Удвоение напряжения схема: Схема удвоения напряжения

Содержание

Схема удвоения напряжения

 

Классическая (симметричная) схема удвоения состоит из двух однотактных выпрямителей, каждый из которых использует свою полуволну напряжения.

 

Напряжение на нагрузке складывается из напряжений на конденсаторах С1 и С2. Если пульсации малы, то постоянная составляющая на каждом конденсаторе U01 ≈ U2m , а напряжение на нагрузке U0 ≈ 2U2m . Кроме того, при сложении компенсируется первая и все нечетные гармоники пульсаций. Поэтому схема ведет себя как двухтактная, хотя и состоит из двух однотактных схем. Недостатком симметричной схемы удвоения, с точки зрения безопасности, является отсутствие общей точки нагрузки и трансформатора.

Используется также и несимметричная схема удвоения, её отличием от предыдущей является то, что нагрузка имеет общую точку с трансформатором. Поэтому их можно соединить с корпусом, при этом основная частота пульсаций равна частоте сети.

В этой несимметричной схеме конденсатор С1 выполняет функцию промежуточного накопителя, не участвует в сглаживании пульсаций, поэтому её массогабаритные показатели хуже, чем у симметричного удвоителя. Однако есть и достоинства. Схему можно изобразить так:

 

Получилась регулярная структура, которую можно наращивать и получить умножитель напряжения.

 

 

Нагрузку можно подключить к любой группе конденсаторов и получить чётное или нечётное умножение. На схеме показано чётное умножение — напряжение на нагрузке U0 ≈ 6Um2 . Обычно такие умножители собирают в виде единого блока и заливают компаундом. Число конденсаторов в схеме равно коэффициенту умножения.

Расчетные соотношения для рассмотренных схем можно найти в справочнике. Недостатком схем умножения является их высокое внутреннее сопротивление и низкий коэффициент полезного действия вследствие большого числа перезарядов.

 

Более высоким КПД обладают бестрансформаторные высоковольтные выпрямители с одновременным зарядом n штук накопительных конденсаторов С1.

Управляемые зарядный и разрядные ключи Кз и Кр работают синхронно и в противофазе. конденсаторы С1 параллельно заряжаются от сети и последовательно разряжаются на нагрузку через разрядные ключи Кр. При этом, напряжение на нагрузке в n раз больше амплитуды напряжения сети.


Узнать еще:

Схема удвоения напряжения — Студопедия

Классическая (симметричная) схема удвоения состоит из двух однотактных выпрямителей, каждый из которых использует свою полуволну напряжения.

Напряжение на нагрузке складывается из напряжений на конденсаторах С1 и С2. Если пульсации малы, то постоянная составляющая на каждом конденсаторе U

01 ≈ U2m , а напряжение на нагрузке U0 ≈ 2U2m . Кроме того, при сложении компенсируется первая и все нечетные гармоники пульсаций. Поэтому схема ведет себя как двухтактная, хотя и состоит из двух однотактных схем. Недостатком симметричной схемы удвоения, с точки зрения безопасности, является отсутствие общей точки нагрузки и трансформатора.

Используется также и несимметричная схема удвоения, её отличием от предыдущей является то, что нагрузка имеет общую точку с трансформатором. Поэтому их можно соединить с корпусом, при этом основная частота пульсаций равна частоте сети.

В этой несимметричной схеме конденсатор С1 выполняет функцию промежуточного накопителя, не участвует в сглаживании пульсаций, поэтому её массогабаритные показатели хуже, чем у симметричного удвоителя. Однако есть и достоинства. Схему можно изобразить так:


Получилась регулярная структура, которую можно наращивать и получить умножитель напряжения.

Нагрузку можно подключить к любой группе конденсаторов и получить чётное или нечётное умножение. На схеме показано чётное умножение — напряжение на нагрузке U0 ≈ 6Um2 . Обычно такие умножители собирают в виде единого блока и заливают компаундом. Число конденсаторов в схеме равно коэффициенту умножения.

Расчетные соотношения для рассмотренных схем можно найти в справочнике. Недостатком схем умножения является их высокое внутреннее сопротивление и низкий коэффициент полезного действия вследствие большого числа перезарядов.

Более высоким КПД обладают бестрансформаторные высоковольтные выпрямители с одновременным зарядом n штук накопительных конденсаторов С1.

Управляемые зарядный и разрядные ключи Кз и Кр работают синхронно и в противофазе. конденсаторы С1 параллельно заряжаются от сети и последовательно разряжаются на нагрузку через разрядные ключи К

р. При этом, напряжение на нагрузке в n раз больше амплитуды напряжения сети.

Контрольные вопросы

1. Принципы построения выпрямителей. Критерии качества выпрямленного напряжения.

2. Поясните принцип действия однофазного мостового выпрямителя (двухполупериодного).

3. Поясните принцип действия однофазного выпрямителя со средней точкой трансформатора.

4. Поясните принцип действия трехфазного мостового выпрямителя.

5. Поясните принцип действия трехфазного выпрямителя с нулевым выводом.


6. Поясните принцип действия многопульсного выпрямителя.

7. Влияние различных видов нагрузок на работу выпрямителей: активно – индуктивная и емкостная нагрузки.

8. Поясните внешнюю характеристику выпрямителя.

9. В каких схемах выпрямления через вторичную обмотку трансформатора протекает постоянная составляющая выпрямленного тока и как это влияет на работу трансформатора?

10. Проведите сравнительный анализ двух схем: трехфазной схемы с нулевым выводом и трехфазной мостовой схемы.

11. Проведите сравнение внешних характеристик для трехфазной мостовой и трехфазной схемы с нулевым выводом.

12. Покажите, что с увеличением пульсности выпрямителя величина выходного напряжения возрастает.Чему равен предел lim U0 ?

p®¥

Схема удвоения напряжения

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.

U2 — Напряжение вторичной обмотки трансформатора

Uн – Напряжение на нагрузке.

Отличительной особенностью данной схемы является то, что в одном полупериоде переменного напряжения от вторичной обмотки трансформатора “заряжается” один конденсатор, а во втором полупериоде от той же обмотки– другой. Поскольку конденсаторы включены последовательно, то результирующее напряжение на обоих конденсаторах ( на нагрузке) в два раза выше, чем можно получить от той же вторичной обмотки в схеме с однополупериодным выпрямителем.

Преимущества: Вторичную обмотку трансформатора можно расчитывать на значительно меньшее напряжение.

Недостатки: Значительные токи через вентили выпрямителя, Уровень пульсаций значительно выше, чем в схемах двухполупериодных выпрямителей.

Эта же схема может использоваться еще в двух вариантах:

Левая схема предназначена для получения двух напряжений питания одной полярности, правая – для получения двуполярного напряжения с общей точкой.

Во втором варианте схемы характеристики выпрямителя соответствуют характеристикам однополупериодного выпрямителя.

Многофазные выпрямители.

Многофазные выпрямители применяются как правило только в промышленной и специальной аппаратуре.

Обычно в промышленной аппаратуре применяются трехфазные выпрямители двух типов – трехфазный выпрямитель и выпрямитель Ларионова.

Трехфазный выпрямитель.

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.

ФА, ФС, ФВ – напряжения на вторичных обмотках трехфазного трансформатора.

U vaUvbUvcнапряжение на нагрузке получаемое с соответствующего вентиля.

Uн – Суммарное напряжение на нагрузке.

Выпрямитель представляет собой однополупериодный выпрямитель для каждой из трех фазных вторичных обмоток. Все три вентиля имеют общую нагрузку.

Если рассмотреть осциллограммы напряжения на нагрузке при отключенном конденсаторе для каждой из трех фаз, то можно заметить, что напряжение на нагрузке имеет такой же уровень пульсаций как и в схеме однополупериодного выпрямления. Сдвиг фаз(т.е. сдвиг по времени) напряжений выпрямителей между собой в результате даст в 3 раза меньший уровень пульсаций, чем в однофазной однополупериодной схеме выпрямления.

Достоинства: Низкий уровень пульсаций выпрямленного напряжения.

Недостатки: Так же как и в однофазной однополупериодной схеме выпрямления низкий КПД, нерациональное использование трансформатора. Данный выпрямитель неприменим для обычной однофазной сети.

Схема Ларионова.

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.

Этот выпрямитель представляет собой мостовые выпрямители для каждой пары трехфазных обмоток, работающие на общую нагрузку. Соединяя в себе достоинства мостового выпрямителя и трехфазного питания, он имеет настолько низкий уровень пульсаций, что позволяет работать почти без сглаживающего конденсатора или с небольшой его емкостью.

Недостатки: Увеличенное количество вентилей. Выпрямитель также не может быть применен для работы в однофазной бытовой сети.

Выпрямители для безтрансформаторного питания аппаратуры.

Безтрансформаторные выпрямители являются простейшими неавтономными источниками постоянного тока. Они применяются при напряжениях близких к напряжению сети или превышающих его в 1,5 – 2,5 раза и токах до нескольких десятков миллиампер.

Ограниченное применение безтрансформаторных выпрямителей объясняется в первую очередь требованиями техники безопасности, так как оба полюса выпрямленного напряжения гальванически связаны с сетью. Второй недостаток таких выпрямителей – отсутствие гибкости при выборе выпрямленного напряжения. Для радиоаппаратуры можно использовать в качестве безтрансформаторных выпрямители: Однополупериодный, мостовой, удвоения напряжения. Основные характеристики такие же как и в случае с трансформаторным питанием. Сетевое напряжение подключают к точкам подключения вторичных обмоток трансформаторов(вместо трансформатора).

Удвоитель напряжения | Техника и Программы

Схемы удвоения напряжения применяются в тех случаях, ког­да требуется получить более высокое напряжение, чем при ис­пользовании трансформатора или сети переменного тока. Удвое­ние напряжения — удобное средство для исключения трансфор­матора из схемы источника питания при сохранении при этом возможности получения существенно более высокого напряже­ния, чем может обеспечить сеть. Таким образом, схемой удвое­ния напряжения можно воспользоваться для повышения напря­жения сети в два раза или для увеличения напряжения, сни­маемого с трансформатора. На рис. 10.3 показана схема удвое­ния напряжения с трансформатором. Здесь назначение транс­форматора состоит в изоляции схемы от сети в целях безопасно­сти. Как показано на рисунке, напряжение сети подается на первичную обмотку L

b в цепи которой имеется выключатель. Параллельно сети и обмотке подключен конденсатор Ci емко­стью 0,02 мкФ, который шунтирует помехи, не пропуская их в схему удвоения. Поэтому такой конденсатор иногда называют фильтрующим.

Рис. 10.3. Схема удвоения напряжения.

Вторичная обмотка трансформатора соединена с двумя полу­проводниковыми диодами Д1 и Д2. Конденсаторы С2 и С3 слу­жат для накопления зарядов и передачи их на выход выпрями­теля.

Работу схемы легче понять, если предположить, что на об­мотке LI имеется сигнал определенной полярности, и просле­дить, как при этом протекают электроны в схеме. Если, напри­мер, на L2 действует положительная полуволна напряжения, направленного от верхнего вывода к нижнему, то электроны пе­ремешаются от нижнего вывода через цепь выпрямителя к верхнему выводу обмотки. При этом электроны проходят через конденсатор С2 и заряжают его до напряжения, близкого к максимальному напряжению, действующему на L2. От верхней об­кладки С2электроны протекают через диод Д1 к верхнему вы­воду L2. Таким образом, в течение положительного полупериода переменного напряжения ток будет протекать только через ди­од Дь а диод Д2 в этом полупериоде будет закрыт. Во время действия следующей полуволны питающего напряжения потен­циал верхнего вывода обмотки L2 отрицателен относительно нижнего вывода. Теперь поток электронов будет проходить че­рез диод Д2 и конденсатор С3, заряжая его также почти до мак­симального напряжения, действующего на вторичной обмотке трансформатора. Далее электроны будут протекать от верхней обкладки конденсатора С3 к нижнему выводу обмотки L2. Та­ким образом, в течение каждого полупериода переменного на­пряжения конденсаторы С2 и С3 будут поочередно заряжаться.

