Умножитель напряжения на диодах схема. Умножитель напряжения на диодах: принцип работы и схемы

Как работает умножитель напряжения на диодах и конденсаторах. Какие бывают схемы умножителей напряжения. Где применяются умножители напряжения. Как рассчитать умножитель напряжения.

Что такое умножитель напряжения и зачем он нужен

Умножитель напряжения — это электронная схема, которая преобразует переменное напряжение в постоянное напряжение большей величины. Основными компонентами умножителя напряжения являются диоды и конденсаторы.

Умножители напряжения применяются в тех случаях, когда необходимо получить высокое постоянное напряжение без использования трансформатора. Основные преимущества умножителей напряжения:

• Простота конструкции
• Малые габариты и вес по сравнению с повышающими трансформаторами
• Низкая стоимость
• Возможность получения очень высоких напряжений (сотни киловольт и выше)

Умножители напряжения широко используются в различных устройствах и оборудовании:

• Рентгеновские аппараты
• Ускорители заряженных частиц
• Высоковольтные источники питания
• Электронно-лучевые трубки
• Фотоумножители
• Лазерные установки
• Ионизаторы воздуха

Принцип работы умножителя напряжения

Принцип работы умножителя напряжения основан на поочередной зарядке конденсаторов в положительный и отрицательный полупериоды переменного напряжения. Рассмотрим работу простейшего удвоителя напряжения:

1. В отрицательный полупериод открывается диод D1 и заряжает конденсатор C1 до амплитудного значения входного напряжения Um.
2. В положительный полупериод открывается диод D2. Напряжение источника складывается с напряжением на C1, в результате конденсатор C2 заряжается до напряжения 2Um.
3. На выходе получаем постоянное напряжение, близкое к 2Um.

При добавлении дополнительных каскадов можно получить умножение входного напряжения в 3, 4 и более раз.

Основные схемы умножителей напряжения

Существует несколько основных схем умножителей напряжения:

Удвоитель напряжения

Простейшая схема, позволяющая получить на выходе напряжение, примерно в два раза превышающее амплитудное значение входного переменного напряжения.

Умножитель Кокрофта-Уолтона

Каскадная схема, позволяющая получить высокие напряжения при использовании низковольтных компонентов. Напряжение умножается на количество каскадов.

Умножитель Диксона

Схема с параллельным соединением конденсаторов. Обеспечивает меньшее выходное сопротивление по сравнению со схемой Кокрофта-Уолтона.

Умножитель Маркса

Импульсная схема, позволяющая получать очень высокие напряжения за счет параллельной зарядки конденсаторов и их последующего последовательного соединения.

Расчет умножителя напряжения

При расчете умножителя напряжения необходимо учитывать следующие параметры:

• Требуемое выходное напряжение
• Входное напряжение
• Ток нагрузки
• Допустимая пульсация выходного напряжения

Основные формулы для расчета:

1. Выходное напряжение без нагрузки: U_out = 2nU_m, где n — число каскадов, U_m — амплитуда входного напряжения
2. Падение напряжения под нагрузкой: ΔU = I_loadn(n+1)/(6fC), где I_load — ток нагрузки, f — частота, C — емкость конденсаторов
3. Пульсации выходного напряжения: U_ripple = I_load/(2fC)

При выборе компонентов необходимо учитывать максимальные напряжения на диодах и конденсаторах в каждом каскаде.

Преимущества и недостатки умножителей напряжения

Умножители напряжения имеют ряд преимуществ и недостатков по сравнению с другими методами получения высокого напряжения.

