Latour çarpma şeması. Voltaj çarpanları devresi

voltaj katlayıcı azaltılmış elde etmek için uygulanan alternatif akım voltajı daha yüksek voltaj doğru akım. Voltaj katlayıcı devresi oldukça basittir ve kural olarak sadece dört bileşenden oluşur - iki doğrultucu ve iki.

Gerilim katlayıcının açıklaması

Bu voltaj çiftleyici devrede, C1 diyotu VD1 () üzerinden her pozitif yarım döngüde şarj edilir. C1 kondansatörü üzerindeki voltaj yaklaşık olarak giriş AC voltajının 1,414 faktörüyle (U tepe / U etkin) çarpımına eşittir veya girişe 220 V AC uygulanırsa yaklaşık 311 volttur.

Kapasitans C2, 311 volta kadar her negatif yarım döngüde bir diyot VD2 üzerinden şarj edilir. Her iki kapasitör de seri bağlandığından, çıkışta 622 voltluk sabit bir voltaj elde edeceğiz.

Bu devre, doğru diyot ve kapasitör seçimi yapıldığı sürece herhangi bir giriş AC voltajıyla çalışacaktır. Devrenin düzgün çalışması için gereklidir. 200 ohm, büyük kapasitörler kullanılırken ani akımları sınırlamak için tasarlanmıştır. Değeri kritik değildir.

Ayrıca doğrultucunun sekonder sargısından alınan gerilim alternatif gerilim kaynağı olarak kullanılabilir. Bu seçenek tasarımda uygulandı.

Dikkat. Voltaj çiftleyici devresi trafosuz yapıldığından elektrik çarpmaması için çok dikkatli olunmalıdır.

Devre problemlerini çözerken, çıkış gerilimini artırmak için transformatör kullanımından uzaklaşmanın gerekli olduğu durumlar vardır. Bunun nedeni çoğu zaman, ağırlık ve boyut göstergelerinden dolayı yükseltici dönüştürücülerin cihazlara dahil edilmesinin imkansızlığı olarak ortaya çıkıyor. Böyle bir durumda çözüm çarpan devresi kullanmaktır.

Voltaj çarpanı - tanım

Elektrik çarpanını kastettikleri bir cihaz, voltajı dönüştürmenize izin veren bir devredir. alternatif akım veya sabite doğru atımlı, ancak değer olarak daha yüksek. Cihazın çıkışındaki parametre değerinin artması devrenin kademe sayısı ile doğru orantılıdır. Var olan en temel voltaj çarpanı, bilim adamları Cockcroft ve Walton tarafından icat edildi.

Elektronik endüstrisi tarafından geliştirilen modern kapasitörler, küçük boyut ve nispeten büyük kapasitans ile karakterize edilir. Bu, birçok şemayı yeniden inşa etmeyi ve ürünü piyasaya sürmeyi mümkün kıldı. farklı cihazlar. Diyotlar ve kapasitörler kendi sıralarında bağlanmış bir voltaj çarpanı monte edildi.

Elektriği artırma işlevine ek olarak, çarpanlar aynı anda onu AC'den DC'ye dönüştürür. Bu, cihazın genel devresinin basitleştirilmesi ve daha güvenilir ve kompakt hale gelmesi açısından uygundur. Cihazın yardımıyla birkaç bin volta kadar bir artış elde edilebilir.

cihaz nerede kullanılır

Çoğaltanlar yolunu buldu farklı şekiller cihazlar, bunlar şunlardır: lazer pompalama sistemleri, sıvı kristal ekranları arkadan aydınlatmak için yüksek voltajlı ünitelerinde X-ışını dalgası radyasyon cihazları, iyon tipi pompalar, yürüyen dalga lambaları, hava iyonlaştırıcılar, elektrostatik sistemler, temel parçacık hızlandırıcılar, kopyalama makineleri, kineskoplu televizyonlar ve osiloskoplar ve ayrıca küçük bir akım gücünde yüksek doğrudan elektriğin gerekli olduğu yerler.

Gerilim çarpanının çalışma prensibi

Devrenin nasıl çalıştığını anlamak için, sözde çalışmalarına bakmak daha iyidir. evrensel cihaz. Burada aşama sayısı tam olarak belirtilmemiştir ve çıkış elektriği şu formülle belirlenir: n * Uin = Uout, burada:

• n, mevcut devre aşamalarının sayısıdır;
• Uin, cihazın girişine uygulanan voltajdır.