Заметим, что выходное напряжение снимается с выхода сгла­живающего дросселя ls. Конденсаторы С2 и С3 являются эле­ментами фильтра, который служит для сглаживания пульса­ций. Так как отрицательный выходной зажим заземлен, выход­ное напряжение снимается фактически с последовательно вклю­ченных конденсаторов С2 и С3. Следовательно, выходное напря­жение равно сумме напряжений на конденсаторах С2 и С3. Та­ким образом, схема действует как удвоитель напряжения, пода­ваемого на ее вход. Однако величина выходного напряжения зависит от регулирующих свойств схемы. При большем токе нагрузки потребляется больший ток от конденсаторов С2 и С3. Если этот ток достаточно велик, то выпрямители не успевают подзаряжать конденсаторы для поддержания на них амплитуд­ного значения напряжения и выходное напряжение падает. При отсутствии нагрузки выходное напряжение получается макси­мальным.

Регулировочные свойства схемы (т. е. способность сохранять выходное напряжение близким к постоянной величине при изме­нении сопротивления нагрузки) улучшаются при увеличении ем­кости конденсаторов. В этом случае они могут запасать боль­ший заряд и, следовательно, позволяют отбирать от выпрями­теля ток большей величины без существенного уменьшения вы­ходного напряжения.

Схема — удвоение — напряжение

Схема — удвоение — напряжение

Cтраница 2


В низковольтном выпрямителе применяется схема удвоения напряжения при помощи мостовой схемы.  [17]

Выпрямительное устройство собрано по схеме удвоения напряжения и при нагрузке в 1 ма дает выпрямленное напряжение примерно в 2 4 раза больше, чем напряжение, поступающее на вход выпрямителя.  [18]

Приведенная на рис. 16.6, б схема удвоения напряжения получила наибольшее распространение, так как при ее использовании требуется трансформатор на напряжение, вдвое меньшее, чем выходное. Кроме того, в этой схеме обратное напряжение, приложенное к вентилям В в непроводящий полупериод, не превышает напряжения на нагрузочной емкости независимо от величины активной нагрузки. Защитные сопротивления, включаемые в зарядных схемах, предназначены для ограничения тока короткого замыкания, защиты обмотки трансформатора от перенапряжений и ограничения импульсных токов через вентили при срезе вследствие разряда нагрузочной емкости.  [20]

По существу преобразователь работает здесь в схеме удвоения напряжения с двухполупериодным выпрямлением сигнала. Из схемы видно, что через разделительные конденсаторы С ], С2 проходят одинаковые токи в обе полуволны сигнала. Выпрямленное напряжение относительно земли симметрично, и выходные зажимы по переменному току имеют нулевой потенциал. Описанная схема, в принципе, совершенно симметрична. Асимметрия может быть лишь за счет различия выходных сопротивлений фазоинвертора, но ее легко устранить введением дополнительного катодного или эмиттерного повторителей.  [21]

Выпрямитель Bi, В2, собранный по схеме удвоения напряжения, изготовляется из 24 селеновых шайб диаметром 18 мм с выводом от середины. Потенциометр Rt ( 10 — 20 ком) необходимо брать проволочный. Для того чтобы при движении движка потенциометра выдержка изменялась в 2 раза, необходимо выбрать сопротивление ю ЗЯВ.  [22]

Анодные цепи питаются от выпрямителя, собранного по схеме удвоения напряжения на ДГ-Ц24 по 2 шт.  [23]

Телевизор получает питание от выпрямителя, собранного по схеме удвоения напряжения. Схема выпрямителя несимметрична, что позволяет получать необходимые для питания телевизора напряжения 150 и 280 в без гасящего сопротивления.  [25]

Для получения малых токов при высоких напряжениях целесообразно применять схему удвоения напряжения с кенотронами.  [26]

Источник напряжения 1500 в для электронного обезгаживания построен по схеме удвоения напряжения.  [27]

Выпрямитель телерадиолы собран из шести германиевых диодов ДГ-Ц27 по схеме удвоения напряжения.  [28]

Модулятор ЗГ был выполнен по прямой схеме, УМ — по схеме трансформаторного удвоения напряжения с магнитным звеном сжатия импульсов. Запуск модуляторов осуществлялся от общего генератора задающих импульсов 5, снабженного регулируемой линией задержки 6, которая позволяла сдвигать по времени относительно друг друга импульсы ЗГ и УМ в пределах 50 не.  [29]

Страницы:      1    2    3    4    5

Схемы умножения напряжения | Высоковольтное испытательное оборудование и измерения

Страница 23 из 41

Изготовление трансформаторов на высокое напряжение и последующее выпрямление последнего представляет определенные трудности. Поэтому иногда для получения высокого постоянного напряжения применяют схемы удвоения, утроения и вообще умножения напряжения трансформатора с помощью конденсаторов и вентилей.
На зажимах вентиля (выход схемы) получается напряжение, изменяющееся от нуля до почти удвоенного напряжения трансформатора. Рядом приведена форма кривой напряжения, которая получается при включении нагрузки, не вызывающей большого падения напряжения.

Рис. 3-13. Простейшая схема выпрямления и удвоения напряжения.
Простейшая схема выпрямления и удвоения напряжения представлена на рис. 3-13. За один полупериод емкость С через кенотрон К заряжается до амплитудного значения напряжения Uа, даваемого трансформатором. В продолжение второго полупериода получается сложение напряжения на заряженном конденсаторе и трансформаторе. Результирующее напряжение на выходе схемы пульсирует от нуля до почти удвоенной амплитуды напряжения трансформатора с частотой первичного тока, сохраняя все время одну полярность. Чем меньше потребляемая мощность и чем больше зарядный ток, тем ближе к удвоенному Ua будет максимальное напряжение на выходе схемы.
Заметим, что кенотрон в схеме оказывается под максимальным напряжением, равным 2Ua.

Рис. 3-14. Сдвоенная схема удвоения с пульсирующим напряжением.
Применяется сдвоенная схема удвоения с пульсирующим напряжением, как это указано на рис. 3-14. Схема представляет собой две последовательно включенные схемы удвоения напряжения, представленные на рис. 3-13. Средняя точка обмотки трансформатора заземлена, а выпрямление производится двумя последовательно включенными кенотронами.

На рис. 3-15 изображена схема удвоения другого типа.
В первую половину периода переменного тока емкость С1 через кенотрон зарядится до напряжения К1 от трансформатора. 

На рис. 3-16 приведена схема удвоения и стабилизации напряжения Грейнахера. Во время действия одной полуволны напряжения емкость С1 заряжается через кенотрон K1 до напряжения Uа, а во время другой полуволны через кенотрон К2 заряжается емкость С2.
Напряжение на выходе схемы равно сумме напряжений на обеих емкостях, т.е. приблизительно 2Uп. Схема симметрична и ее средняя точка может быть заземлена, в результате чего облегчаются изоляция установки относительно земли.
При отсутствии нагрузки на выходных зажимах схемы получается практически постоянное напряжение, равное удвоенному напряжению трансформатора.

Рис. 3-16. Схема удвоения напряжения при отсутствии нагрузки на выходных зажимах схемы.
Рис. 3-17. Изменение напряжений и токов в схеме рис. 3-16.

При включении нагрузки в продолжение каждого полупериода конденсаторы несколько разряжаются, напряжение на выходе уменьшается. На зажимах нагрузки наблюдается пульсация напряжения с частотой, равной удвоенной частоте первичного напряжения, как это представлено на рис. 3-17 (кривая 4).
При включении нагрузки с высоким сопротивлением (например, рентгеновской трубки) заряд конденсаторов и напряжение на их зажимах в продолжение времени между двумя максимумами переменного напряжения на трансформаторе уменьшаются, следуя линейному закону. Когда напряжение на зажимах конденсаторов становится меньше, чем напряжение на зажимах трансформатора, происходит подзаряд конденсаторов. На рис. 3-17 изменение напряжения на конденсаторах представлено кривыми 2 и 3, кривая 4 показывает слабо пульсирующее напряжение на зажимах нагрузки. Кривые 8-7 показывают изменение тока трансформатора, кривая 6-8-6-8-6— ток через один конденсатор, прямая 5 показывает ток через нагрузку. Напряжение на нагрузке в схеме изменяется от нуля до удвоенного максимального, даваемого трансформатором.

С увеличением тока через нагрузку конденсаторы разряжаются быстрее, вследствие чего напряжение на выходе схемы согласно изложенному выше пульсирует глубже. Соответственно выбирая параметры схемы, можно получить малую пульсацию напряжения, поэтому схема рис. 3-16 получила название стабилизирующей — «стабиловольт».
На рис. 3-18 приведена схема утроения напряжения. Когда нижний на схеме конец обмотки трансформатора b имеет максимальный положительный потенциал, оба кенотрона К1 и К2 заряжают емкости С1 и С2 до максимального значения напряжения, даваемого трансформатором.

Рис. 3-18. Схема утроения напряжения и кривая напряжения.

Так как падение напряжения на кенотронах невелико, то выходные зажимы схемы а’ и b оказываются присоединенными соответственно к выводам b и а трансформатора, и напряжение на выходе будет в этот момент равно максимальному значению напряжения вторичной обмотки трансформатора Uа. Когда же полярность напряжения изменится на противоположную, то кенотроны К1 и К2 не будут проводить ток. В этом случае напряжение на выходе схемы будет суммироваться из напряжений на обеих емкостях и трансформаторе и достигнет значения, приблизительно равного 3Ua.
Таким образом, на выходе схемы получается выпрямленное напряжение, пульсирующее от Uа до 3Uа. Аналитически кривая напряжений при малой нагрузке показана в правой части рис. 3-18 и выражается функцией

При последовательном соединении двух схем утроения возможны два случая.

Схема утроения напряжения была предложена в 1926 г. в Московском рентгеновском институте. Достоинством этой схемы является то обстоятельство, что трансформатор и конденсаторы работают при напряжении, равном 1/3 напряжения, даваемого установкой, а кенотроны должны
выдерживать обратное напряжение, равное 2/3 максимального напряжения на выходе схемы.
Среди различных способов трансформации электрической энергии существует указанный еще Франклином метод, состоящий в переключении ряда заряженных конденсаторов из параллельного соединения в последовательное. Получение высокого напряжения путем последовательного соединения заряженных конденсаторов с помощью механического устройства разрабатывалось и исследовалось многократно.
Гольц и Мах описали устройство механического приспособления, которое позволило такое переключение производить с достаточной быстротой. В 1877—1878 гг. Планте опубликовал результаты опытов, которые он проделал с батареей из 800 аккумуляторов. Планте заряжал этой батареей конденсатор, составленный сначала из 30, а потом из 40 слюдяных пластинок по 3 дм2 площадью каждая. При вращении коммутатора, непрерывно производившего указанное переключение, т. е. соединявшего пластинки параллельно при заряде и последовательно— для разряда, прибор этот, питаемый аккумуляторной батареей, давал искры 4—5 см длиной. Такой аппарат еще больших размеров был построен Траубриджем, который пользовался батареей из 10 000 аккумуляторов; конденсаторная батарея состояла из 120 плоских конденсаторов. Разряды, которые происходили при напряжении 3 000 кВ в воздухе, имели вид искр длиной 198 см. Этим же способом интересовались де Кудр, который при помощи батареи получал искры длиной 100 см, Лфаундлер, описавший свою конструкцию прибора, и Ломан, пользовавшийся способом переключения для измерения разрядного напряжения при высоком напряжении.
В. И. Лихов и В. И. Павлов предложили схему установки постоянного тока высокого напряжения, основанную на трансформировании напряжения путем последовательного соединения заряженных конденсаторов. Зарядка конденсаторного ряда производится системой вспомогательных конденсаторов. Заряженный вспомогательный конденсатор представляет собой источник энергии, не связанный с питающей установкой. Получив заряд от выпрямителя, вспомогательный конденсатор затем перемещается вдоль заряжаемого ряда последовательно соединенных конденсаторов.   На время перемещения от контакта заряжающего выпрямителя по всем контактам последовательного ряда заряжаемых конденсаторов и обратно вспомогательный конденсатор не нуждается в подзарядке. Он имеет необходимую изоляцию от земли и поэтому может принимать потенциал любой точки заряжаемого ряда последовательно соединенных конденсаторов.