Преимущества:

• Простота конструкции
• Низкая стоимость
• Малые габариты и вес
• Возможность получения очень высоких напряжений

Недостатки:

• Высокое выходное сопротивление
• Значительное падение напряжения под нагрузкой
• Пульсации выходного напряжения
• Низкий КПД при большом числе каскадов

Практические рекомендации по разработке умножителей напряжения

При разработке умножителей напряжения следует учитывать следующие рекомендации:

1. Выбирайте диоды с малым обратным током и малым временем восстановления.
2. Используйте конденсаторы с низким током утечки и высокой надежностью.
3. Обеспечьте хорошую изоляцию между каскадами для предотвращения пробоев.
4. Применяйте меры по снижению коронных разрядов при высоких напряжениях.
5. Используйте экранирование для уменьшения электромагнитных помех.

Перспективы развития технологии умножителей напряжения

Несмотря на то, что принцип работы умножителей напряжения известен давно, эта технология продолжает развиваться. Основные направления развития:

• Применение новых типов полупроводниковых приборов (например, SiC и GaN диодов)
• Использование современных керамических конденсаторов с высокими удельными характеристиками
• Разработка гибридных схем, сочетающих умножители напряжения с импульсными преобразователями
• Создание интеллектуальных систем управления для оптимизации работы умножителей

Эти усовершенствования позволят создавать более эффективные и компактные источники высокого напряжения для различных применений.

Схема умножителя напряжения на 200 киловольт

Схема диодно-конденсаторного формирователя высокого напряжения

В современных радиоэлектронных устройствах умножители напряжения нашли широкое применение. Причём, если в относительно низковольтных цепях (до нескольких тысяч вольт) абсолютным приоритетом пользуются трансформаторные преобразователи, то для получения напряжений, исчисляемых десятками киловольт, значительно более простым решением будет использование умножителей напряжения. Умножитель напряжения состоит из включённых определенным образом диодов и конденсаторов и представляет собой преобразователь напряжения переменного тока источника в более высокое выходное постоянное напряжение. С основными типами умножителей, а также онлайн калькулятором по их расчёту можно познакомиться на странице – Ссылка на страницу.

Наиболее распространёнными являются умножители напряжения последовательного типа (Рис. 1).

Рис.1 Схема 2-х ступенчатого умножителя напряжения последовательного типа

Каждая ступень, состоящая из двух диодов и двух конденсаторов, повышает напряжение в 2 раза. Теоретически количество ступеней (секций) можно увеличивать до бесконечности, практически – с ростом числа секций их вклад в увеличение выходного напряжения довольно быстро уменьшается. Однако словацкий инженер Йозеф Богин не постеснялся увеличить количество ступеней до 8 и получить на выходе 200 киловольт при входном переменном напряжении 8 кВ.

И вот что он пишет на своём сайте http://boginjr.com:

     Умножитель 200 кВ

Умножитель, который я изготовил для своих новых рентгеновских экспериментов – это полуволновой восьмиступенчатый умножитель Кокрофта-Уолтона (или каскад Вилларда), погружённый в масло. Он с запасом обеспечивает выходное напряжение 220 кВ при напряжении питания 10 кВ переменного тока.

Шестнадцать конденсаторов на 2,2 нФ и шестнадцать диодов (HVRL300) на 30 мА (всё с допустимым напряжением 30 киловольт) образуют 8-ступенчатый полуволновой умножитель. Поскольку этот умножитель изначально планировался для рентгеновских экспериментов, мои диоды рассчитаны на ток 30 мА. Однако если вы планируете построить умножитель для долговременного формирования дуги, то вам лучше использовать более мощные диоды.

Схема хорошо читается из рисунка, приведённого ниже:

8-ступенчатый умножитель напряжения последовательного типа

Теоретическое значение выходного напряжения (это означает, что входное напряжение представляет собой синусоиду достаточно высокой частоты, а также не учитывается падение напряжения на диодах) рассчитывается с помощью простого уравнения: Uout = 2 * Uin * sqrt (2) * Nступеней, где 1 ступень состоит из 2 диодов и 2 конденсаторов.