İlk anda, diyelim ki ilk pozitif yarım dalga devreye geldiğinde, giriş aşaması diyotu bunu kapasitörüne iletir. İkincisi, gelen elektriğin genliğine göre şarj edilir. İkinci negatif yarım dalga ile birinci diyot kapanır ve ikinci aşamanın yarı iletkeni, yine şarj olan kapasitörüne kadar onu başlatır. Ayrıca, ikinciye seri olarak bağlanan ilk kapasitörün voltajı sonuncuya eklenir ve kaskadın çıkışı zaten iki katına çıkar.

Sonraki her aşamada aynı şey olur - bu, voltaj çarpanının ilkesidir. Ve ilerlemeye sonuna kadar bakarsanız, çıkış elektriğinin girişi belirli sayıda aştığı ortaya çıkıyor. Ancak bir transformatörde olduğu gibi, buradaki akım gücü potansiyel farktaki artışla azalacaktır - enerjinin korunumu yasası da çalışır.

Çarpan oluşturma şeması

Devrenin tüm zinciri birkaç bağlantıdan toplanır. Kondansatör üzerindeki voltaj çarpanının bir halkası yarım dalga tipi doğrultucudur. Cihazı elde etmek için, her biri bir diyot ve bir kapasitöre sahip iki seri bağlı bağlantıya sahip olmak gerekir. Böyle bir devre elektriğin iki katıdır.

Klasik versiyondaki voltaj çoğaltma cihazının grafiksel gösterimi, diyotların köşegen konumu ile görünür. Yarı iletkenlerin dahil edilme yönü, çarpanın çıktısında ortak noktasına göre hangi potansiyelin - negatif veya pozitif - bulunacağına bağlıdır.

Negatif ve pozitif potansiyele sahip devreleri birleştirirken, cihazın çıkışında iki kutuplu bir devre elde edilir.Bu yapının bir özelliği, kutup ile ortak nokta arasındaki elektrik seviyesini ölçerseniz ve giriş voltajını 4 kat aşmasıdır. kez, o zaman kutuplar arasındaki genliğin büyüklüğü zaten 8 kat artacaktır.

Bir çoğaltıcıda, ortak nokta (ortak kabloya bağlı olan), besleme kaynağının çıkışının diğer seri bağlı kapasitörlerle gruplanmış bir kapasitörün çıkışına bağlandığı nokta olacaktır. Bunların sonunda, çıkış elektriği çift elemanlarda - çift katsayıda, sırasıyla tek kapasitörlerde, tek katsayıda alınır.

Çarpandaki pompalama kapasitörleri

Başka bir deyişle, sabit voltaj çarpanının cihazında, beyan edilene karşılık gelen çıkışta parametreyi ayarlamak için belirli bir geçici süreç vardır. Bunu görmenin en kolay yolu elektriği ikiye katlamaktır. Yarı iletken D1 aracılığıyla, kapasitör C1 tam değerine şarj edildiğinde, sonraki yarım dalgada, elektrik kaynağıyla birlikte aynı anda ikinci kapasitörü şarj eder. C1'in yükünü tamamen C2'ye bırakacak zamanı yoktur, bu nedenle ilk başta çıkışta çift potansiyel farkı olmaz.

Üçüncü yarım dalgada, birinci kondansatör yeniden şarj edilir ve ardından C2'ye bir potansiyel uygular. Ancak ikinci kondansatördeki voltaj zaten birincinin ters yönüne sahip. Bu nedenle, çıkış kondansatörü tam olarak şarj edilmemiştir. Her yeni döngüde, C1 elemanındaki elektrik girişe yönelecek, C2 voltajı iki katına çıkacak.

Çarpan nasıl hesaplanır

Çarpan cihazını hesaplarken, yük için gereken akım (In), çıkış voltajı (Uout), dalgalanma katsayısı (Kp) olan başlangıç ​​verileri üzerine inşa etmek gerekir. Kondansatör elemanlarının μF cinsinden ifade edilen kapasitansının minimum değeri şu formülle belirlenir: C (n) \u003d 2,85 * n * In / (Kp * Uout), burada:

• n, giriş elektriğinin artma sayısıdır;
• In - yükte akan akım (mA);
• Kp - titreşim katsayısı (%);
• Uout - cihazın çıkışında alınan voltaj (V).

Hesaplamalarla elde edilen kapasitans iki veya üç kat arttırılarak, C1 devresinin girişindeki kapasitörün kapasitans değeri elde edilir. Elemanın bu değeri, çıkıştaki voltajın tam değerini hemen almanızı ve belirli sayıda süre geçene kadar beklemenizi sağlar. Yükün çalışması, elektriğin nominal çıkışa yükselme hızına bağlı olmadığında, kapasitörün kapasitansı hesaplanan değerlerle aynı alınabilir.