Рис. 3-20. Схема установки постоянного тока высокого напряжения конструкции В. И. Лихова и В. И. Павлова.
Схема возможной конструкции такой установки представлена на рис. 3-20. Ряд конденсаторов b разметается внутри кожуха — ротора а. Отводы от секций ряда конденсаторов выводятся к контактам с, располагаемым по окружности на наружной поверхности ротора. При вращении ротора контакты касаются щеток, соединенных с вспомогательными конденсаторами d и f. Напряжение от зарядной выпрямительной установки подводится к контактам е, расположенным также на боковой поверхности ротора. Контакты е расположены на той же высоте, что и контакты от внутренних секций. При вращении ротора вспомогательные конденсаторы будут последовательно заряжаться. На рис. 3-21 видно расположение контактов в плане. Контакты, помеченные 1, соответствуют нижнему— первому конденсатору, а помеченные п— верхнему.

При вращении ротора полюсы некоторого заряжающего конденсатора коснутся зарядных щеток. Затем полюсы заряженного вспомогательного конденсатора коснутся полюсов нижней секции конденсаторного ряда, потом полюсов второй секции и т. д. Вспомогательный конденсатор отдает во всех случаях часть своего заряда. Через один оборот ротора вспомогательный конденсатор вновь заряжается от источника напряжения. Когда контакты вспомогательных конденсаторов касаются контактов заряженных секций, то вспомогательные конденсаторы принимают потенциал этих секций относительно земли.

Рис. 3-21. Схема расположения контактов установки (рис. 3-20).

Таким образом, при движении вспомогательного конденсатора от первого к последнему, n-му, контакту последовательно включенные конденсаторы установки заряжаются; сам вспомогательный конденсатор при этом разряжается. Его потенциал относительно земли возрастает. Ток, получаемый от такой установки при последовательном соединении заряженных конденсаторов, можно определить из формулы  где Iсп —ток, а;
С—емкость последовательно соединенных конденсаторов, ф;
р—число оборотов диска в секунду;
п—число вспомогательных конденсаторов;
kкоэффициент, характеризующий степень разрядки рабочей емкости.

Авторы полагают, что таким путем, например, используя последовательно соединенные электролитические конденсаторы на рабочее напряжение 500—700 В, с помощью механического коммутатора можно строить мощные установки на рабочее напряжение в несколько миллионов вольт.
Схемы рис. 3-13 и 3-16 являются частным случаем схем выпрямления и умножения напряжения. Теоретически возможно таким путем получать и сверхвысокие напряжения. Практически первая установка на 700 кВ, работающая по этому принципу, была построена в 1932 г. для изучения атомного ядра.
Получение постоянного тока высокого напряжения с помощью выпрямителей, кроме включения по схеме умножения (накопления) напряжения, может быть также осуществлено и некоторыми другими способами. Укажем включение выпрямителей, распределенных по обмотке трансформатора, или последовательное включение выпрямителей на выходе источника тока высокого напряжения.
Каждая из этих схем имеет свои существенные недостатки. Для осуществления первой схемы включения необходимо иметь трансформаторы с обмоткой специальной конструкции. При работе второй схемы получается неравномерное распределение напряжения по последовательно включенным выпрямителям в нерабочий полупериод.
Установки с применением конденсаторно-выпрямительных схем, содержащие большое число ступеней называют каскадными генераторами. Они позволяют получать сверхвысокие постоянные напряжения порядка нескольких миллионов вольт.

Выпрямители и умножители винтажные | paseka24.ru

Винтажные выпрямители. Классические схемы. Среди различных выпрямляющих устройств особую группу составляют схемы, в которых посредством соответствующего включения диодов и конденсаторов выполняют не только выпрямление, но одновременно и умножение выпрямленного напряжения. Достоинство таких схем заключается в возможности построения высоковольтных бестрансформаторных выпрямителей и выпрямителей с трансформаторами, только для питания цепей накала кенотронов. Отсутствие в силовом трансформаторе повышающей обмотки значительно облегчает его изготовление и повышает эксплуатационные качества выпрямителя. К недостаткам этих схем относятся зависимость выпрямленного напряжения от тока в нагрузке и трудность получения повышенных мощностей. В далёкие-далёкие времена запросто применяли прямое включение умножителей в бытовую распределительную сеть, совсем без разделительного трансформатора. Это расценивали как существенное достоинство с точки зрения экономии меди. Суровые были времена, враги окружали страну и притесняли население. Поэтому задачи обеспечения техники безопасности для этого самого населения практически не рассматривались. Никакой гальванической развязки с сетью и повышенными потенциалами, приходящими с подстанции не предусматривали. Схемы прямого бестрансформаторного включения были во многом ловушками для радиослушателей, ибо телевизоров тогда было маловато. Если и долбанёт кого, то это не страшно. Даже если убьёт одного-двух, то это всё равно меньше, чем погибало от рук супостатов.

Схемы выпрямителей с умножением напряжения получили широкое распространение в рентгенотехнических установках. В радиотехнической практике их применяли в основном для питания маломощной аппаратуры, потребляющей ток не более 50-70 мА при напряжении около 200 в. Однако область их применения можно значительно расширить, построив, например, по схеме с утроением или учетверением напряжения достаточно мощные бестрансформаторные выпрямители. Подобные выпрямители при напряжении сети переменного тока 110, 127 или 220В позволяют получить постоянное напряжение 300-400 вольт при токе до 100-150 мА, что обеспечивает питание анодных цепей усилителей низкой частоты средней мощности.

Особенностью работы выпрямителей с умножением напряжения является использование свойств конденсаторов накапливать и в течение некоторого времени сохранять электрическую энергию. При работе выпрямителя от обычной сети 50-периодного переменного тока время, в течение которого конденсатор должен сохранять заряд, не превышает 0,02 сек. Чем больше ёмкость (входящих в схему конденсаторов, тем большее количество электрической энергии они сохраняют и тем выше при одной и той же нагрузке получается выпрямленное напряжение. Поэтому в таких выпрямителях удобнее всего применять электролитические конденсаторы, которые, имея небольшие размеры, обладают значительной ёмкостью. Ниже описан ряд практических схем выпрямителей с умножением напряжения. Для большинства из них показаны нагрузочные характеристики, при различных ёмкостях накопительных конденсаторов. Характеристики позволяют судить о возможных областях применения схемы. По заданным: выпрямленному току, выпрямленному напряжению и напряжению питающей сети можно выбрать схему выпрямителя и определить номиналы деталей. Вначале следует глянуть топологию схем с удвоением напряжения. Схемы удвоителей, получившие наиболее широкое распространение в радиолюбительской практике, приведены на рисунках 1 и 2 ниже.

Схема двухполупериодного выпрямителя 1, схема однополупериодного выпрямителя 2. Для того чтобы можно было сравнить и оценить достоинства и недостатки обеих схем, в исследовании получены их нагрузочные характеристики, для различных значений ёмкости конденсаторов С1 и С2. В выпрямителях использованы селеновые столбы В1 и В2, собранные каждый из 13 шайб диаметром 45 мм. Сейчас это супер-редкость, а такую схемную реализацию можно отнести скорее к жёсткому винтажу, пожалуй, даже с претензией на элитарность. Напряжение питающей сети в ходе измерения следует поддерживать неизменным, на уровне 127В (220В). Для ограничения пускового тока, который из-за ёмкостного характера нагрузки может достигать значительных величин, последовательно в цепь питания включают сопротивление R, равное 20 Ом. Нагрузочные характеристики показаны ниже, слева — двухполупериодного выпрямителя; справа — характеристики однополупериодного выпрямителя. Сравнивая кривые обоих выпрямителей, при одних и тех же значениях ёмкости конденсаторов С1 и С2, можно заметить, что для схемы двухполупериодного выпрямления они расположены заметно выше, чем для схемы однополупериодного. Следовательно, выпрямленное напряжение на нагрузке при одинаковом токе получается большим для первой схемы (рисунок 1), чем для второй (рисунок 2). Картинки позволяют также судить о реальных напряжениях, при которых работают электролиты в схеме.

Специфика умножителя в том, что частота пульсации при двухполупериодном выпрямлении получается в два раза большей, чем при однополупериодном, для первой схемы значительно облегчается дальнейшая фильтрация выпрямленного напряжения, и кроме того, коэффициент пульсации показывающий, какую часть выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя составляет амплитуда переменной составляющей этого напряжения, для одинаковой нагрузки и одинаковых значений ёмкости конденсаторов С1 и С2 получается несколько меньшим. Так, например, при сопротивлении нагрузки 2000 Ом и ёмкости конденсаторов С1 и С2 по 48 мкФ коэффициент пульсаций для первой схемы составлял 6,5 %, а для второй — 7,6%. Это несмотря на то, что в первой схеме суммарная ёмкость на выходе выпрямителя в два раза меньше, чем во второй.

Следует отметить, что рабочие напряжения на конденсаторах в первой схеме одинаковы и равны половине выпрямленного напряжения, т.е. не превышают 150 вольт, тогда как во второй схеме под таким напряжением работает только конденсатор С1 а конденсатор С2 находится под полным выпрямленным напряжением и, следовательно, должен быть рассчитан на рабочее напряжение не менее 300 вольт. Крайне существенным для всех схем умножения является постоянный нагруженный режим выпрямителя, иначе напряжение повышается чрезмерно. При работе выпрямителей с удвоением напряжения без нагрузки, выпрямленное напряжение примерно равно удвоенному амплитудному значению напряжения питающей сети, и следовательно, может превысить 350 в (если эффективное напряжение сети равно 127 в). Такое повышение напряжения может привести к пробою конденсаторов, диодов или изоляции между нитью накала и катодом в кенотронах. Поэтому, если по техническим условиям выпрямитель должен работать без нагрузки или на очень высокоомную нагрузку, то детали, применяемые в нём, должны быть рассчитаны на повышенное рабочее напряжение. Если в рассмотренных схемах применит разделительный трансформатор с соответствующей высоковольтной обмоткой, то все зависимости можно сохранить. Однако с учётом внутреннего сопротивления медной обмотки появится дополнительная просадка напряжения, и кривые окажутся расположенными ниже, вольт на 20-30. Координаты их можно определить несколько точнее, если понимать мощность потерь в обмотке и разделить её на ток, отбираемый от выпрямителя. В задаче поддержания винтажного статуса, обеспечения подлинной кошерности изделия и тотальной борьбы за чистоту рядов в качестве выпрямительного элемента удобно использовать кенотрон 30Ц6С, нить накала которого соединяется последовательно с нитями накала других ламп аппарата. Выпрямитель с этим кенотроном и конденсаторами С1 и С2 ёмкостью по 20-40 мкФ даёт напряжение 200-220 в при токе около 70 мА. Применяя вместо кенотрона 30Ц6С селеновые столбики, собранные из шайб диаметром 35 или 45 мм, и конденсаторы большей ёмкости, можно несколько увеличить выпрямленное напряжение и получить ток вдвое (для шайб диаметром 35 мм) и втрое (для шайб диаметром 45 мм) больший. Выпрямители в этом случае могут питать более мощные приёмники (до 4 вт выходной мощности), усилители низкой частоты, малоламповые телевизоры и т. п.