Конечно, всё это устройство должно быть погружено в масло, чтобы предотвратить возникновение дуги и потерь на коронный разряд. На всякий случай я использовал трансформаторное масло. Хотя чистого и обезвоженного растительного или минерального масла также будет вполне достаточно.

В дальнейшем я залил его горячим парафином, так как синтетическое трансформаторное масло было очень агрессивным по отношению к пластику.

На фотографии, приведённой ниже, показана работа умножителя, питаемого прямоугольным переменным током от небольшого однотактного драйвера.

Толстая 8см искра при входном напряжении 3 кВ, 30 ВА, 12 кГц

При нагрузке напряжение питания такого специально созданного маломощного драйвера падает примерно до трех киловольт переменного тока. И это хорошо, поскольку данная разработка не была рассчитана на долговременную работу с дугой.

А вот на следующем рисунке этот умножитель используется в (будущей рентгеновской установке) совместно с двухтактным ZVS драйвером и советским строчным трансформатором переменного тока на 8 кВ.

Искры 28 см (около 200 кВ). Вход представляет собой ZVS-драйвер с напряжением 8 кВ

Что касается заземления. Заземление / сетевое заземление / PE / PEN следует подключить к нижнему выводу HV трансформатора. Только не позволяйте второму (верхнему) выводу трансформатора или высоковольтному выходу умножителя «шипеть» на что-либо проводящее, неподключённое к земле, будь то драйвер ZVS, радиаторы, трансформаторы и так далее. Если это невозможно (например, из-за недостатка места), то полностью экранируйте драйвер и заземлите корпус экрана. В этом случае, даже если HV ударит ваше шасси, с драйвером ничего не случится.

Jozef Bogin, 11.05.2013

ВНИМАНИЕ!!! Работа с высоким напряжением крайне опасна для жизни и здоровья организма.
Поэтому Vpayaem.ru настоятельно не рекомендует практиковаться в этой области при отсутствии специальных знаний и соответствующего опыта. Вся информация, размещённая на этой странице, предназначена исключительно для ознакомительных целей – помните об этом, уважаемые господа и барышни, и не говорите, что вас не предупреждали!

 

Схема умножитель напряжения

Таким образом, рабочее напряжение конденсаторов и диодов получается достаточно низким. Максимальный ток через диоды определяется выражением:. Емкость конденсатора С1 необходимо увеличить в 4 раза по сравнению с расчетным значением хотя в большинстве случаев хватает и двух-трех- кратного увеличения. Конденсаторы должны быть с минимальным током утечки типа К73 и аналогичные. Умножать напряжение можно и с помощью мостовых выпрямителей.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Умножитель напряжения
• Умножители напряжения — теория, практика, схемы
• Умножитель напряжения Шенкеля-Вилларда (Вийяра) схема. Схемы умножителей напряжения
• Умножитель напряжения Шенкеля-Вилларда (Вийяра) схема. Схемы умножителей напряжения
• Умножитель напряжения схема
• Умножители напряжения на диодах
• Умножители напряжения схема

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Умножитель напряжения

Умножитель напряжения

Все конструкции обычно состоят из конденсаторов и диодов, для получения значений свыше киловольта, нужно применять специальные высоковольтные диоды и неполярные конденсаторы. Эти конструкции широко используют в лазерной технике, в различных высоковольтных конструкциях, например в люстре Чижевского , самодельных электрошокерах , в ионизаторах воздуха , самодельных бытовых дозиметрах.

Однофазные несимметричные схемы умножения представляют собой последовательное подключение нескольких одинаковых однотактных схем выпрямления с емкостной нагрузкой. В схеме каждая последующуя емкость заряжается до более высокого значения. Если ЭДС вторичной обмотки трансформатора направлена от точки а к точке б , то открывается первый диод и идет заряд С1. Этот конденсатор заряжается до U равного амплитуде на вторичной обмотке трансформатора U 2m.

