Помножувачі напруги

Помножувачі напруги - це схеми, де ми отримуємо дуже високу напругу постійного струму від джерела низької напруги змінного струму; схема множника напруги генерує напругу, кратну піковій вхідній напрузі змінного струму, наприклад, якщо пікова напруга змінної напруги становить 5 вольт, ми отримаємо вольт постійного струму на виході, у випадку схеми триплера напруги. Мультиметр зчитує лише середньоквадратичне значення (середня середня напруга) змінної напруги, нам потрібно помножити середньоквадратичне значення на 1,414 (корінь 2), щоб отримати пікове значення.

Як правило, трансформатори існують для збільшення напруги, але іноді трансформатори неможливі через їх розмір та вартість. Схеми множника напруги можна побудувати за допомогою декількох діодів і конденсаторів, отже, вони є низькими за ціною і дуже ефективними в порівнянні з трансформаторами. Схеми множника напруги дуже схожі на схеми випрямлячів, які використовуються для перетворення змінного струму в постійний, але схеми множника напруги не тільки перетворюють змінний в постійний, але також можуть генерувати дуже ВИСОКУ напругу постійного струму.

Ці схеми дуже корисні там, де потрібно генерувати високу напругу постійного струму з низькою напругою змінного струму і потрібен низький струм, як у мікрохвильових печах, моніторах ЕЛТ (електронно-променевих труб) у телевізорі та комп’ютерах. ЕЛТ-монітор вимагає високої постійної напруги з низьким струмом.

Повнохвильовий дублер напруги

Як випливає з назви, вхідна напруга подвоюється через цю схему. Робота в режимі подвоєння напруги повної хвилі дуже проста:

Під час позитивного напівцикла синусоїдальної хвилі змінного струму діод D1 зміщується вперед, а D2 зміщується в зворотному напрямку, тому конденсатор C1 заряджається через D1 до пікового значення синусоїди (Vpeak). І під час негативного напівцикла синусоїди D2 зміщується вперед, а D1 ухиляється, тому конденсатор C2 отримує заряд через D2 до Vpeak.

Тепер обидва конденсатори заряджені на Vpeak, тому ми отримуємо 2 Vpeak (Vpeak + Vpeak), через C1 і C2, без підключеного навантаження. Він названий на честь повного хвильового випрямляча.

Подвійний ланцюг напівхвильової напруги

Раніше ми також створили схему подвійного напруги з таймером 555 в режимі Astable та джерелом постійного струму. Цього разу ми використовуємо трансформатор змінного струму 220 В та трансформатор 9-0-9 для зниження напруги змінного струму 220 В, щоб ми могли продемонструвати множник напруги на макетній панелі.

Під час першого позитивного напівцикла синусоїдальної хвилі (змінного струму) діод D1 зміщується вперед, а конденсатор C1 заряджається через D1. Конденсатор С1 заряджається до пікової напруги змінного струму, тобто Vpeak.

Під час негативного напівцикла синусоїди діод D2 проводить, а D1 зворотно зміщений. D1 блокує розряд конденсатора C1. Тепер конденсатор С2 заряджається спільною напругою конденсатора С1 (Vpeak) і негативним піком змінної напруги, який також є Vpeak. Отже, конденсатор С2 заряджається до 2Впіку вольт. Отже, напруга на конденсаторі C2 в два рази перевищує Vpeak змінного струму.

У наступному позитивному циклі конденсатор С2 розряджається в навантаження, якщо навантаження підключено, і заряджається в наступному циклі. Отже, ми можемо бачити, що він заряджається за один цикл, а розряджається в наступному, тому частота пульсацій дорівнює частоті вхідного сигналу, тобто 50 Гц (мережа змінного струму).

Схема триплера напруги

Щоб побудувати схему триплера напруги, нам просто потрібно додати ще 1 діод і конденсатор до вищезазначеної напівхвильової схеми дублера напруги згідно схеми нижче.

Як ми бачили в ланцюзі дублювача напруги, конденсатор C1 першого позитивного напівцикла заряджається до Vpeak, а конденсатор C2 заряджається до 2Vpeak за негативного напівперіоду.

Тепер під час другого позитивного напівцикла діоди D1 і D3 проводять, а D2 отримують зворотне упередження. Таким чином конденсатор С2 заряджає конденсатор С3 до тієї самої напруги, що і сам, що становить 2 Впік.

Тепер конденсатори C1 і C3 послідовно розташовані, а напруга на C1 дорівнює Vpeak, а напруга на C3 дорівнює 2 Vpeak, отже, напруга на послідовному підключенні C1 і C3 дорівнює Vpeak + 2Vpeak = 3 Vpeak, і ми отримуємо потрійну напругу на вході Vpeak вольт.

Четверний ланцюг напруги

Оскільки ми побудували схему триплера напруги, додавши один діод і конденсатор в схему подвійного напруги напівхвильової напруги, нам знову потрібно просто додати ще один діод і конденсатор до схеми триплера напруги, щоб побудувати ланцюг напруги в чотири рази (4 рази більше вхідної напруги)

Ми бачили в схемі триплера напруги, що конденсатор C1 заряджається до Vpeak в першому позитивному півперіоді, C2 заряджається до 2Vpeak в негативному півперіоді, а C3 також заряджається в 2Vpeak в другому позитивному півциклі.

Зараз під час другого негативного напівцикла діоди D2 і D4 проводять, і конденсатор С4 заряджається до 2Впіку конденсатором С3, який також знаходиться на 2Впіку. І ми отримуємо в чотири рази Vpeak (4Vpeak) через конденсатор C2 і C4, оскільки обидва конденсатори знаходяться на рівні 2 Vpeak.

У схемах множника напруги практично напруга не є точно кратною піковій напрузі, результуюча напруга менше кратних через деяке падіння напруги на діодах, тому результуюча напруга буде:

Vout = Множник * Vpeak - напруга падає на діодах

Недоліком цього типу схем множників є висока пульсаційна частота, і дуже важко згладити вихід, хоча використання великих значень конденсаторів може допомогти зменшити пульсації. А перевага схеми полягає в тому, що ми можемо генерувати дуже високу напругу від низьковольтного джерела живлення.

Ми можемо генерувати набагато вищу напругу і можемо отримати в 5 разів, 6 разів, 7 разів і більше напругу пікової напруги змінного струму, додавши більше діодів і конденсаторів. Ми також можемо генерувати високу негативну напругу, просто змінивши полярність діодів та конденсаторів у цій схемі. Теоретично ми можемо помножувати напругу нескінченно, але практично це неможливо через ємність конденсаторів, слабкий струм, велику пульсацію та багато інших факторів.

Відео:

Примітки:

• Напруга не буде миттєво множитися, але вона буде повільно зростати, і через деякий час вона буде встановлена ​​на Тричі вхідної напруги.
• Номінальна напруга конденсаторів повинна бути принаймні вдвічі більшою за вхідну напругу.
• Вихідна напруга не є точно кратною піковою вхідною напругою, вона буде меншою за вхідну напругу.