Схема с утроением напряжения. Принципиальная схема выпрямителя с утроением напряжения и нагрузочные характеристики выпрямителя с утроением напряжения показаны на рис.5 при напряжении питающей электросети, равном 127 в.

Она представляет собой комбинацию двух схем однополупериодных выпрямителей: схемы с удвоением напряжения и схемы без умножения. К питающей сети обе схемы подключаются параллельно, а их выходы (выпрямленные напряжения) соединяются между собой последовательно. Таким образом, напряжение на выходе выпрямителя, равное сумме выпрямленных напряжений (удвоенному напряжению сети на конденсаторе С2 и одинарному — на конденсаторе С3), оказывается равным, примерно, утроенному напряжению сети.

Нагрузочные характеристики, выпрямителя, приведённые на рисунке 5, показывают, что при токе около 200 мА такой выпрямитель может отдавать напряжение свыше 300 в. Напряжение питающей сети поддерживалось равным 120 в, а ёмкости конденсаторов С1, С2 и С3 менялись в пределах от 32 до 100 мкф. Характер пульсации выпрямленного напряжения этой схемы при равных значениях ёмкости всех трёх конденсаторов такой же, как и в схеме двухполупериодного выпрямления, а коэффициент пульсации при нагрузке выпрямителя сопротивлением 2000 ом и ёмкости конденсаторов по 50 мкф — порядка 7%. Рабочие напряжения на конденсаторах С1 и С3 не превышают 150 в, а на конденсаторе С2 — 300 в. Следует иметь в виду, что в схеме с утроением напряжения при отсутствии нагрузки и напряжении питающей сети 120-127 в выпрямленное напряжение превышает 500 в.

Приведённые выше данные показывают, что выпрямитель с утроением напряжения может получить ещё более широкое применение, чем с удвоением. Вопрос о выборе выпрямительных элементов для такого выпрямителя будет рассмотрен ниже.

Схемы с учетверением напряжения. Схема выпрямителя с учетверением напряжения может быть двух видов: симметричной и несимметричной. Симметричная схема, изображённая на рисунке 6, представляет собой комбинацию двух схем однополупериодных выпрямителей с удвоением, работающих в разные полупериоды напряжения питающей сети. Работа этой схемы происходит следующим образом. Во время полупериода одного знака заряжаются конденсаторы С1 и С4, причём напряжение на конденсаторе С1 достигает, примерно, одинарного, а на конденсаторе С4 — удвоенного эффективного значения напряжения питающей сети (конденсатор С4 заряжается, используя уже имеющийся заряд на конденсаторе С2). Во время полупериода противоположного знака таким же образом заряжаются конденсаторы С2 и С3. Выпрямленное напряжение снимается с соответствующих полюсов конденсаторов С3 и С4, соединённых между собою последовательно. Таким образом, оно удваивается вторично. Симметричная схема выпрямителя с учетверением напряжения и нагрузочные характеристики выпрямителя с учетверением напряжения показаны на рис. 6 сняты при напряжении питающей сети, равном 120 в.

Напряжение, до которого заряжаются конденсаторы С1 и С2, оказывается тем большим, чем больше нагрузочное сопротивление или, иначе говоря, меньше отдаваемая выпрямителем мощность. Максимального значения зарядное напряжение достигает в случае отключения от выпрямителя нагрузки, становясь равным амплитудному значению напряжения сети (в 1,41 раза больше эффективного значения) на конденсаторах С1 и С2 и удвоенному амплитудному значению (в 2,82 раза больше эффективного значения) — на конденсаторах С3 и С4. Для того чтобы можно было быстро определить требуемые ёмкости конденсаторов C1, С2, С3 и С4, на рисунок 6 приведены нагрузочные характеристики, снятые с выпрямителя при различных значениях этих ёмкостей (во всех случаях С1 = С2 и С3 = С4). Приведённые характеристики показывают, что уже при конденсаторах С1 и С2 ёмкостью по 60 мкф и С3 и С4 — по 16 мкф напряжение на выходе выпрямителя при токе 150 мА достигает 400 в. Конденсаторы С1 и С2 должны быть рассчитаны на рабочее напряжение не меньшее чем 150 в, а С3 и С4 — не меньшее чем 250 в. Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения в случае нагрузки выпрямителя сопротивлением 3000 Ом оказывается равным, примерно, 6%, а форма напряжения на нагрузке та же, что и при двухполупериодном выпрямлении. Следует иметь в ввиду, что в симметричных схемах выпрямителей с умножением напряжения шасси находится под сравнительно высоким потенциалом относительно земли и питающего источника.

Несимметричная схема выпрямителя с учетверением напряжения и нагрузочные характеристики несимметричного учетверяющего выпрямителя  сняты при напряжении питающей сети, равном 120 в показаны на рисунок 7-8. Работает она по несколько иному принципу, чем предыдущая. Здесь в полупериод соответствующего знака через выпрямительный элемент В1 и сопротивление R, примерно до напряжения сети, заряжается конденсатор С1. В следующий полупериод через выпрямительный элемент В2 и сопротивление R, используя заряд на конденсаторе С1, примерно до двойного напряжения сети, заряжается конденсатор С3. До такого же напряжения заряжается в последующий полупериод конденсатор С2 через выпрямительный элемент В3. В это же время вновь заряжается конденсатор С1. Затем заряд конденсатора С2 через выпрямительный элемент В4 заряжает конденсатор С4. Выпрямленное напряжение снимается с последовательно соединённых конденсаторов С3 и С4. Вся схема работает по принципу однополупериодного выпрямления. Снятые с выпрямителя нагрузочные характеристики (рисунок 8) имеют значительный наклон. Это показывает на невозможность использования таких схем для радиотехнических аппаратов повышенной мощности. Рабочее напряжение распределяется на конденсаторах весьма своеобразно, причём характер распределения зависит от величины нагрузки. В таблице ниже приведены рабочие напряжения на конденсаторах при двух различных нагрузках и без нагрузки при напряжении питающей сети 120 в.

Такое неравномерное распределение напряжения сопровождается весьма неравномерной формой пульсации, и поэтому коэффициент пульсации на выходе выпрямителя составляет при сопротивлении нагрузки 5000 Ом около 10%, а при сопротивлении нагрузки 1700 Ом повышается до 23%. Вследствие этого несимметричную схему выпрямителя с учетверением напряжения можно использовать только при больших сопротивлениях нагрузки или, иначе говоря, при малых потребляемых токах. Выпрямители, собранные по симметричной схеме с учетверением, в которых применяются селеновые выпрямительные элементы, могут широко использоваться для питания различных радиотехнических устройств, требующих достаточно высоких напряжений при токах 150-200 мА.

Схемы с многократным умножением напряжения. Принцип выпрямления с учетверением напряжения, изложенный выше, действителен для любой чётной кратности умножения. Для каждого последующего увеличения выпрямленного напряжения на удвоенное напряжение сети схему выпрямителя нужно дополнить лишь двумя выпрямительными элементами и двумя конденсаторами, как показано на рисунке 9. Схема, приведённая на рисунке 9, хорошо работает только при весьма малом потребляемом токе, но зато может давать очень высокое выпрямленное напряжение. Её удобно применять в телевизорах для питания анода кинескопа и т. д. В качестве выпрямительных элементов здесь могут быть использованы селеновые шайбы самого малого диаметра, собранные в столбики с таким расчётом, чтобы допустимое обратное напряжение было равным двойной амплитуде напряжения, даваемого источником переменного напряжения. На такое же рабочее напряжение должны быть рассчитаны и все конденсаторы схемы, кроме (конденсатора С1 находящегося под одинарным амплитудным напряжением источника. Так как схема рассчитывается на малые рабочие токи. Несимметричная схема выпрямителя с многократным умножением напряжения и симметричная схема выпрямителя с многократным умножением напряжения показаны на рисунках 9-10.

Ёмкости конденсаторов могут быть небольшими, в пределах от 0,25 до 0,5 мкФ. Из-за большого сопротивления нагрузки коэффициент пульсации на выходе выпрямителя получается незначительным даже при таких малых значениях ёмкости конденсаторов. Полное напряжение, даваемое выпрямителем, подсчитывается для ненагруженного выпрямителя путём умножения амплитуды переменного напряжения на число пар элементов схемы. За одну пару элементов принимаются конденсатор и выпрямительный элемент. Симметричная схема умножения имеет те же преимущества, что и симм.схема с учетверением напряжения по сравнению с несимметричной. Эту схему можно рекомендовать для выпрямителей, питающих выходные ступени любительских коротковолновых передатчиков и устройств, требующих высоких напряжений и сравнительно больших токов. При этом, конечно, должны быть соответственно подобраны выпрямительные элементы и конденсаторы выпрямителя. Для приведённых выше схем выпрямителей характер нагрузочных характеристик определяется ёмкостями применяемых конденсаторов. Чем больше эти ёмкости, тем меньший наклон имеет характеристика, и следовательно, большим получается напряжение на данной нагрузке. Для случая работы выпрямителя без нагрузки существуют определённые минимальные значения ёмкостей конденсаторов, при занижении которых схемы с умножением напряжения перестают работать. В тех случаях, когда от выпрямителя необходимо получить ток в несколько десятков или сотен, миллиампер, конденсаторы следует брать возможно большей ёмкости. Это способствует также и улучшению фильтрации выпрямленного напряжения. Кроме того, подбором ёмкостей конденсаторов можно эффективно устанавливать нужное по режиму питания анодное напряжение.

В промышленных и любительских телевизорах для питания анодов кинескопов нашла применение схема с умножением напряжения, изображённая на рисунок 11. Эта схема отличается от приведённых ранее наличием дополнительных сопротивлений и ёмкостей. Работает она следующим образом. Во время положительного полупериода питающего напряжения через выпрямительный элемент В1 заряжается до амплитудного значения напряжения конденсатор C1, а во время отрицательного — через сопротивление R1 конденсатор С2. Схема умножения напряжения с сопротивлениями показана на рисунке 11.

В последующий положительный полупериод напряжение на конденсаторе С2 складывается с питающим напряжением, и этот конденсатор разряжается через выпрямительный элемент В2 на последовательно соединённые конденсаторы С1 и С3, с концов которых полученное удвоенное выпрямленное напряжение и подводится к нагрузке. Наращивая в схеме звенья так, как показано пунктиром на рисунок 11, можно получить умножение напряжения любой кратности. Преимущества такой схемы заключаются в облегчении условий работы выпрямительных элементов и ёмкостей, так как обратное напряжение на каждом выпрямительном элементе не превышает двойного, а на каждом конденсаторе — одинарного амплитудного напряжения, подводим ото к выпрямителю. Сопротивления R1, R2 и т.д. позволяют в случае использования селеновых столбиков иметь значительный разброс их обратных сопротивлений. Рассмотренная схема пригодна только для работы выпрямителя при большом сопротивлении нагрузки. Конденсаторы могут иметь ёмкость порядка 500…1000 нФ, а сопротивления около 2…4 мОм. В качестве выпрямительных элементов могут применяться соответствующие селеновые столбики или кенотроны, однако для питания нитей накала последних на силовом трансформаторе необходимо иметь отдельные хорошо изолированные обмотки.

Выпрямляющие элементы. Во всех описанных выше схемах в качестве выпрямляющих элементов можно использовать кенотроны или селеновые столбики.