Во время отрицательной полуволны емкость С1 заряжается через открытый диод VD1 до амплитудного значения U. Когда к входу приходит положительная волна полупериода, емкость С2 через открытый диод VD2 заряжается до значения 2Ua. Во время следующего цикла отрицательного полупериода через диод VD3 до значения 2U заряжается емкость СЗ.

И в результате, при очередной положительной полуволне до 2U заряжается конденсатор С4. Очень хорошо видно, что запуск умножителя осуществится за несколько периодов полуволн. Постоянное выходное напряжение сумируется из напряжений на последовательно включенных и постоянно подзаряжаемых емкостях С2 и С4 и равно 4Ua. Изображенный на верхней схеме умножитель относится к последовательному типу.

Существуют также параллельные, для которых требуется меньшие номиналы конденсатора на ступень удвоения. Наиболее часто радиолюбители используют последовательные умножители.

Они более универсальны, напряжение на диодах и конденсаторах разделено приблизительно равномерно, можно осуществить большее число ступеней умножения. Но есть свои плюсы и у параллельных конструкций.

Однако их огромный минус, как увеличение напряжения на емкостях с увеличением числа ступеней умножения, ограничивает их использование до номиналов 20 кВ. К достоинствам параллельной схемы, та что в центре рисунка, следует отнести следующие: на емкости С1, СЗ приходит только амплитудное напряжение, нагрузка на диоды одинаковая, достигается приличная стабильность выходного напряжения.

Второй умножитель, схема которого приведена ниже. К одной из диагоналей моста подсоединена вторичная обмотка, к другой нагрузка. Схему удвоения можно представить в виде двух однополупериодных схем, включенных последовательно и работающих от одной вторичной обмотки.

В первый полупериод, когда потенциал точки а вторичной обмотки положителен относительно б, откроется вентиль VD1 и начинается заряд С1. Ток в этот момент идет через вторичную обмотку, VD1 и С1. Во второй полупериод заряжается С2. Зарядный ток этого конденсатора идет через вторичную обмотку, С2 и VD2. Основное преимущество данной схемы это повышенная частота пульсации по сравнению с двухфазной схемой и достаточно полное использование трансформатора.

Предлагаю схему выпрямителя на два напряжения. В указанном на рис положении переключателя SА1 конденсаторы одинаковой емкости С1 и С2 включены параллельно выходу выпрямителя, и устройство в этом случае работает как обычный мостовой выпрямитель. В другом положении переключателя SА1 конденсаторы включаются последовательно, и переменное напряжение подается в точку их соединения, то есть выпрямитель будет работать с удвоением напряжения.

Умножитель напряжения схема Многие электронщики часто используют схемы питания выполненные по принципу умножения напряжения. Ведь использование умножителя позволяют существенно уменьшить вес и габариты устройства. Для понимания физики работы такого электронного устройства, рассмотрим основные схемотехнические варианты построения таких конструкций. Их можно условно поделить на симметричные и несимметричные умножители.

Несимметричные в свою очередь, подразделяются на два вида: первого и второго рода. Однополупериодный и двухполупериодный умножитель напряжения последовательный и параллельный.

Умножители напряжения — теория, практика, схемы

При необходимости получения постоянных напряжений, кратных по величине питающему их переменному напряжению питания, во многих областях радиотехники находят применение выпрямители с умножением напряжения УН. Они подразделяются на однополупериодные и двухполупериодные, последовательного и параллельного типов. На рис. Схема может применяться как самостоятельно, так и в качестве составляющего элемента многозвенных умножителей последовательного типа. Данный УН как выпрямитель можно рассматривать как два однополупериодных, включенных вторичная обмотка трансформатора Т1 — диод VD1 — конденсаторы С1, С3; вторичная обмотка трансформатора — диод VD2 конденсаторы С2, С4 последовательно. Удвоенное напряжение на его выходе получается в результате сложения раздельно выпрямленных разнополярных напряжений. Последовательный многозвенный однополупериодный выпрямитель рис.

До недавнего времени умножители напряжения недооценивали. Многие разработчики рассматривают эти схемы с точки зрения.

Умножитель напряжения Шенкеля-Вилларда (Вийяра) схема. Схемы умножителей напряжения

В отдельных каскадах переменное напряжение выпрямляется, а выпрямленные напряжения включаются последовательно и суммируются. Связь каскадов с источниками питания осуществляется через ёмкости или посредством взаимной индукции. Питание каскадов может быть как последовательным, так и параллельным. Умножитель напряжения преобразует переменное, пульсирующее напряжение в высокое постоянное напряжение. Умножитель строится из лестницы конденсаторов и диодов. В отличие от трансформатора такой метод не требует тяжёлого сердечника и усиленной изоляции, так как напряжения на всех ступенях равны. Используя только конденсаторы и диоды, генераторы такого типа могут преобразовывать относительно низкое напряжение в очень высокое, при этом оказываясь много легче и дешевле по сравнению с трансформаторами. Ещё одним преимуществом является возможность снять напряжение с любой ступени схемы, так же как в многоотводном трансформаторе. При подключении нагрузки, конденсаторы будут периодически разряжаться и заряжаться. Очевидно, что делать умножители с числом каскадов большим, чем то, при котором достигается максимум умножения, не имеет смысла.

Умножитель напряжения Шенкеля-Вилларда (Вийяра) схема. Схемы умножителей напряжения

Умножитель напряжения будет проще понять, если начать с обычного однополупериодного выпрямителя. Выходное напряжение, как правило, уменьшается с ростом тока нагрузки. Для объяснения этого факта лучше всего воспользоваться понятием «постоянной времени», которое описывает скорость заряда и разряда конденсатора C. Постоянная времени заряда невелика, ибо конденсатор заряжается в цепи, в которой ток течёт последовательно через вторичную обмотку трансформатора, резистор R и диод D.

Умножители напряжения — это специальные схемы преобразующие в сторону увеличения уровень напряжения. Такие схемы обычно совмещают в себе две функции: выпрямление и умножение напряжения.

Умножитель напряжения схема

Умножитель напряжения представляет собой специальную схему выпрямителя, вырабатывающую выходное напряжение, которое теоретически равно пиковому переменному входному напряжению, увеличенному в целое число раз; например, переменное входное напряжение умноженное в 2, 3 или 4 раза. Таким образом, можно получить В пост из В пик , используя удвоитель, или В пост из учетверителя. Любая нагрузка в реальной схеме снижает эти напряжения. Применение удвоителя напряжения — это источник постоянного напряжения, способный использовать источник В перемен или В перемен. Источник использует переключатель для выбора двухполупериодного мостового выпрямителя для получения примерно В пост из источника В перемен. Положение В переключателя пересоединяет диодный мост в удвоитель, выдающий примерно В пост из В перемен.

Умножители напряжения на диодах

Все конструкции обычно состоят из конденсаторов и диодов, для получения значений свыше киловольта, нужно применять специальные высоковольтные диоды и неполярные конденсаторы. Эти конструкции широко используют в лазерной технике, в различных высоковольтных конструкциях, например в люстре Чижевского , самодельных электрошокерах , в ионизаторах воздуха , самодельных бытовых дозиметрах. Однофазные несимметричные схемы умножения представляют собой последовательное подключение нескольких одинаковых однотактных схем выпрямления с емкостной нагрузкой. В схеме каждая последующуя емкость заряжается до более высокого значения. Если ЭДС вторичной обмотки трансформатора направлена от точки а к точке б , то открывается первый диод и идет заряд С1. Этот конденсатор заряжается до U равного амплитуде на вторичной обмотке трансформатора U 2m.

Схемы таких устройств неоднократно были опубликованы в радиолюбительской В этом случае для изготовления умножителя напряжения можно.

Умножители напряжения схема

До недавнего времени умножители напряжения недооценивали. При частоте переключения 1 кГц, и тем более при 20 кГц, умножитель напряжения заслуживает переоценки его возможностей. Некоторые полезные схемы умножителей напряжения показаны на рис.

В настоящее время многие популярные радиолюбительские устройства содержат в своем составе умножитель напряжения, преобразующий напряжение электрической сети В в высокое напряжение Это могут быть устройства, предназначенные для борьбы с тараканами, устройства для ионизации воздуха. Схемы таких устройств неоднократно были опубликованы в радиолюбительской литературе, например, в [1, 2]. В устройствах из [1, 2] для изготовления высоковольтного умножителя, который является основной частью этих конструкций, используют современные малогабаритные детали, поэтому габариты этих устройств незначительны. Однако следует отметить, что практически все малогабаритные высоковольтные детали, входящие в состав высоковольтного умножителя, являются достаточно дорогостоящими.

Для создания повышенного напряжения часто применяются повышающие трансформаторы.

При изготовлении электронных устройств, в частности блоков питания, в некоторых случаях возникает необходимость иметь выпрямленное напряжение большей величины, чем на клеммах вторичной обмотке трансформатора или в розетке В. Например, после выпрямления сетевого напряжения В на фильтрующем конденсаторе при очень малой нагрузке можно получить максимум амплитудное значение переменного напряжения В. Следовательно конденсатор зарядится до указанного значения. Однако применяя умножитель напряжения можно повысить его до В и более. Схема умножителя напряжения может выполняться в нескольких вариантах, одна принцип действия всех их заключается в следующем. В разные полупериоды переменного тока происходит поочередно зарядка нескольких конденсаторов, а суммарное напряжение на них превышает амплитудное значение на обмотке.

То есть, с помощью удвоителя напряжения можно получить В постоянного тока из В переменного тока источника, а с помощью умножителя на четыре — В постоянного. Это если не учитывать падение напряжения на диодах 0,7В на каждом. В реальных схемах любая нагрузка будет уменьшать полученное напряжение.

Как работает умножитель напряжения?

• по:
Мануэль Родригес-Ачач

Если вам нужно высокое напряжение, умножитель напряжения — один из самых простых способов его получить. Умножитель напряжения — это специальный тип схемы выпрямителя, который преобразует переменное напряжение в более высокое постоянное напряжение. Изобретенные Генрихом Грейнахером в 1919 году, они использовались в конструкции ускорителя частиц, который осуществил первый искусственный ядерный распад, так что вы знаете, что они серьезны.

Теоретически выход умножителя представляет собой целое число, умноженное на пиковое входное напряжение переменного тока, и хотя они могут работать с любым входным напряжением, в основном умножители напряжения используются при очень высоких напряжениях, порядка десятков тысяч или даже миллионов. вольт, необходимы. Их преимущество заключается в том, что их относительно легко построить, и они дешевле, чем эквивалентный высоковольтный трансформатор с такими же выходными характеристиками. Если вам нужны искры для вашей безумной науки, возможно, умножитель напряжения сможет их вам обеспечить.

Для работы схемы умножителя требуется источник питания переменного тока. Для простоты предположим, что одна сторона источника питания заземлена и имеет нулевой потенциал, а другая колеблется между плюсом и минусом U (в примере 100 В). Вот что происходит:

1. Конденсатор C ₁ заряжается через диод D ₁ при напряжении U (100 В) источника питания, которое находится на его отрицательном пике. Обратите внимание, что это приводит к тому, что конденсатор становится положительным с правой стороны и отрицательным с левой. Желтая линия указывает направление тока
2. Теперь у нас есть +100 В на верхней стороне источника питания, и это напряжение добавляется к напряжению C ₁  , которое было заряжено на предыдущем шаге. Поэтому конденсатор С2 заряжается через D ₂ до 200 В или 2U (100 В от источника питания плюс 100 В от С2).
3. Заряд, хранящийся в C ₁ , использовался в предыдущем цикле для зарядки C ₂ , поэтому C ₁ теперь заряжается через D ₁ , как и на шаге 1. Кроме того, конденсатор C ₃ заряжается через Д ₃  до 2U. Почему 2У? Поскольку C ₁ разряжен, точка «а» на схеме имеет нулевой потенциал, а C ₃ видит 200 В C2.
4. Источник питания снова находится на положительном пике, и C2 теперь перезаряжается, как на шаге 2. В то же время конденсатор C ₄ заряжается до 200 В, потому что это разница потенциалов, которую он видит: 400 В при на его положительной стороне (100 В источника питания плюс 100 В C ₁  плюс 200 В C ₃ ) и 200 В на его отрицательной стороне, что является потенциалом C ₂ .

Как мы видим, мы закончим с 400 В между землей и выходом (точки a и b на последнем рисунке), фактически учетверив напряжение питания.

Это идеализированное объяснение, и, как вы можете догадаться, реальность всегда сложнее. Например, конденсаторы не заряжаются мгновенно, поэтому они не достигают полного напряжения, пока не пройдет несколько циклов, в зависимости от зарядного тока, который может обеспечить источник питания.

Множитель, который мы только что обсуждали, состоит из двух ступеней. Каждый каскад состоит из двух конденсаторов и двух диодов, и каждый из них добавляет в два раза больше напряжения источника питания, поэтому, например, пятикаскадный умножитель будет иметь выходное напряжение, в десять раз превышающее входное напряжение. Обратите внимание, что каждый компонент в схеме воспринимает не более чем удвоенное пиковое входное напряжение, обеспечиваемое источником, поэтому вы можете использовать низковольтные компоненты и множество каскадов для получения очень высокого выходного напряжения.

Однако выходное напряжение упадет, как только вы подключите нагрузку к цепи, в соответствии с этой формулой. Здесь мы видим, что нам нужна высокая частота и большая емкость, чтобы свести к минимуму падение напряжения, и что это падение увеличивается с ростом тока, а также очень быстро с увеличением количества каскадов. Фактически, поскольку это зависит от куба числа ступеней, умножитель с десятью ступенями имеет в 1000 раз большее падение напряжения, чем умножитель с одной ступенью.

Еще одна ситуация, которая возникает при наличии очень высокого напряжения, — это коронный разряд, который представляет собой электрический разряд, возникающий, когда напряженность электрического поля вокруг проводника достаточно высока. Корона действует как нежелательная нагрузка на умножитель, снижая выходную мощность. Один из способов минимизировать коронный разряд — уменьшить кривизну проводов, избегая острых углов, выступающих точек и проводов малого диаметра. По этой причине используются концевые точки и проводники большого диаметра. Это, конечно, усложняет конструкцию умножителей очень высокого напряжения, но в то же время объясняет их впечатляющий вид, как на картинке.

Самодельный умножитель напряжения, разработанный [rmcybernetics]Создание умножителя напряжения для получения высокого напряжения — популярный проект, и это довольно просто, если напряжение не слишком велико, чтобы коронный разряд не начал создавать проблемы. Все, что вам нужно, помимо источника питания переменного тока, такого как неоновый трансформатор, — это несколько высоковольтных диодов и конденсаторов. Практическое использование включает, среди прочего, рентгеновские аппараты, фотокопировальные аппараты, ионизаторы воздуха и микроволновые печи. В верхней части спектра находятся умножители, используемые для исследований в ускорителях частиц, высотой в несколько метров, которые могут достигать миллионов вольт.

Умножитель высокого напряжения имеет почтенную историю в ускорителях частиц, и даже Нобелевская премия по физике была присуждена за исследования, которые стали возможными благодаря ему. Однако с появлением новых технологий, в частности радиочастотных квадрупольных систем, эти великолепные умножители ушли в прошлое. Нам их будет не хватать, и, конечно же, это не мешает вам создавать свои собственные.

Опубликовано в Куратор, Инженерия, Избранное, SliderTagged cockroft-walton, высокое напряжение, ускоритель частиц, выпрямитель, умножитель напряжения

Умножители напряжения — полупериодный удвоитель напряжения, утроитель напряжения, учетверитель напряжения

В схеме умножителя напряжения два или более пиковых выпрямителя соединены каскадом для получения напряжения постоянного тока, равного множителю пиковых входных напряжений В _p т. е. 4 В _р .

ПОЛОВИННЫЙ УДАВИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Умножитель напряжения, выходной сигнал которого составляет постоянный ток. напряжение в два раза больше пикового переменного тока. входного напряжения, называется удвоителем напряжения. На рисунке ниже показана схема полуволнового удвоителя напряжения.

Полупериодный удвоитель напряжения

Во время положительного полупериода входного сигнала диод DI открыт, а диод D ₂ отключается, заряжая конденсатор CI до пикового выпрямленного напряжения, т. е. В _м . Во время отрицательного полупериода диод D ₁ отключается, а диод D ₂ проводит зарядку конденсатора C ₂ . Можно отметить, что во время отрицательного полупериода напряжение на конденсаторе C ₁ включен последовательно с входным напряжением. Следовательно, общее напряжение, подаваемое на конденсатор C ₂ , равно 2 В _м в течение отрицательного полупериода.

В следующий положительный полупериод диод D ₂ не проводит ток, и конденсатор будет разряжаться через нагрузку. Если к конденсатору C ₂ не подключена нагрузка, оба конденсатора остаются полностью заряженными (т. е. C ₁ до V _м и C ₂ до 2V _м ). Можно отметить, что оба диода D ₁ и D ₂ имеют пиковое обратное напряжение (PIV) 2 В _м каждый.

Двухполупериодный удвоитель напряжения

На приведенном выше рисунке показана еще одна схема удвоителя напряжения, известная как двухполупериодный удвоитель напряжения. В этой цепи во время положительного полупериода переменного тока входное напряжение, диод D ₁ проводит зарядку конденсатора CI до пикового напряжения В _м с соблюдением полярности. Диод D ₂ в это время отключен.
Во время отрицательного полупериода диод D ₂ проводит (пока D ₁ в отсечке) зарядный конденсатор C ₂ к В _м 5 . Если к выходу подключена нагрузка, то выходное напряжение равно .2В _м . Однако если нагрузка подключена, то напряжение будет меньше 2В _м .

УСТРОЙСТВО НАПРЯЖЕНИЯ

Во время первого положительного полупериода конденсатор C ₁ заряжается через диод D ₁ до пикового напряжения В _{м 15 12 . Во время отрицательного полупериода конденсатор C 2 заряжается через диод D 2 до удвоенного пикового напряжения 2V m развиваемый суммой напряжений на конденсаторе C 1 и входного сигнала.}

Утроенная цепь напряжения

Во время второго положительного полупериода диод D ₂ проводит ток, и напряжение на конденсаторе C ₂ заряжает конденсатор C ₃ до того же значения пиковое напряжение. Тройной выход на C ₁ и C ₃ соединены последовательно, выходное напряжение в три раза превышает входное напряжение.

СЧЕТВОРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Добавление еще одной диодно-конденсаторной секции к триплеру напряжения дает выходное напряжение, в четыре раза превышающее пиковое напряжение. Принципиальная схема показана на рисунке ниже.

Цепь учетверителя напряжения

В схеме такого типа C ₁ заряжает до В _м , через D ₁ , C ₂ charges through D ₂ , C ₃ and C ₄ charges through D4, C ₂ , C ₃ and C ₄ заряжается от 2V _m . Выход 4 В _м берется через C ₂ и C ₄ .

Частота пульсаций в два раза превышает входную частоту.