Diyot voltaj çarpanının dalgalanma faktörünün %0,1'i geçmemesi yük için en iyisidir. %3'e varan dalgalanmaların varlığı da tatmin edicidir. Devrenin tüm diyotları, yükteki değerinin iki katı akım gücüne serbestçe dayanabilecekleri şekilde hesaplamadan seçilir. Aygıtı büyük bir doğrulukla hesaplama formülü şuna benzer: n*Uin - (In*(n3 + 9*n2/4 + n/2)/(12 *f* C))=Uout, burada:

• f - cihaz girişindeki voltaj frekansı (Hz);
• C - kapasitör kapasitansı (F).

Avantajlar ve dezavantajlar

Bir voltaj çarpanının avantajlarından bahsetmişken, aşağıdakilere dikkat çekilebilir:

• Çıkışta önemli miktarda elektrik elde etme yeteneği - zincirde ne kadar çok bağlantı varsa, çarpma faktörü o kadar büyük olacaktır.

• Tasarımın basitliği - her şey standart bağlantılar ve nadiren başarısız olan güvenilir radyo öğeleri üzerinde toplanır.
• Ağırlık ve boyut göstergeleri - gibi hacimli elemanların olmaması güç transformatörü, devrenin boyutunu ve ağırlığını azaltın.

Herhangi bir çoğaltıcı devrenin en büyük dezavantajı, yüke güç sağlamak için ondan büyük bir çıkış akımı elde etmenin imkansız olmasıdır.

Çözüm

için bir voltaj çarpanı seçme belirli cihaz. bunu bilmek önemli simetrik devreler dalgalanma faktörü açısından asimetrik olanlardan daha iyi parametrelere sahiptir. Bu nedenle, hassas cihazlar için daha kararlı çarpanların kullanılması daha uygundur. Asimetrik, üretimi kolay, daha az eleman içerir.

Elektriksel gücü sağlama ihtiyacından dolayı, yüksek gerilim transformatörlerinin boyutları ve ağırlıkları çok büyük olmaktadır. Bu nedenle, yüksek voltajlı düşük güçlü güç kaynaklarında voltaj çarpanlarının kullanılması daha uygundur. Gerilim çarpanları, kapasitif yük tepkili doğrultma devrelerine dayalıdır. Bu tür devrelerin çalışma prensibi, seri bağlı kondansatörlerin her birinin, transformatörün nispeten düşük voltajlı sekonder sargısından valfleri (diyotlar) aracılığıyla ayrı ayrı şarj edilmesidir, ancak kondansatörler yüke göre seri bağlandığından, toplam voltaj, tüm kapasitörlerdeki voltajların toplamına eşit olacak, ardından devrenin çıkış voltajı, geleneksel bir doğrultucu voltajına kıyasla çarpılacaktır.

Çarpma devresinin iç direnci, kademe sayısı arttıkça artar, bu nedenle yüksek dirençli yüklerde çalışması gerekir. En yaygın olarak kullanılanlar tek fazlı simetrik ve asimetrik voltaj çoğaltma devreleridir.

Simetrik gerilim çoğaltma devreleri, transformatörün sekonder sargısına bağlanma şekli bakımından dengesiz olanlardan farklıdır.

Tek fazlı asimetrik çarpma devreleri seri bağlantı birkaç özdeş tek çevrim devreleri kapasitif doğrultucular

Şekilde gösterilen devrede, sonraki her kondansatör daha yüksek bir voltajla şarj edilir. Eğer EMF ikincil Transformatörün sargısı noktadan yönlendirilir. A diyeceğim şey şu ki B sonra birinci valf açılır ve C1 kondansatörü şarj olur. Bu kapasitör, transformatörün U2m sekonder sargısındaki gerilim genliğine eşit bir gerilime şarj edilecektir. İkincil sargının EMF'si değiştiğinde, ikinci kapasitörün şarj akımı devre boyunca akacaktır: nokta A, kondansatör C1, valf VD2, kondansatör C2, nokta B. Bu durumda, C2 kondansatörü bir voltaja şarj edilir. UC2=U2m+UC1=2U2m, çünkü transformatörün sekonder sargısı ve C1 kondansatörü seri ve koordineli olarak bağlıydı. İkincil sargının EMF yönündeki müteakip bir değişiklikle, üçüncü kapasitör C3 devre boyunca şarj edilir: nokta B, C2, VD3, C3 noktası A ikincil sargı. Kondansatör C3 gerilime şarj edilecek UC3 = U2m+UC2≈3U2m ve benzeri.

Böylece, sonraki her kapasitörde voltaj oranı şuna karşılık gelir: UCn = nU2m.