Кенотроны. Для бестрансформаторных схем с удвоением напряжения выпускается специальный кенотрон типа 30Ц6С, имеющий два анода, два катода и надёжно изолированную от обоих катодов нить накала. Напряжение накала этого кенотрона 30 в, ток накала 0,3 А и максимальное напряжение, допустимое между катодом и нитью, 300 в. Максимально допустимая разность потенциалов между катодом и нитью накала для кенотронов, применяемых в схемах с умножением напряжения, а также и для других приёмно-усилительных ламп, цепи накала которых включаются последовательно, является одним из важнейших параметров. В схемах бестрансформаторного питания эта разность потенциалов может достигнуть значительного уровня и привести к пробою тонкого слоя керамики, изолирующего нить (подогреватель) от катода. В результате такого пробоя в кенотроне обычно перегорает нить накала и выходит из строя первый конденсатор фильтра (если он электролитический), так как он оказывается подключённым непосредственно к сети переменного тока. Не исключена при этом возможность и других повреждений. Поэтому при конструировании приёмника или другого устройств а с бестрансформаторным питанием необходимо подсчитывать для каждой лампы возникающее между её катодом и нитью накала максимальное (амплитудное) напряжение. Это особенно важно при использовании выпрямителей, собранных по схемам с умножением напряжения. Величины максимально допустимых напряжений между нитью накала и катодом некоторых кенотронов и приёмно-усилительных ламп приведены в таблице 2 ниже. Из кенотронов с изолированным от нити накала катодом, кроме упомянутого выше кенотрона 30Ц6С, в выпрямителях с умножением напряжения могут применяться кенотроны типа 30Ц1С (с одним анодом и одним катодом) и типа 6Ц5С (с двумя анодами и одним катодом). В отличие от кенотрона 30Ц6С последние являются одиночными выпрямительными элементами, и поэтому в каждую схему удвоения напряжения их нужно ставить по два.

Применение двух кенотронов 30Ц1С вместо одного кенотрона 30Ц6С удобно тем, что при этом в некоторых случаях отпадает необходимость в гасящем сопротивлении, включаемом обычно последовательно в цепь накала ламп. Так, например, цепь накала пяти- или шестилампового приёмника с выходной лампой 30П1С и двумя кенотронами 30Ц1С при соединении всех нитей ламп последовательно требует для их питания 115…120 в и может включаться прямо в сеть. Выпрямитель такого приёмника собирается по однополупериодной схеме с удвоением напряжения (рисунок 12), причём нити всех ламп должны быть соединены в порядке, указанном на этой схеме, так как иначе один из кенотронов 30Ц1С будет иметь напряжение между нитью накала и катодом, превышающее допустимое. Схема бестрансформаторного питания приёмника с использованием двух кенотронов типа 30Ц1С показана на рисунке 12.

Для схемы с удвоением напряжения иногда удобно использовать кенотроны типа 6Ц5С (6Х5С). От выпрямителя с двумя такими кенотронами, с соединёнными между собой в каждом из них анодами, можно получить ток до 140 мА при достаточно высоком выпрямленном напряжении. Так как кенотроны типа 6Ц5С рассчитаны на ток накала 0,6А (при 6,3 В), то с целью экономичности питания накал их лучше всего производить от понижающего трансформатора. При наличии понижающего трансформатора с тремя изолированными обмотками, из которых две рассчитаны для питания кенотронов, а третья — для питания приёмно-усилительных ламп, можно применять для схем удвоения любые кенотроны. Все приведённые выше соображения действительны также и для схем с утроением и учетверением напряжения.

Селеновые столбики.  Вследствие того, что в селеновых выпрямительных элементах с уменьшением плотности тока возрастает их сопротивление в прямом и обратном направлениях и уменьшается соотношение между ними (что приводит к ухудшению выпрямительных свойств), при малых токах необходимо применять шайбы с соответственно малой площадью. С повышением температуры сопротивление селеновых выпрямительных элементов падает (отрицательный коэффициент сопротивления), в связи с чем уменьшаются потери и повышается к.п.д. выпрямителя. При постройке выпрямителей с селеновыми элементами следует ещё учитывать их подверженность старению. С течением времени, особенно в процессе эксплуатации, сопротивление таких элементов в прямом направлении растёт, растут также потери в них и увеличивается их нагрев. По истечении 1000 — 2000 часов работы сопротивление выпрямительного элемента увеличивается настолько, что падение напряжения на нём возрастает на 20-25%, а в отдельных случаях и на 50%. Последующая эксплуатация вызывает лишь незначительное увеличение сопротивления, и нормальный срок службы выпрямительных шайб достигает 10000 — 20000 час. Повышение прямого сопротивления наблюдается также и в неработающих селеновых элементах, хранящихся при комнатной температуре. При работе в условиях низких температур мощность, отдаваемая селеновым выпрямителем, падает. Так, при температуре минус 40° С мощность, отдаваемая выпрямителем, падает на 25% относительно мощности, отдаваемой при температуре плюс 20° С. Чем выше температура выпрямительной шайбы, тем меньшая допускается плотность тока. Если, например, при температуре окружающего воздуха плюс 35° С допустимую плотность тока принять за номинальную, то при повышении температуры, например до плюс 70° С, плотность тока не должна быть выше 20% от номинальной. Кратковременная работа селеновых шайб при температурах до плюс 80-85° С не влечёт за собой немедленной их гибели, но длительная работа при таких температурах может вызвать усиленное старение, а в связи с этим — дальнейшее повышение температуры шайб и выход их из строя. Селеновые выпрямители хорошо выносят кратковременные перегрузки. Так, 15-кратная перегрузка в течение 3 сек., 8-кратная перегрузка в течение 10 сек. и 4-кратная перегрузка в течение 50 сек., повторяемые многократно с часовым перерывом для охлаждения, никаких изменений в шайбах не вызывают. Даже случайный пробой селеновой шайбы не всегда ведёт к её гибели, так как расплавленный селен, имеющий высокое удельное сопротивление, изолирует пробитое место. Однако, если при этом успеет расплавиться также и верхний электрод, изготовляемый из легкоплавкого сплава, то может произойти короткое замыкание шайбы, что приведёт её в негодность. В случае выхода из строя селеновых столбиков, а также при применении столбиков, бывших в употреблении, когда необходима их переборка, нужно просмотреть исправность верхних электродов всех шайб и проверить их годность по отсутствию короткого замыкания и наличию выпрямляющего действия. Проверка производится в цепи постоянного тока, в которой определяется прямой и обратный ток через шайбу (более подробно это описывается ниже).Минимальное количество шайб в столбиках каждого звена схемы умножения, рассчитанной на работу от электросети 127 составляет 13 шт., а при напряжений сети 220 в — 22 шт. Увеличение их числа на 15-25% допустимо и даже желательно в случае, когда применяются шайбы, б/у.

Накапливающие ёмкости. Наряду с выпрямительными элементами, другими основными частями всех выпрямителей с умножением напряжения являются конденсаторы, накапливающие электрические заряды и позволяющие их суммировать. Поэтому для обеспечения нормальных условий работы применяемых конденсаторов важно знать особенности их работы в различных цепях схемы. Как известно, электролитические конденсаторы, получившие в выпрямителях с умножением напряжения преимущественное применение, могут работать только в цепях постоянного или пульсирующего тока (если пульсации не превышают определённых, для каждого типа конденсаторов значений). Действующее рабочее напряжение на конденсаторе складывается из постоянного напряжения и амплитуды напряжения пульсаций. В древние времена выпускали несколько типов электролитических конденсаторов с различными рабочими напряжениями (от 8 до 500 в) и ёмкостями (от 2 до 5000 мкФ). Наибольшее распространение в массовой радиовещательной аппаратуре и радиолюбительской практике получили конденсаторы типов КЭ-1, КЭ-2 и КЭ-3. По допуску рабочей ёмкости эти конденсаторы относятся к деталям V класса; отклонение их действительной ёмкости от указанною на этикетке может колебаться в пределах от +50% до -20%. По допуску рабочих температур они делятся на две группы: морозостойкие (группа М) с интервалом рабочих температур от -40 до +60° С и особо морозостойкие (группа ОМ) с интервалом рабочих температур от -60° до +60°. Последняя группа широкого распространения не получила. Ёмкость электролитических конденсаторов сильно зависит от температуры. Так, например, при понижении температуры до -40° С ёмкость конденсаторов уменьшается примерно на 50%, а при повышении температуры до +60° С — возрастает примерно на 30% по сравнению с ёмкостью при температуре 15-20° С. Номинальный ток утечки у электролитических конденсаторов оказывается тем большим, чем больше их ёмкости и выше рабочее напряжение. У конденсаторов ёмкостью 10-30 мкф при напряжении 300-500 в ток утечки составляет обычно 1-2 мА, а у конденсаторов большей ёмкости (2000 мкф и больше) он достигает 10 мА и даже больше. Особо морозостойкие конденсаторы (группа ОМ) имеют ток утечки на 25% меньший, чем аналогичные конденсаторы группы М. При повышении рабочей температуры конденсатора ток утечки также повышается. При длительном хранении электролитических конденсаторов происходит высыхание электролита, в результате чего конденсаторы теряют ёмкость и становятся негодными. Выбирая электролитические конденсаторы для выпрямителей с умножением напряжения, особое внимание следует обращать на параметр, определяющий их нормальную работу в цепях, содержащих переменную составляющую выпрямленного напряжения. В таблице приведено (в процентном отношении к постоянному напряжению на конденсаторе) допустимое значение амплитуды переменной составляющей для электролитических конденсаторов различной ёмкости и различного номинального рабочего напряжения. Превышение указанных величин приводит к нагреву конденсатора, увеличению тока утечки и, в конечном результате, к его гибели. Амплитуда переменной составляющей напряжения на конденсаторе не должна превышать (в зависимости от его ёмкости и допустимого рабочего напряжения) 6-25% постоянного напряжения, причём повышенное значение пульсаций допускают конденсаторы группы ОМ. Необходимо отметить выгодность применения вместо одного конденсатора большой ёмкости двух или нескольких конденсаторов меньшей ёмкости, соединённых параллельно. Такая группа допускает больший процент пульсаций. Металлический корпус конденсатора чаще всего является его электродом, присоединяемым к минусу электрической цепи. В этом случае для включения конденсаторов в описанные выше схемы выпрямителей корпус каждого из них следует надёжно изолировать, чтобы избежать контакта с шасси, другими конденсаторами или деталями схемы. Устанавливать конденсаторы можно в любом положении, но не следует крепить их при монтаже за контактные выводы. В описании схем мы указывали рабочие напряжения на каждом конденсаторе, а также коэффициент пульсации, который служит исходной величиной для расчёта элементов фильтра на выходе выпрямителя. Самым тяжёлым участком для электролитических конденсаторов по причине высокого уровня переменной составляющей является место включения конденсатора С1 в схемах рисунок 1б, 3, 7 и 9, а также конденсаторов С1 и С2 в схеме рисунок 5. При больших мощностях, снимаемых с выпрямителя, амплитуда переменной составляющей на этих конденсаторах может достигать 30-35% постоянного напряжения (при ёмкости конденсатора 50 мкФ). Такое высокое процентное содержание переменной составляющей недопустимо, поэтому ёмкость конденсатора в таких случаях приходится брать в два раза больше указанной. Процентное значение пульсации при этом снижается больше чем в два раза, так как постоянная составляющая несколько возрастает. Лучше всего на этих участках схемы применять конденсаторы группы ОМ, соединённые по нескольку штук параллельно. Во время работы выпрямителя нужно следить, чтобы конденсаторы не нагревались больше чем на 10-15° С температуры окружающего воздуха. В случае какого-либо нарушения нормальной работы выпрямителя следует первым делом проверять исправность этих конденсаторов. Все остальные электролитические конденсаторы, включаемые в другие участки схемы, работают в спокойном режиме, так как процент пульсации на них не выходит за допустимые пределы. При малых мощностях выпрямителей, когда сопротивление нагрузки велико и ёмкости конденсаторов могут быть небольшими, пригодны к применению бумажные конденсаторы. В этом случае все приведённые выше опасения отпадают. При последовательном соединении конденсаторов процент пульсации на каждом из них остаётся прежним, так как напряжения постоянной и переменной составляющих соответственно перераспределяется. Чтобы это распределение было равномерным, каждый конденсатор нужно шунтировать высокоомным сопротивлением (порядка 0,1 — 0,2 мОм).

В заключение приведено описание бестрансформаторного выпрямителя с учетверением напряжения, рассчитанного для питания анодных цепей радиолюбительского телевизора, потребляющего ток около 150 мА при напряжении свыше 400 в. Выпрямитель может включаться в сеть переменного тока с напряжением 110-127 или 220 в. Из всех приведённых выше схем выпрямителей с умножением напряжения самой подходящей для выпрямителя такой мощности является симметричная схема с учетверением напряжения (рисунок 5). При составлении окончательной рабочей схемы предусмотрена возможность переключения его на питание от сети с напряжением 220 в. В этом случае выпрямитель работает по двухполупериодной схеме, но не с учетверением, а только с удвоением напряжения (рисунок 1, а). Полная схема выпрямителя приведена на рисунке 13.

Переключение на питание от электросети 120 или 220 в, производится перестановкой специальной колодки в ламповой панельке. Чтобы легче разобраться в схеме переключения, соединения в ламповой панельке при питании от сети 120 в показаны на рисунок 13 сплошными стрелками, а при питании от сети 220 в — пунктирными линиями. При включении выпрямителя в сеть напряжением 220 в конденсаторы С1 и С2 отключаются. Отдельно от схемы выпрямителя на рисунок 13 изображена схема соединений в переключающей колодке (вид со стороны штырьков), которая изготовляется из октального цоколя от негодной радиолампы. В переключаемой панельке для направляющего ключа колодки (цоколя от радиолампы) против имеющегося в ней паза прорезается второй паз.

Сглаживание выпрямленного напряжения осуществляется однозвенным ёмкостно-дроссельным фильтром (С5, Др1) с коэффициентом фильтрации около 30. Выпрямитель собран на металлическом шасси размером 185х130х70 мм. Вид собранного выпрямителя показан на рисунок 14. На верхней панели шасси расположены два селеновых столбика, содержащие каждый по 26 шайб с выводами от середины. Все шайбы в столбиках собираются в одну сторону. Столбики устанавливаются на шасси рядом, так чтобы их крайние шайбы были разной полярности (в этом случае соединяющий их провод будет самым коротким). Количество шайб в столбиках выбрано минимальным. Если имеются запасные шайбы, число их в каждой половине столбика следует увеличить до 15-16 шт. Сборка селеновых столбиков должна проводиться весьма тщательно и сопровождаться проверкой годности селеновых шайб с помощью омметра или пробника, составленного из батареи с напряжением 5-10 в и низкоомного вольтметра, к которым последовательно подключается испытуемая селеновая шайба. Показания прибора должны резко отличаться (в 15-20 раз) при изменении полярности подключения шайбы. При меньшем изменении показаний прибора испытуемую шайбу надо считать негодной, и ставить её в столбик нельзя. После такой проверки необходимо тщательно очистить от коррозии и краски селеновые, пружинные и разделительные шайбы, а также выводные контакты в местах их соприкосновения друг с другом. Чистку рекомендуется производить тонкой наждачной бумагой и тряпочкой, смоченной в ацетоне или амилацетате (грушевая эссенция). Собранные столбики должны быть крепко стянуты гайками стяжных болтов, которые необходимо надёжно изолировать соответствующими изоляционными трубками и шайбами от токонесущих деталей. Эту работу необходимо проделать особо внимательно, ибо плохие контакты и слабая стяжка вызывают увеличение внутреннего сопротивления столбика и приводят к уменьшению выпрямленного тока, перегреву (селеновые столбики допускают нагрев до 70-75° С) и искрению (искрение создаёт помехи как для питающихся от этого выпрямителя радиотехнических устройств, так и для других радиотехнических устройств, расположенных поблизости). Кроме двух выпрямительных столбиков, на верхней панели шасси расположено проволочное сопротивление R = 10…12 Ом с мощностью рассеяния не менее 5 Вт. Оно берётся готовым или изготовляется из нихромового провода диаметром 0,5 мм и длиной около 2 м. Провод для сопротивления можно намотать на готовом керамическом каркасике от сопротивления типа ВС-5,0. Сопротивление R ограничивает пусковой ток, достигающий без него значительной величины (что приводит к обгоранию контактов выключателя, к сильным помехам при включении электросети и т. п.). Все остальные детали выпрямителя размещены внутри шасси, причём выключатель Вк и выходные зажимы выведены на одну боковую панель, а предохранитель Пр, шнур и панелька переключения питания — на другую (противоположную). Конденсаторы и дроссель ставят на свободные места.

Все конденсаторы в выпрямителе — электролитические типа КЭ-1 (диаметром 26 мм и высотой 60 мм). Для изоляции конденсаторов из тонкого прессшпана склеиваются цилиндры, которые затем пропитываются парафином и надеваются на корпусы конденсаторов. Корпусы конденсаторов можно также оклеить 2-3 слоями лакоткани или обмотать изоляционной лентой. Все это необходимо для изоляции корпусов конденсатора друг от друга, а также от шасси и других деталей, к которым они прикасаются. Надёжность изоляции конденсаторов весьма важна, так как нарушение её может привести к выходу выпрямителя из строя. Если дорого применять электролитические конденсаторы нужной ёмкости, то можно вместо одного поставить два или три конденсатора меньшей ёмкости, соединённых параллельно. Важно лишь, чтобы их суммарная ёмкость и рабочее напряжение были не менее указанных на схеме. Для конденсаторов С1 и С2, работающих при значительной величине переменной составляющей, применение группы параллельно соединённых конденсаторов более желательно. Указанная на схеме ёмкость этих конденсаторов минимальная. Её лучше увеличить до 100 мкФ. Дроссель Др1 содержит 2500-3000 витков провода ПЭВ 0,3-0,35. Сопротивление его обмотки равно 70-100 Ом, а индуктивность — порядка 4 Гн. Сердечник дросселя сечением 6 см2 состоит из готовых пластин типа Ш-20 и собран с зазором 0,5 мм. Монтаж выпрямителя выполняют навесным. Детали прикрепляют к шасси и соединяют в соответствии со схемой хорошо изолированным проводом не тоньше 1 мм. Электролитические конденсаторы располагают возможно дальше от нагревающихся деталей (селеновых столбиков и сопротивления R). При монтаже нужно внимательно следить за правильностью соединения полярности селеновых столбиков и электролитических конденсаторов. Правильно собранный выпрямитель ни в каких регулировках не нуждается и работает устойчиво и надёжно. Перед включением выпрямителя необходимо убедиться в том, что к его выходным зажимам приключена соответствующая нагрузка. Отсутствие ее может привести к пробою конденсаторов, так как без нагрузки напряжение на выходе выпрямителя достигает 700 в.

Прямое заземление какого-либо полюса в выпрямителе или в питаемых от него приборах не допускается; землю можно присоединять только через конденсатор ёмкостью 0,1-0,25 мкф. Испытание выпрямителя показало его хорошие эксплуатационные качества. Как видно из нагрузочной характеристики (рисунок 15), снятой в условиях реальной работы выпрямителя (на выходе фильтра), в схеме с учетверением напряжения (от электросети 127 в) он дает с нагрузкой 3000 Ом выпрямленное напряжение 450 в при токе 0,15 А, а при переключении на схему с удвоением (от электросети 220 в) — напряжение 475 в при токе 0,158 А. При указанной нагрузке отдаваемая выпрямителем мощность. составляет 70-75 Вт, а потребляемая мощность от электросети — 90…100 Вт. Таким образом, к.п.д. всего устройства оказывается довольно высоким (около 75%). Следует заметить, что в схеме с удвоением напряжения селеновые столбики оказываются в более выгодном режиме работы, так как при этой схеме выбранные размеры селеновых шайб допускают ток 0,3 А, тогда как в схеме с учетверением выпрямленный ток не должен быть выше 0,15 А.

Нагрузочные характеристики универсального бестрансформаторного выпрямителя показаны на рисунке 15. Кривая I — для схемы с учетверением напряжения; II — для схемы с удвоением напряжения. Наряду со снятием нагрузочной характеристики были определены значения коэффициента пульсаций при нагрузке выпрямителя сопротивлением 3000 Ом. Измерения показали, что коэффициент пульсации на входе фильтра составляет 6%, а на выходе — около 0,2%. Эти величины мало зависят от того, работает ли выпрямитель от сети напряжением 127 или 220 в. Такая величина пульсации допустима при питании выходных ступеней усилителей низкой частоты. Для питания других ступеней усилителей и приёмников, а также видеоусилителей и генераторов развёрток телевизоров к выпрямителю необходимо подключить дополнительные фильтры. Ввиду того что выпрямленное напряжение, даваемое выпрямителем, достаточно высоко, дополнительную фильтрацию можно осуществить включением в соответствующие цепи реостатно-ёмкостных фильтров. Можно, конечно, сделать и ещё одну ячейку дроссельно-ёмкостного фильтра. Опыт работы с бестрансформаторными выпрямителями, собранными по схемам с умножением напряжения, показывает рациональность их применения. Поэтому подобные выпрямители вполне можно рекомендовать для широкого использования их в радиолюбительской практике.   Автор статьи Дольник А.Г.,1952 год.  По материалам сети публикацию подготовил

          Евгений Бортник, Красноярск, Россия, март 2018

Что такое двойное напряжение? Определение, полуволновой удвоитель напряжения, двухполупериодный удвоитель напряжения, преимущества, недостатки и области применения Voltage Double

Определение : Схема умножителя, которая генерирует выходное напряжение постоянного тока, амплитуда которого в два раза превышает максимальную амплитуду входного напряжения переменного тока, известна как Удвоитель напряжения . Схема показывает свою необходимость во всех таких приложениях, где требуется высокий уровень напряжения, когда входной источник имеет низкую амплитуду.

Здесь само название указывает, что он генерирует напряжение, имеющее пиковое значение, вдвое превышающее пик на входе на выходе.

Цепи удвоителя напряжения

в основном характеризуются как:

Давайте сначала разберемся с полуволновым удвоителем напряжения.

Полуволновой удвоитель напряжения

На рисунке ниже показана схема полуволнового удвоителя напряжения:

Схема состоит из двух диодов D 1 и D 2 , двух конденсаторов C 1 и C 2 и источника переменного напряжения.Это входное переменное напряжение удваивается схемой, и на выходе достигается сигнал постоянного тока двойной амплитуды.

Давайте теперь разберемся, как это происходит:

При подаче положительной половины входного сигнала диод D 1 смещается в прямом направлении. Из-за этого он ведет себя как короткое замыкание и через диод течет ток. Этот ток заряжает конденсатор C 1 до пикового значения приложенного входного сигнала.

В то же время положительная половина входного сигнала смещает диод D 2 в обратном направлении.Из-за этого ток не проходит через эту часть цепи. Следовательно, C 2 не взимается.

Из-за отсутствия обратного пути для тока, заряд конденсатора C 1 не разряжается. Следовательно, C 1 сохраняет заряд из-за своей способности накапливать энергию.

При подаче отрицательной половины входного сигнала диод D 2 выходит в прямом смещении, хотя D 1 падает в обратном смещении.

Из-за обратного смещения D 1 конденсатор C 1 не заряжается. Однако конденсатор C 1 теперь разрядится. В то время как C 2 заряжается из-за прямого смещения диода D 2 .

Конденсатор C 2 , присутствующий в цепи зарядов, будет заряжаться, но с удвоенным пиком приложенного входного напряжения, то есть 2 В м . Это происходит потому, что напряжение разряда конденсатора C 1 и приложенное входное напряжение складываются.

Следовательно, создается напряжение, которое в два раза превышает пиковое значение приложенного входного напряжения, то есть 2 В м . Теперь заряд конденсатора разряжается через нагрузку. Следовательно, достигается выход постоянного тока с пиком 2 В м .

В случае полуволнового удвоителя напряжения следует иметь в виду, что выходная мощность не увеличивается быстро. Но с каждым применяемым входным циклом он медленно увеличивается.

Другой фактор заключается в том, что конденсатор C 2 заряжается просто за половину цикла.Таким образом, разрядное напряжение состоит из частоты пульсаций (нежелательных колебаний), которая эквивалентна частоте подачи подаваемого входного сигнала.

На рисунке ниже показаны формы входных и выходных сигналов полуволнового удвоителя напряжения:

Давайте теперь разберемся с двухполупериодным удвоителем напряжения.

Двухполупериодный удвоитель напряжения

На рисунке ниже показана схема двухполупериодного удвоителя напряжения:

Схема имеет источник переменного тока, два конденсатора C 1 и C 2 и два диода D 1 и D 2 .

Давайте посмотрим на работу схемы:

Когда подается положительная половина питания, диод D 1 смещается в прямом направлении. Это прямое напряжение заряжает конденсатор C 1 до максимального значения приложенного входного напряжения V m .

В этом конкретном цикле D 2 смещается в обратном направлении, в результате чего через него не протекает ток. Следовательно, конденсатор C 2 заряжаться не будет.

При подаче отрицательного полупериода сигнала диод D 2 будет смещен в прямом направлении.Однако теперь D 1 перейдет в состояние обратного смещения. Из-за прямого смещения, приложенного к D 2 , ток, протекающий по цепи, будет заряжать конденсатор C 2 до V m . Однако конденсатор C 1 на этот раз не будет заряжен из-за обратного смещения D 1 .

Поскольку два конденсатора образуют последовательное соединение. Таким образом, достигнутый результат составит V m + V m , то есть 2V m . Однако при наличии нагрузки этот выходной сигнал будет немного меньше, чем в состоянии холостого хода (2V m ).

На рисунке ниже показаны формы волны на входе и выходе двухполупериодного удвоителя напряжения:

Преимущества удвоителя напряжения

  • Это исключает использование трансформатора высокого напряжения. Поскольку он изменяет низкое напряжение на высокое с низкой скоростью.
  • Умножение напряжения может быть значительно увеличено за счет каскадирования таких цепей.

Недостатки удвоителя напряжения

  • Имеющийся выходной сигнал имеет нежелательные колебания, называемые рябью.

Применение удвоителя напряжения

Удвоители напряжения широко используются в электронно-лучевых трубках, в рентгеновских и радиолокационных системах наряду с подсветкой ЖК-дисплеев, в лазерных системах, осциллографах и т. Д.

Схема удвоителя напряжения постоянного тока

с использованием таймера 555 IC

Учебное пособие по созданию схемы удвоителя напряжения постоянного тока на макетной плате с использованием таймера 555, диодов и конденсаторов. Эта схема принимает постоянное напряжение от 5 до 15 В и выдает удвоенное входное напряжение на выходе.Например, если входное напряжение составляет 12 В, напряжение на выходе этой схемы будет примерно 24 В.

Объяснение того, как работает эта схема, также включено в эту статью.

Необходимые компоненты

  • 555 ИС таймера
  • Диоды: 2 x (1N4004 / 1N4148)
  • Конденсаторы: 2 x 22 мкФ, 1 x 1 нФ (с маркировкой 102 или 0,001 мкФ)
  • 33K Резистор
  • Макетная плата
  • Разъемы макетной платы
  • (5-15) В Источник питания

Принципиальная схема

Устройство и работа схемы

Термины и понятия, используемые в этом объяснении:

  • Положительная шина — это (+) источника питания.Точно так же отрицательная шина — это (-) или 0 В источника питания.
  • Диод пропускает ток только в одном направлении. Более конкретно, он позволяет току течь только тогда, когда напряжение на p-выводе диода больше, чем на n-выводе, на определенное значение (названное как напряжение смещения ~ 0,7 В)

Таймер 555 IC, в сочетании с конденсатором 1 нФ и резистором 33 кОм, выдает прямоугольный сигнал на выходе, то есть на выводе 3. Прямоугольная волна означает, что сигнал постоянно чередуется между положительным и отрицательным напряжением.Например, если входной источник питания составляет 6 В, напряжение на выходе микросхемы таймера 555 какое-то время будет на уровне 0 В, затем изменится и какое-то время останется на уровне 6 В, вернется к 0 В и так далее.

Теперь мы добавили конденсатор 22 мкФ, отрицательный вывод которого подключен к выходу микросхемы таймера 555, а положительный вывод подключен к положительной шине через диод. Логика, лежащая в основе этой схемы, такова:

Когда на выходе микросхемы таймера 555 установлено значение 0 В (отрицательное напряжение), конденсатор емкостью 22 мкФ заряжается через диод.Напряжение, до которого заряжается этот конденсатор, равно напряжению питания минус напряжение прямого смещения диода, которое примерно равно положительному напряжению источника питания.

Когда на выходе микросхемы таймера 555 находится положительное напряжение, напряжение на конденсаторе 22 мкФ будет последовательно с напряжением на выходе микросхемы таймера 555.

Поскольку два последовательно соединенных источника напряжения складываются, напряжение на другом конце конденсатора 22 мкФ будет равно напряжению на выходе таймера 555 IC + напряжение на конденсаторе.А поскольку напряжение на выходе микросхемы таймера 555, а также напряжение на конденсаторе 22 мкФ равны положительному напряжению источника питания, конечное напряжение будет вдвое больше входного напряжения. Кроме того, поскольку напряжение на n-переходе диода больше, чем на p-переходе, ток не течет обратно на положительную шину питания.

Итак, теперь у нас есть напряжение, которое примерно вдвое превышает входное. Добавлен еще один p-n диод, чтобы ток не протекал обратно к конденсатору от выходной нагрузки.В конце подключается конденсатор емкостью 22 мкФ для сглаживания выходного сигнала.

Вышеупомянутые конденсаторы и диоды называются накачкой заряда конденсаторов.

Дальнейшие улучшения

Мы можем каскадировать схему диод-конденсатор на выходе микросхемы таймера 555 для генерации гораздо более высоких напряжений. Полученная схема называется схемой умножителя напряжения. Он выдает определенное время входного напряжения в качестве выходного напряжения. Коэффициент, на который выходное напряжение больше входного, определяется количеством каскадов используемых блоков накачки конденсатор + диод.

Я скоро сделаю еще один урок по этому поводу. Быть в курсе.

Приложения

  • Удвоители напряжения используются в микроволновых печах, где требуются напряжения порядка нескольких тысяч и использование трансформаторов нецелесообразно.
  • они используются для генерации напряжений, которые генерируют сильные электрические поля в электронно-лучевых трубках
  • В цепях с питанием от источников низкого напряжения

Если у вас есть какие-либо вопросы / предложения, не стесняйтесь размещать их в разделе комментариев к этому видео : Схема удвоителя напряжения постоянного тока с использованием таймера 555 IC

Цепь удвоителя напряжения на диоде

с объяснением схемы удвоения напряжения на три и четыре раза

Схема удвоителя напряжения на диоде

— это электронная схема для увеличения пикового напряжения без использования трансформатора с помощью зажимного действия.Самые распространенные умножители напряжения — двойные, тройные и учетверенные.

Схема полуволнового удвоителя напряжения

Напряжение падает в первом полупериоде, а во втором полупериоде уровень напряжения снова удваивается, поэтому его называют полуволновым удвоителем напряжения. В полуволновом удвоителе напряжения используются два диода и два конденсатора.

Положительный полупериод

Во время положительного полупериода диод D1 смещен в прямом направлении, заряжая конденсатор C1 до пикового напряжения источника питания V s .Если диод D2 смещен в обратном направлении и в конденсаторе C2 отсутствует зарядный ток.

Применение KVL к петле

$ V_ {m} -V_ {c1} -0.7 = 0 $
$ V_ {m} = V_ {c1} + 0,7 $
$ V_ {m} \ приблизительно V_ {c1} $

Отрицательный цикл:

В течение отрицательного полупериода диод D1 смещен в обратном направлении, и через конденсатор C1 не протекает зарядный ток. Если диод D2 смещен в прямом направлении, а зарядный ток течет в конденсаторе C2. Зарядный ток конденсатора C2 будет следовать следующему циклу.

Применение KVL в петле даст нам

$ V_ {m} -V_ {c2} -0.7 + V_ {c1} = 0 $

As $ V_ {c1} \ приблизительно V_ {m} $, положив это в уравнение

$ V_ {m} -V_ {c2} -0.7 + V_ {s} = 0 $
$ V_ {c2} = V_ {m} -0.7 + V_ {s} $

Если нагрузка подключен к выходу, конденсатор C2 разряжается в течение положительного полупериода, а затем он снова заряжается в предстоящем отрицательном цикле.

Двухполупериодный удвоитель напряжения:

В двухполупериодной схеме удвоителя напряжения уровень напряжения поддерживается вдвое в обоих полупериодах.В нем используются два конденсатора и два диода немного другой конфигурации.

Положительный полупериод

Во время положительного полупериода диод D1 проводит и заряжает конденсатор C1 до напряжения питания. Если диод D2 смещен в обратном направлении и через конденсатор C2 не протекает ток.

Двухполупериодная схема удвоителя напряжения

Отрицательный полупериод

Во время отрицательного полупериода диод D1 смещен в обратном направлении, и через конденсатор C1 не протекает ток.Кроме того, диод D2 смещен в прямом направлении, а конденсатор C2 заряжается до напряжения питания.

Если к выходным клеммам не подключена нагрузка, то напряжение будет вдвое выше пикового входного напряжения. В случае подключенной нагрузки уровень напряжения конденсатора C1 упадет ниже входного пикового напряжения во время отрицательной половины, а уровень конденсатора C2 упадет в течение положительного полупериода. Пиковое обратное напряжение для обоих удвоителей напряжения составляет 2 Вм.

Схема тройного и учетверенного напряжения

Учетверитель и тройник напряжения являются продолжением удвоителя напряжения и увеличивают уровень напряжения в три и четыре раза соответственно.По запросу набор конденсаторов и диодов может повысить уровень напряжения.

Заключение:

  • Умножители напряжения — это электронная схема для увеличения пика напряжения в несколько раз
  • Удвоитель, утроение и учетверение напряжения увеличивает пики напряжения в два, три и четыре раза соответственно

Цепь удвоителя напряжения от 12 В до 24 В


Обзор

Вот схема удвоителя напряжения от 12 В до 24 В. Схема требуется, когда нам нужен источник постоянного тока высокого напряжения от входного источника низкого напряжения.Например, если у вас аккумулятор 12 В и от него нужно питание 24 В, то эта схема вам поможет. Вам не нужно внедрять новый источник питания, просто вы можете использовать схему удвоителя напряжения.

Эта схема, показанная ниже, обеспечивает питание постоянного тока высокого напряжения от источника переменного тока низкого напряжения.


Необходимые компоненты

Ниже приведены компоненты, необходимые для схемы.

1. Понижающий трансформатор 230 В переменного тока в 12 В переменного тока / 1 А
2.1N4007 Модуль мостового выпрямителя — 4
3. Электролитический конденсатор 2200 мкФ — 2
4. Электролитический конденсатор 4700 мкФ — 1
5. Соединительные провода


Цепь удвоителя напряжения от 12 В до 24 В

Здесь мы взяли питание 12 В переменного тока от понижающего трансформатора и преобразовали его в питание постоянного тока с помощью мостового выпрямителя. Напряжение подается на пару последовательно соединенных электролитических конденсаторов 2200 мкФ. Затем выход снова подается на конденсатор
4700uF.


Работа контура

Этот удвоитель напряжения обеспечивает высокое напряжение путем зарядки и разрядки высококачественного электролитического конденсатора.Чтобы начать проектирование схемы, вам нужно сначала определить входное и выходное напряжение. Затем, используя приведенные ниже формулы, мы можем рассчитать номинал электролитических конденсаторов.

где,
Vr = пульсирующее напряжение
I = ток нагрузки
t = полупериод

Помимо всего этого, существует множество других методов для расчета емкости конденсатора цепи удвоителя напряжения. Результатом удвоения напряжения будет 2Vin, что в два раза больше входного напряжения. Конденсаторы C1 и C2 заряжаются как в положительном, так и в отрицательном цикле, а затем его разрядное напряжение заставляет C3 заряжаться выше входа источника постоянного тока, и это проявляется на выходной нагрузке в виде 2Vin как двойное напряжение.


Моделирование цепей и вывод

Мы смоделировали схему в Proteus и получили требуемый результат, как показано на скриншоте ниже. Входное напряжение увеличилось вдвое.

Вы также можете проверить эту схему: Цепь инвертора от 12 В до 220 В переменного тока

Усилитель / умножитель напряжения постоянного тока

— Codrey Electronics

Вам нравится идея высоковольтных электронных устройств искрообразования, но у вас нет времени или терпения, чтобы изучить сложную теорию? Это простое руководство, которое поможет вам легко и дешево выполнить множество проектов с высоковольтным оборудованием.Поскольку концепция предполагает создание слаботочного источника высокого напряжения постоянного тока, прежде всего позвольте мне представить вам усилители / умножители постоянного напряжения.

Усилитель / умножитель напряжения

Традиционные и все еще широко используемые усилители / умножители постоянного напряжения основаны на простой двухчастной диодно-конденсаторной выпрямительной сети. Чтобы понять его основную работу, мы можем начать со следующей базовой схемы:

В приведенной выше схеме источника питания постоянного тока полуволнового выпрямителя (слева) на вход подается 230 В переменного тока, и схема выдает положительное выходное напряжение 325 В, что просто равно пиковому положительному значению вторичного напряжения трансформатора.На следующем рисунке (справа) вы можете увидеть традиционную схему умножителя напряжения, состоящую из двух частей, которая дает положительное выходное напряжение 650 В от входа переменного тока 230 В, обеспечиваемого вторичной обмоткой трансформатора. Обратите внимание, что здесь пиковое выходное значение формы волны равно размаху входного напряжения переменного тока, а конечное выходное напряжение постоянного тока равно размаху размаха (а не пиковому значению) входного переменного тока. напряжение (фактически сумма размаха и общего опорного напряжения).

Хотя мы можем улучшить эту идею, чтобы получить более высокий выход, увеличив уровень опорного напряжения, есть серьезный недостаток. Когда мы соединяем несколько базовых схем, чтобы получить различные значения выходного напряжения, каждая секция генерирует отдельный выходной сигнал, в то время как выход первой секции действует как эталонное напряжение второй секции и так далее. Это создает заминку, поскольку нам нужны дорогостоящие конденсаторы с абсолютным минимальным номинальным напряжением, соответствующим напряжению на выходе и шинах заземления занятой секции.Это довольно умозрительно и непрактично!

Простое решение — попробовать его с веселой схемой умножителя напряжения «Кокрофт-Уолтон» (см. Следующий рисунок). Обратите внимание, что 10-ступенчатая версия этой модели при питании от входа 230 В переменного тока даст выход постоянного тока более 6000 В (6 кВ), но для компонентов, используемых на каждой ступени, требуется минимальное номинальное напряжение менее 1000 В (1 кВ). .

Схема умножителя напряжения «Кокрофта-Уолтона»

Просмотры своими руками

Ниже показан быстрый и простой способ построить схему генератора высокого напряжения, чтобы получить некоторый опыт.Он основан на значениях компонентов на основе того, что у меня было в наличии, и есть много возможностей для дальнейших испытаний (количество используемых секций будет определять окончательное выходное напряжение). Однако убедитесь, что компоненты могут безопасно работать с необходимыми уровнями напряжения. Конденсаторы в идеале должны быть керамического типа на 2 кВ (обычные значения — 1 нФ, 10 нФ и 100 нФ), и каждый диод должен иметь напряжение значительно ниже рекомендованного номинала.

Верхняя часть рисунка представляет собой принципиальную схему блока умножителя напряжения Кокрофта-Уолтона (CW), а нижняя часть изображает цепь источника переменного напряжения.В этом разделе силовой МОП-транзистор (T1) используется для управления повышающим трансформатором (X1), но для него требуется импульсный вход (~ 500 Гц) от внешнего источника. Любой микроконтроллер или уважаемая микросхема таймера 555 может быть сконфигурирована для работы в качестве генератора импульсов для управления мощным МОП-транзистором. Попробуйте…

Уловка, используемая здесь, состоит в том, чтобы управлять повышающим трансформатором с выхода низковольтного генератора (генератора прямоугольных импульсов с свободным ходом), который может обеспечить необходимое высокое напряжение переменного тока на своей выходной обмотке.Результирующее переменное напряжение затем можно легко умножить с помощью механизма умножения напряжения Кокрофта-Уолтона. Имейте в виду, что выходной импеданс умножителя напряжения Кокрофта-Уолтона довольно высок, и, следовательно, он может воспроизводить только небольшие выходные токи. Ниже вы можете увидеть схему генератора импульсов, использованную для моего испытания прототипа.

Схема генератора импульсов

Посмотрите откровенный снимок с моего рабочего места, пока я тестировал прототип макета,

и наращивание удвоителя напряжения (с конденсаторами <1 нФ)

Предупреждение: Несмотря на то, что представленные здесь эксперименты в моей лаборатории прошли безупречно, я не могу нести ответственность за какие-либо ошибки, которые могут произойти с вами или вашими приборами при чтении этой статьи.Будьте готовы к опасным последствиям и аварийным ситуациям!

Работают схемы удвоителя напряжения постоянного тока и умножителя напряжения

Давайте изучим схему умножителя напряжения или схемы удвоителя напряжения. Почему? Представьте, что вам нужно несколько киловольт высокого напряжения. Для использования, например, лазеров, производства свежего воздуха, в промышленности, генераторах анионов и различных экспериментов, как ваше воображение.

Я изучил эти схемы с сетью переменного тока 120 В. В Северной Америке большая часть напряжения в стене составляет 120 В и частота 60 Гц.Другие страны аналогичны этому принципу.

У схем умножителя напряжения есть много способов. Но более безопасным способом является использование диодов и конденсаторов в качестве каскадных схем. Эта схема больше подходит для генератора постоянного тока высокого напряжения, чем для повышающего трансформатора.
Иногда мы можем использовать его на выходе низкого напряжения. Например,
преобразователь переменного тока в постоянный, 9 В переменного тока в 25 В постоянного тока. и т.д.

Каскадные удвоители напряжения

Сначала изучим схему полуволновых удвоителей напряжения. Некоторые называют схему каскадного удвоителя.

Вид:

В схеме 5 компонентов. Вы знаете, как это работает в каждой части? Даже базовый, но некоторые могут забыть.

  • Мы используем трансформатор T1 для изоляции различных частей цепи и защиты от поражения электрическим током.
  • Используйте диоды, чтобы установить направление электричества.
  • И используйте конденсаторы для кратковременного накопления энергии, как в батареях.

Вот пошаговый процесс:

Мы предполагаем, что оба конденсатора C1 и C2 находятся в режиме запуска до полного разряда.

Сеть переменного тока имеет синусоидальную форму. Первый шаг в половине цикла — это положительное напряжение.

Затем D1 передает это заряду в C1. Он хранит это напряжение около 170 В. Пиковое. Мы представляем это как одну батарею.

Но D2 не проводит ток. Потому что он становится предвзятым.

Разряжает С2 через R1 (Нагрузка).

Как правило, постоянный ток в 1,4 раза больше переменного тока. Итак,
AC = 120V
DC = 1,4 x 120V = 170V (168V)

В отличие от , когда вход представляет собой второй цикл, отрицательное напряжение.

D1 останавливает ток. Но вместо этого проводит Д2. И заставляет C2 заряжать это напряжение.

На R1 есть напряжение 340В.

Из-за этого напряжения В сочетании с напряжением C1. Они похожи на две параллельно включенные батареи. Таким образом, выходное напряжение 170 В плюс 170 В равняется 340 вольт.

Но эти схемы не годятся для работы с большим током нагрузки. Потому что это нерегулируемый источник питания, в котором слишком много шума.

Обычный удвоитель напряжения

Что еще? Мы можем использовать один диод и один конденсатор — это простейшая схема удвоителя напряжения.Может быть, вы используете это, даже не зная об этом.

Вид:

Три цепи — это нерегулируемый источник питания.

На самом деле, нам не нужно использовать трансформатор. Мы используем изолированный транзистор и понижаем напряжение переменного тока, чтобы изучить работу этой схемы.

Цепь A — положительный нерегулируемый источник питания. Для преобразования AC18V в + DC25V.
Цепь B — отрицательное напряжение. Он преобразует AC18V в -25V.
Обе схемы являются однополупериодными выпрямителями. Но имеют разную полярность диодов и конденсаторов.

Когда мы объединяем обе цепи в одну. Подключив ввод диодов. Получаем выходное напряжение примерно в 2 раза больше, чем при подключении 2 аккумуляторов. Это двухполупериодная схема удвоителя напряжения.

Или это цепь преобразователя 18VAC в 50V DC.

Мы назвали условную форму.

Вы поняли?

Пульсации на выходе можно уменьшить, используя больше емкостей C1 и C2.

Не только это.

Очевидно, двухполупериодный лучше. Также для этого можно использовать мостовой выпрямитель.

Мостовой удвоитель цепи

Он более эффективен, чем обычные и каскадные удвоители. Потому что в качестве мостовых выпрямителей используются 4-диоды. Это простой в использовании.

Например, в приведенной выше схеме используется мостовой удвоитель от 120 до 340 В.

Простой преобразователь переменного тока в постоянный, 9 В переменного тока в 35 В постоянного тока
Это снова простой пример модели преобразователя переменного тока в постоянный. Измените 9 В переменного тока на 35 В постоянного тока с того момента, когда уже есть количество видимых в цепи. Меня только не использует базовое оборудование? может повысить электрическое давление.См. Детали на схеме.

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

Конструкция и анализ удвоителя напряжения

% PDF-1.4 % 1 0 obj> поток application / pdf Разработка и анализ удвоителя напряжения

  • Отчеты по применению
  • Texas Instruments, Incorporated [SNAA095,0]
  • iText 2.1.7, автор 1T3XTSNAA0952011-12-07T22: 31: 37.000Z2011-12-07T22: 31: 37.000Z конечный поток эндобдж 2 0 obj> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / Font >>> / MediaBox [0 0 540 720] / Contents [7 0 R 8 0 R 9 0 R 10 0 R] / Type / Страница / Родитель 11 0 R >> эндобдж 3 0 obj> поток

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *