При решаване на проблеми с веригата има моменти, когато е необходимо да се измъкнем от използването на трансформатори за увеличаване на изходното напрежение. Причината за това най-често се оказва невъзможността за включване на повишаващи преобразуватели в устройствата поради техните показатели за тегло и размери. В такава ситуация решението е да се използва умножителна верига.
Определение на множителя на напрежението
Устройство, което означава умножител на електричество, е верига, която ви позволява да преобразувате променливо или пулсиращо напрежение в DC, но с по-висока стойност. Увеличаването на стойността на параметъра на изхода на устройството е право пропорционално на броя на етапите на веригата. Най-елементарният съществуващ умножител на напрежението е изобретен от учените Кокрофт и Уолтън.
Модерните кондензатори, разработени от електронната индустрия, се характеризират с малък размер и относително голям капацитет. Това направи възможно повторното изграждане на много вериги и въвеждане на продукта в различни устройства. Умножител на напрежението беше сглобен върху диоди и кондензатори, свързани в собствен ред.
В допълнение към функцията за увеличаване на електричеството, умножителите едновременно го преобразуват от AC в DC. Това е удобно с това, че цялостната схема на устройството е опростена и става по-надеждна и компактна. С помощта на устройството може да се постигне увеличение до няколко хиляди волта.
Къде се използва устройството
Множителите са намерили своето приложение в различни видове устройства, това са: лазерни помпени системи, устройства за излъчване на рентгенови вълни в техните модули с високо напрежение, за задно осветяване на дисплеи с течни кристали, йонни помпи, лампи с пътуваща вълна, йонизатори за въздух, електростатични системи, ускорители на частици, копирни машини, телевизори и осцилоскопи с кинескопи, както и там, където се изисква висок ток с постоянен ток.
Принципът на умножителя на напрежението
За да разберете как функционира веригата, е по-добре да погледнете работата на така нареченото универсално устройство. Тук броят на етапите не е точно определен и изходното електричество се определя по формулата: nUin=Uout, където:
- n е броят на наличните етапи на веригата;
- Uin е напрежението, приложено към входа на устройството.
В началния момент от времето, когато първата, да речем, положителна полувълна дойде във веригата, диодът на входния етап я предава на своя кондензатор. Последният се зарежда до амплитудата на входящото електричество. С втори отрицателенполувълнова, първият диод е затворен, а полупроводникът на втория етап го пуска към неговия кондензатор, който също се зарежда. Плюс това напрежението на първия кондензатор, свързан последователно с втория, се добавя към последния и изходът на каскадата вече е удвоен електричество.
На всеки следващ етап се случва същото - това е принципът на умножителя на напрежението. И ако погледнете прогресията до края, се оказва, че изходното електричество надвишава вложеното с определен брой пъти. Но както в трансформатор, силата на тока тук ще намалее с увеличаване на потенциалната разлика - законът за запазване на енергията също работи.
Схема за конструиране на множител
Цялата верига на веригата е сглобена от няколко брънки. Едната връзка на умножителя на напрежението на кондензатора е токоизправител от полувълнов тип. За получаване на устройството е необходимо да имате две последователно свързани връзки, всяка от които има диод и кондензатор. Такава верига е удвоител на електричеството.
Графичното представяне на устройството за умножение на напрежението в класическата версия изглежда с диагоналното положение на диодите. Посоката на включване на полупроводниците определя кой потенциал - отрицателен или положителен - ще присъства на изхода на умножителя спрямо неговата обща точка.
Чрез комбиниране на вериги с отрицателен и положителен потенциал, на изхода на устройството се получава биполярна верига за удвояване на напрежението. Характеристика на тази конструкция е, че ако измервате нивотоелектричество между полюса и общата точка и то надвишава входното напрежение 4 пъти, тогава големината на амплитудата между полюсите ще се увеличи с 8 пъти.
В умножителя общата точка (която е свързана към общия проводник) ще бъде тази, където изходът на източника на захранване е свързан към изхода на кондензатор, групиран с други последователно свързани кондензатори. В края им изходното електричество се поема на четни елементи - при четен коефициент, на нечетни кондензатори, съответно при нечетен коефициент.
Изпомпване на кондензатори в множителя
С други думи, в устройството на умножителя на постоянно напрежение има определен преходен процес на настройка на изходния параметър, съответстващ на декларирания. Най-лесният начин да видите това е като удвоите електричеството. Когато през полупроводника D1 кондензаторът C1 се зареди до пълната си стойност, тогава в следващата полувълна той, заедно с източника на електричество, едновременно зарежда втория кондензатор. C1 няма време да предаде напълно заряда си на C2, така че изходът първоначално няма двойна потенциална разлика.
При третата полувълна първият кондензатор се презарежда и след това прилага потенциал към C2. Но напрежението на втория кондензатор вече има посока, противоположна на първата. Следователно изходният кондензатор не е напълно зареден. С всеки нов цикъл електричеството на елемента C1 ще се стреми към входа, напрежението C2 ще се удвои.
Какизчисляване на множител
При изчисляване на умножителя е необходимо да се започне от изходните данни, които са: необходимият ток за товара (In), изходно напрежение (Uout), коефициент на пулсация (Kp). Минималната стойност на капацитета на кондензаторните елементи, изразена в uF, се определя по формулата: С(n)=2, 85nIn/(KpUout), където:
- n е броят пъти, когато се увеличава входящото електричество;
- In - ток, протичащ в товара (mA);
- Kp – коефициент на пулсиране (%);
- Uout - напрежение, получено на изхода на устройството (V).
Увеличавайки капацитета, получен чрез изчисления, два или три пъти, се получава стойността на капацитета на кондензатора на входа на веригата C1. Тази стойност на елемента ви позволява незабавно да получите пълната стойност на напрежението на изхода и да не чакате, докато изминат определен брой периоди. Когато работата на товара не зависи от скоростта на нарастване на електричеството до номиналната мощност, капацитетът на кондензатора може да се приеме идентичен с изчислените стойности.
Най-добро за товара, ако коефициентът на пулсации на диодния умножител на напрежението не надвишава 0,1%. Наличието на вълни до 3% също е задоволително. Всички диоди на веригата са избрани от изчислението, така че да могат свободно да издържат на сила на тока, удвоена от стойността на натоварването. Формулата за изчисляване на устройството с висока точност изглежда така: nUin - (In(n3 + 9n2/4 + n/2)/(12 f C))=Uout, където:
- f – честота на напрежението на входа на устройството (Hz);
- C - капацитет на кондензатора (F).
Предимства инедостатъци
Говорейки за предимствата на умножителя на напрежението, можем да отбележим следното:
Възможността за получаване на значителни количества електроенергия на изхода - колкото повече връзки във веригата, толкова по-голям ще бъде коефициентът на умножение
- Простота на дизайна - всичко е сглобено на стандартни връзки и надеждни радио елементи, които рядко се отказват.
- Тегло – отсъствието на обемисти елементи като силовия трансформатор намалява размера и теглото на веригата.
Най-големият недостатък на всяка умножителна верига е, че е невъзможно да се получи голям изходен ток от нея, за да захрани товара.
Заключение
Избор на умножител на напрежение за конкретно устройство. важно е да се знае, че балансираните вериги имат по-добри параметри по отношение на пулсациите от небалансираните. Следователно за чувствителни устройства е по-целесъобразно да се използват по-стабилни умножители. Асиметричен, лесен за изработка, съдържа по-малко елементи.