Gerekli yüksek voltaj, bir kondansatör Cn'den çıkarılır.

Aşağıdaki şekilde gösterilen devrede, kondansatörlerdeki en yüksek voltaj, sekonder sargıdaki voltajın iki katına eşittir.

Sekonder sargının voltajının ilk yarım döngüsünde, kapasitör C1, valf VD1 yoluyla sekonder sargının U2m voltajının genlik değerine yüklenir. İkinci yarım döngüde, transformatörün sekonder sargısının voltajı yön değiştirecek ve C1 kondansatörünün voltajına göre açılacaktır. Kondansatör C2, VD2 valfi aracılığıyla bu voltajların toplamı 2U2m olacak şekilde şarj edilecektir.

Bir sonraki yarım döngüde, C3 kondansatörü VD3 valfi üzerinden şarj edilir. Voltaja göre şarj olur:

UC3 = -UC1 + U2m + UC2 = -U2m+U2m + 2U2m = 2U2m

Devrenin geri kalan kapasitörlerinin sekonder sargı voltajının iki katına kadar şarj edildiğini görmek kolaydır. Bu devrede, birincisinden farklı olarak, çoğaltılan voltaj bir değil, birkaç kapasitörden çıkarılır.

Çoğaltma devrelerinde yük akımındaki artışla birlikte çıkış voltajı önemli ölçüde azalır. Ele alınan çarpma devrelerindeki dalgalanma frekansı, ağ frekansına eşittir.

Çarpma devresinin son kondansatöründeki voltaj, yalnızca transformatörün sekonder sargısının voltajının, çarpma faktörüne karşılık gelen, yani bir süre sonra bu yarım döngüsünden sonra görünecektir. tt = nT/2, burada T, düzeltilmiş voltajın periyodudur.

Latour devresi (voltaj ikiye katlama)

Latour devresi, köprünün iki kolunun VD1 VD2 valflerinde anahtarlandığı ve diğer iki kolun C1 C2 kapasitörleri olduğu bir köprü devresidir. Transformatörün sekonder sargısı köprünün köşegenlerinden birine, yük diğerine bağlanır. Gerilim katlama devresi, seri bağlı ve transformatörün bir sekonder sargısından çalışan iki yarım dalga devresi olarak temsil edilebilir. İlk yarım döngüde, noktanın potansiyeli A sekonder sargı noktasına göre pozitiftir B, VD1 valfi açılır ve C1 kondansatörünün şarjı başlar. Bu andaki akım, ikincil sargı VD1 ve C1'den akar.

İkinci yarım döngüde, C2 kondansatörü şarj olur. C2 kondansatörünün şarj akımı sekonder sargı C2 ve VD2'den akar.

C1 ve C2, Rn1 yük direncine göre seri bağlanır ve yük üzerindeki gerilim, UC1 ve UC2 gerilimlerinin toplamına eşittir.

Voltaj ikiye katlama devresi, 50 W'a kadar çıkış gücü ve 500-1000V ve üzeri doğrultulmuş voltaj için kullanılır.

Planın ana avantajı, artan frekans dalgalanma, düşük ters akım iki fazlı bir devreye kıyasla diyotlarda ve bu yeterlidir tam kullanım transformatör. Dezavantajları, diyot akımının artan değerini içerir.

Modern elektronik pazarında minyatür kapasitörler ortaya çıktıktan sonra, geniş kapasite, kullanmak mümkün hale geldi elektronik devreler gerilim çoğaltma tekniği. Bu amaçlar için özel bir cihaz geliştirildi - belirli bir sırayla bağlanan diyotlara ve kapasitörlere dayanan bir voltaj çarpanı. Bu cihazın çalışmasının özü, düşük voltajlı bir kaynaktan elde edilen alternatif voltajı yüksek voltajlı doğru akıma dönüştürmektir.

Bu cihazların boyutlarının küçük olması nedeniyle tasarlanan elektronik cihazların son boyutları da oldukça küçülmüştür. Schenkel voltaj çarpanı ve belirli ekipman için tasarlanmış diğer devreler dahil olmak üzere bu cihazların çeşitli versiyonları vardır.

Gerilim çarpanları hakkında genel bilgiler

Elektronikte gerilim çarpanları, giriş gerilim seviyesini yukarıya çeviren özel devrelerdir. Aynı zamanda, bu cihazlar düzeltme işlevini de yerine getirir. Çarpanlar, tasarımının karmaşıklığı ve büyük boyutu nedeniyle genel devrede ek bir yükseltici transformatör kullanılmasının istenmediği durumlarda kullanılır.

