Når man løser kredsløbsproblemer, er der tidspunkter, hvor det er nødvendigt at komme væk fra brugen af transformere for at øge udgangsspændingen. Årsagen til dette viser sig oftest at være umuligheden af at inkludere step-up-konvertere i enheder på grund af deres vægt- og størrelsesindikatorer. I en sådan situation er løsningen at bruge et multiplikatorkredsløb.
Voltage Multiplikator Definition
En enhed, som betyder en elektricitetsmultiplikator, er et kredsløb, der giver dig mulighed for at konvertere AC eller pulserende spænding til DC, men med en højere værdi. Stigningen i værdien af parameteren ved udgangen af enheden er direkte proportional med antallet af trin i kredsløbet. Den mest elementære spændingsmultiplikator, der findes, blev opfundet af forskerne Cockcroft og W alton.
Moderne kondensatorer udviklet af elektronikindustrien er kendetegnet ved lille størrelse og relativt stor kapacitans. Dette gjorde det muligt at genopbygge mange kredsløb og introducere produktet i forskellige enheder. En spændingsmultiplikator blev samlet på dioder og kondensatorer forbundet i deres egen rækkefølge.
Ud over funktionen med at øge elektriciteten konverterer multiplikatorer den samtidig fra AC til DC. Dette er praktisk, fordi enhedens overordnede kredsløb er forenklet og bliver mere pålideligt og kompakt. Ved hjælp af enheden kan en stigning på op til flere tusinde volt opnås.
Hvor enheden bruges
Multiplikatorer har fundet deres anvendelse i forskellige typer enheder, disse er: laserpumpesystemer, røntgenbølgestrålingsenheder i deres højspændingsenheder, til baggrundsbelysning af flydende krystalskærme, ion-type pumper, vandrende bølgelamper, luftionisatorer, elektrostatiske systemer, partikelacceleratorer, kopimaskiner, fjernsyn og oscilloskoper med kineskoper, samt hvor der kræves høj, lavstrøm DC-elektricitet.
Spændingsmultiplikatorprincippet
For at forstå, hvordan kredsløbet fungerer, er det bedre at se på betjeningen af den såkaldte universelle enhed. Her er antallet af trin ikke præcist specificeret, og udgangselektriciteten bestemmes af formlen: nUin=Uout, hvor:
- n er antallet af tilstedeværende kredsløbstrin;
- Uin er den spænding, der påføres enhedens indgang.
I det indledende tidspunkt, når den første f.eks. positive halvbølge kommer til kredsløbet, sender indgangstrinsdioden den videre til sin kondensator. Sidstnævnte oplades til amplituden af den indkommende elektricitet. Med en anden negativhalvbølge, den første diode er lukket, og halvlederen i det andet trin lader den gå til sin kondensator, som også er opladet. Plus, spændingen af den første kondensator, forbundet i serie med den anden, føjes til den sidste, og udgangen af kaskaden er allerede fordoblet elektricitet.
Det samme sker på hvert efterfølgende trin - dette er princippet for en spændingsmultiplikator. Og hvis man ser på progressionen til slutningen, viser det sig, at udgangselektriciteten overstiger inputtet et vist antal gange. Men som i en transformer vil strømstyrken her falde med en stigning i potentialforskellen - loven om energibevarelse virker også.
Skema til at konstruere en multiplikator
Hele kæden af kredsløbet er samlet af flere led. Et led i spændingsmultiplikatoren på kondensatoren er en halvbølge-type ensretter. For at få enheden er det nødvendigt at have to serieforbundne links, som hver har en diode og en kondensator. Sådan et kredsløb er en fordobling af elektricitet.
Den grafiske repræsentation af spændingsmultiplikatorenheden i den klassiske version ser ud med diodernes diagonale position. Retningen for at tænde halvlederne bestemmer hvilket potentiale - negativt eller positivt - der vil være til stede ved multiplikatorens output i forhold til dens fælles punkt.
Ved at kombinere kredsløb med negative og positive potentialer opnås et bipolært spændingsdoblerkredsløb ved enhedens udgang. Et træk ved denne konstruktion er, at hvis du måler niveauetelektricitet mellem polen og fællespunktet, og den overstiger indgangsspændingen med 4 gange, så vil størrelsen af amplituden mellem polerne stige med 8 gange.
