие результаты, чем более низкие частоты.

Аналогично для диапазона ШИМ рабочий цикл должен составлять примерно 50%, более узкие импульсы вызовут меньший ток на выходе, тогда как слишком широкие импульсы не позволят соответствующим конденсаторам разряжаться оптимально, что опять же приведет к неэффективной выходной мощности.

В обсуждаемой нестабильной схеме IC 555 R1 может иметь значение от 10 кОм до 100 кОм, этот резистор вместе с C1 определяет частоту. Следовательно, C1 может иметь значение от 50 нФ до 0,5 мкФ.

R2 принципиально позволит вам управлять ШИМ, поэтому его можно превратить в переменный резистор через потенциометр на 100 кОм.

Другой удвоитель напряжения 555

Схема, показанная ниже, представляет собой еще один удвоитель постоянного напряжения на базе IC 555, который выдает выходное напряжение постоянного тока, которое почти вдвое превышает напряжение питания.

Выход 555 подключен к схеме удвоителя напряжения, состоящей из конденсаторов C4 и C5, а также диодов D1 и D2. Пока выход не нагружен, схема обеспечивает выходное напряжение, которое почти вдвое превышает напряжение питания. Точное значение выхода:

V _out = 2 x V _пик (V _fd1 + V _fd2 )

Где V _пик представляет пиковое выходное напряжение прямоугольного генератора, и V _fd1 и V _fd2 указывают прямое падение напряжения на диодах умножителя D1 и D2 (приблизительно 600 милливольт).

Как только выход схемы загружается, выходное напряжение падает. Любой источник постоянного тока от 5 до 15 вольт может работать с схемой удвоителя напряжения, показанной выше. Это может дать выходное напряжение в диапазоне примерно от 10 до 30 вольт из-за эффекта удвоения напряжения. Применение в схеме дополнительных каскадов умножителя приведет к более высокому напряжению.

Использование IC 4049 вентилей НЕ

Следующая схема на основе КМОП-микросхемы может использоваться для удвоения любого напряжения источника постоянного тока (до 15 В постоянного тока).Представленная конструкция удвоит любое напряжение от 4 до 15 В постоянного тока и сможет работать с нагрузками с током не более 30 мА.

Как видно на схеме, в этой схеме удвоителя постоянного напряжения используется только одна микросхема 4049 для достижения предложенного результата.

Распиновка IC 4049

Работа схемы

IC 4049 имеет всего шесть вентилей, которые эффективно используются для генерации обсуждаемых действий удвоения напряжения. Два гейта из шести настроены как осциллятор.

Крайний левый угол диаграммы показывает секцию генератора.

Резистор 100 кОм и конденсатор 0,01 образуют основные компоненты, определяющие частоту.
Частота обязательно требуется, если необходимо выполнить действия ступенчатого изменения напряжения, поэтому здесь также становится необходимым участие генератора.

Эти колебания становятся полезными для инициализации зарядки и разрядки набора конденсаторов на выходе, что равносильно умножению напряжения на наборе конденсаторов таким образом, что в результате получается удвоенное значение приложенного напряжения питания.

Однако напряжение от генератора не может быть предпочтительно приложено непосредственно к конденсаторам, скорее это делается через группу вентилей ИС, расположенных параллельно.

Эти параллельные вентили вместе создают хорошую буферизацию для подаваемой частоты вентилей генератора, так что результирующая частота сильнее по отношению к току и не колеблется при относительно более высоких нагрузках на выходах.

Но, учитывая технические характеристики КМОП ИС, нельзя ожидать, что допустимый выходной ток превысит 40 мА.

Более высокие нагрузки приведут к ухудшению уровня напряжения до уровня питания.

Емкость выходного конденсатора может быть увеличена до 100 мкФ для получения более высокого уровня эффективности схемы.

При 12 В в качестве входа питания для ИС, от этой схемы удвоителя напряжения на основе IC 4049 может быть получено выходное напряжение около 22 В.

Список деталей

• R1 = 68K,
• C1 = 680pF,
• C2, C3 = 100 мкФ / 25V,
• D1, D2 = 1N4148,
• N1, N2, N349, N4 = IC 40 ,
• Светодиоды Белые = 3 шт.

Схемы утроения и учетверения напряжения

Выходные напряжения, которые могут быть получены из следующей схемы утроения постоянного напряжения, могут находиться в диапазоне от 15 до 45 вольт.

Схема учетверителя постоянного напряжения, показанная на следующем рисунке, может использоваться для генерации выходных напряжений в диапазоне от 20 до 60 вольт.

Схема удвоителя отрицательного напряжения

На следующем рисунке показана схема генератора отрицательного напряжения постоянного тока, которая может создавать выходное напряжение примерно одинаковой амплитуды (двойное), но с отрицательной полярностью.

Он также работает с частотой 3 Гц и питает выходной каскад, который включает конденсаторы C4 и C5, а также диоды D1 и D2. Двойной выход этой схемы может использоваться для питания микросхем, которым требуется как положительное, так и отрицательное питание от источника с одной полярностью.

Децибел в коэффициент усиления и потери напряжения преобразование вычислений преобразование электронного усилителя усилителя

Прирост: 1) Ручка, обычно находящаяся в верхней части каждого входного канала на звуковой плате, используется для установки входных уровней отдельных каналов в относительно равные позиции. 2) Величина увеличения мощности аудиосигнала, часто выражаемая в дБ. Усиление: Мера того, насколько схема усиливает сигнал. Прирост можно указать как отношение входного к выходному напряжению, току или мощности, например коэффициент усиления по напряжению 4 или коэффициент усиления по мощности равен 2 или может быть выражен в децибелах, например, линейный усилитель с усиление 10 дБ. Кондуктивная потеря слуха: потеря чувствительности к звуку в результате аномалия или закупорка наружного или среднего уха.Самый распространенный Причина кондуктивной тугоухости — жидкость в среднем ухе или инфекция. Прочие причины включают скопление серы в слуховом проходе, отверстие в барабанной перепонке или повреждение крошечной кости среднего уха. Прибыль или убыток: Это обратные числа; они будут раздаваться несколькими способами. Обычно это выражается в виде отношения. Его можно выразить как отношение первичной к вторичные импедансы звукового трансформатора. Похожие записи 21.11.2024 0 Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании 19.11.2024 0 Новорожденный какает слизью: причины появления слизи в кале грудничка 19.11.2024 0 Гемангиома у новорожденных: причины, виды, лечение и профилактика Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт