Умножитель напруги: принцип роботи, розрахунок схеми
Все частіше і частіше радіоаматори стали цікавитися схемами живлення, які побудовані за принципом множення напруги. Цей інтерес пов'язаний з появою на ринку мініатюрних конденсаторів з великою ємністю і підвищенням вартості мідного дроту, який використовується для намотування котушок трансформаторів. Додатковим плюсом згаданих пристроїв є їх малі габарити, що значно знижує кінцеві розміри проектованої апаратури. А що ж являє собою помножувач напруги? Цей прилад складається з підключених певним чином конденсаторів і діодів. По суті, це перетворювач змінної напруги низьковольтного джерела у високе постійна напруга. А навіщо потрібен помножувач напруги постійного струму?
Область застосування
Такий пристрій знайшло широке застосування в телевізійній апаратурі (у джерелах анодної напруги кінескопів), медичному обладнанні (при харчуванні потужних лазерів), у вимірювальній техніці (прилади вимірювання радіації, осцилографи). Крім того, воно використовується в пристроях нічного бачення, в електрошокових приладах, побутової та офісної апаратури (ксерокопіювальні апарати) і т. Д. Умножитель напруги завоював таку популярність завдяки можливості формувати напругу до десятків і навіть сотень тисяч вольт, і це при незначних розмірах і масі пристрою. Ще один важливий плюс згаданих приладів - це простота виготовлення.
Типи схем
Розглянуті пристрої діляться на симетричні і несиметричні, на умножители першого і другого роду. Симетричний помножувач напруги виходить шляхом з'єднання двох несиметричних схем. В однієї такої схеми змінюється полярність конденсаторів (електролітів) і провідність діодів. Симетричний помножувач володіє кращими характеристиками. Одним з головних достоїнств є подвоєне значення частоти пульсацій випрямляється напруги.
Принцип роботи
На фото показана найпростіша схема однополупериодного приладу. Розглянемо принцип роботи. При дії негативного напівперіоду напруги через відкритий діод Д1 починає заряджатися конденсатор С1 до амплітудного значення поданого напруги. У той момент, коли настає період позитивної хвилі, заряджається (через діод Д2) конденсатор С2 до подвоєного значення поданого напруги. При початку наступного етапу негативного напівперіоду відбувається заряд конденсатора С3 - також до подвоєного значення напруги, а при зміні полупериода і конденсатор С4 також заряджається до вказаного значення. Запуск пристрою здійснюється за кілька повних періодів напруги змінного струму. На виході виходить постійна фізична величина, яка складається з показників напружень послідовних, постійно заряджаються конденсаторів С2 і С4. В результаті отримаємо величину, в чотири рази більшу, ніж на вході. Ось за таким принципом і працює помножувач напруги.
Розрахунок схеми
При розрахунку необхідно задати необхідні параметри: вихідна напруга, потужність, змінне вхідна напруга, габарити. Не слід нехтувати і деякими обмеженнями: вхідна напруга не повинна перевищувати 15 кВ, частота його коливається в межах 5-100 кГц, значення на виході - не більше 150 кВ. На практиці застосовують пристрої з вихідною потужністю 50 Вт, хоча реально сконструювати помножувач напруги з вихідним показником, що наближається до 200 Вт Значення вихідної напруги безпосередньо залежить від струму навантаження і визначається за формулою:
U вих = N * U вх - (I (N3 + + 9N2 / 4 + N / 2)) / 12FC, де
I - струм навантаження;
N - число ступенів;
F - частота вхідної напруги;
С - ємність генератора.
Таким чином, якщо задати значення вихідної напруги, струму, частоти і кількості ступенів, можливо вирахувати необхідну ємність конденсаторів.