I multiplikatoren vil det fælles punkt (som er forbundet med den fælles ledning) være det, hvor udgangen af forsyningskilden er forbundet med udgangen af en kondensator grupperet med andre serieforbundne kondensatorer. I slutningen af dem tages udgangselektriciteten på lige elementer - ved en lige koefficient, på henholdsvis ulige kondensatorer med en ulige koefficient.
Pumpekondensatorer i multiplikatoren
Med andre ord, i enheden med konstantspændingsmultiplikatoren er der en vis transient proces med at indstille outputparameteren svarende til den deklarerede. Den nemmeste måde at se dette på er ved at fordoble elektriciteten. Når kondensatoren C1 gennem halvlederen D1 oplades til sin fulde værdi, så oplader den i den næste halvbølge samtidig med elektricitetskilden den anden kondensator. C1 har ikke tid til helt at opgive sin ladning til C2, så outputtet har i første omgang ikke en dobbelt potentialforskel.
Ved den tredje halvbølge genoplades den første kondensator og påfører derefter et potentiale til C2. Men spændingen på den anden kondensator har allerede en modsat retning af den første. Derfor er udgangskondensatoren ikke fuldt opladet. Med hver ny cyklus vil elektriciteten på C1-elementet være tilbøjelig til indgangen, C2-spændingen vil fordobles i størrelse.
Hvordanberegn multiplikator
Når multiplikationsenheden beregnes, er det nødvendigt at starte fra de indledende data, som er: den nødvendige strøm til belastningen (In), udgangsspændingen (Uout), rippelkoefficienten (Kp). Den mindste kapacitansværdi for kondensatorelementer, udtrykt i uF, bestemmes af formlen: С(n)=2, 85nIn/(KpUout), hvor:
- n er antallet af gange, den indgående elektricitet øges;
- In - strøm der flyder i belastningen (mA);
- Kp – pulsationsfaktor (%);
- Uout - spænding modtaget ved enhedens udgang (V).
Forøgelse af kapacitansen opnået ved beregninger med to eller tre gange, opnår man værdien af kapacitansen af kondensatoren ved indgangen til kredsløbet C1. Denne værdi af elementet giver dig mulighed for straks at få den fulde værdi af spændingen ved udgangen, og ikke vente, indtil et vist antal perioder er gået. Når belastningens arbejde ikke afhænger af stigningshastigheden af elektricitet til den nominelle udgang, kan kondensatorens kapacitans tages identisk med de beregnede værdier.
Bedst for belastningen, hvis ripple-faktoren for diodespændingsmultiplikatoren ikke overstiger 0,1%. Tilstedeværelsen af krusninger på op til 3% er også tilfredsstillende. Alle dioder i kredsløbet er valgt fra beregningen, så de frit kan modstå en strømstyrke, der er dobbelt så stor som værdien i belastningen. Formlen til beregning af enheden med høj nøjagtighed ser sådan ud: nUin - (In(n3 + 9n2/4 + n/2)/(12 f C))=Uout, hvor:
- f – spændingsfrekvens ved enhedens indgang (Hz);
- C - kondensatorkapacitans (F).
Fordele ogulemper
Når vi taler om fordelene ved spændingsmultiplikatoren, kan vi bemærke følgende:
Evnen til at få betydelige mængder elektricitet ved udgangen - jo flere led i kæden, jo større vil multiplikationsfaktoren være
- Simpelt design - alt er samlet på standardlinks og pålidelige radioelementer, der sjældent fejler.
- Vægt – fraværet af omfangsrige elementer såsom en strømtransformator reducerer størrelsen og vægten af kredsløbet.
Den største ulempe ved ethvert multiplikatorkredsløb er, at det er umuligt at få en stor udgangsstrøm fra det til at drive belastningen.
Konklusion
Valg af en spændingsmultiplikator for en bestemt enhed. det er vigtigt at vide, at balancerede kredsløb har bedre parametre med hensyn til rippel end ubalancerede. Derfor er det for følsomme enheder mere hensigtsmæssigt at bruge mere stabile multiplikatorer. Asymmetrisk, nem at lave, indeholder færre elementer.