Bazı durumlarda, sekonder sargının dönüşleri arasında bir arıza meydana gelebileceğinden, transformatörler voltajı gerekli seviyeye yükseltemezler. Kendin yap katlayıcılar için çeşitli seçeneklerin nasıl yapılacağı problemini çözerken bu özellikler dikkate alınmalıdır.

Çarpan devreleri genellikle kapasitif bir yük üzerinde çalışan tek fazlı yarım dalga doğrultucuların özelliklerini ve özelliklerini kullanır. Bu cihazların çalışması sırasında belirli noktalar arasında giriş voltajının değerini aşan bir voltaj oluşur. Devrede bulunan diyotun sonuçları bu noktalar gibi davranır. Bunlara aynı doğrultucudan başka bir tane daha bağladığınızda asimetrik bir voltaj çiftleyici devre elde edersiniz.

Böylece, bir yükseltici cihaz olarak her voltaj çarpanı dengelenebilir ve dengesiz olabilir. Ek olarak, hepsi birinci ve ikinci türden kategorilere ayrılır. Simetrik çarpan devresi birbirine bağlı iki asimetrik devreden oluşur. Bunlardan biri, kapasitörlerin polaritesinde ve diyotların iletkenliğinde bir değişikliğe sahiptir. Simetrik çarpanlar en iyi elektriksel özelliklere sahiptir, özellikle doğrultulmuş voltaj çift dalgalanma frekansına sahiptir.

Bu tür cihazların çeşitli türleri, elektronik aparat ve ekipmanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu cihazların yardımıyla çarpma yapmak ve onlarca, yüzbinlerce voltluk voltajlar elde etmek mümkün hale geldi. Voltaj çarpanlarının kendileri düşük ağırlıkları, küçük boyutları ile ayırt edilirler, üretimleri ve daha fazla çalıştırmaları kolaydır.

Çalışma prensibi

Bir voltaj çarpanının nasıl çalıştığını hayal etmek için, düşünün en basit cihazşekilde gösterilmiştir. Voltajın negatif yarı döngüsü harekete geçtiğinde, D1 diyotu açılır ve bunun üzerinden C1 kondansatörü şarj edilir. Yük, uygulanan voltajın genlik değerine eşit olmalıdır.

Pozitif dalgalı bir periyot oluştuğunda, bir sonraki kapasitör C2, diyot D2 aracılığıyla şarj edilir. Bu durumda yük, uygulanan gerilime göre yüksek çift değerler elde eder.

Ardından, C3 kondansatörünün iki kat değere şarj edildiği negatif yarım döngü gelir. Aynı şekilde, yarım çevrimin bir başka değişimi sırasında, C4 kondansatörü yine çift değerle şarj edilir.

Cihazı başlatmak için, diyotlarda voltaj oluşturan birkaç döngü sayısında tam voltaj periyotları gereklidir. Çıkışta elde edilen gerilim değeri, seri bağlı ve sürekli yüklü olan C2 ve C4 kondansatörlerinin gerilimlerinin toplamından oluşur. Sonuçta, giriş voltajının değerinin 4 katı olan çıkış AC voltajının değeri oluşur. Bu, voltaj çarpanının çalışma prensibidir.

Tamamen şarj edilmiş ilk kapasitör C1, sabit bir voltaj değerine sahiptir. Yani, hesaplamalarda kullanılan Ua sabit bileşeninin işlevini yerine getirir. Bu nedenle, aynı prensibe göre yapılmış ek bağlantılar bağlayarak çarpanın potansiyelini daha da artırmak mümkündür, çünkü bu bağlantıların her birindeki diyotlar üzerindeki voltaj, giriş voltajı ve sabit bileşenin toplamına eşit olacaktır. Bu nedenle, gerekli değere sahip herhangi bir çarpma faktörü elde edilir. İlki hariç tüm kapasitörlerdeki voltaj 2x Ua'ya eşit olacaktır.

Çarpan tek bir faktör kullanıyorsa, yükü bağlamak için devrenin tepesinde bulunan kapasitörler kullanılır. Aksine, daha düşük kapasitörler söz konusu olduğunda bile.

Çarpan devresinin yaklaşık hesabı

Hesaplamaya başlamadan önce, cihazın ana özellikleri ayarlanır. Bu, özellikle kendi ellerinizle bir voltaj çarpanı yapmanız gerektiğinde önemlidir. Öncelikle bunlar giriş ve çıkış voltaj değerleri, güç ve genel ölçülerdir. Voltaj parametreleriyle ilgili bazı sınırlamalar da dikkate alınmalıdır. Girişteki değeri 15 kV'dan fazla olmamalıdır, frekans aralığının sınırları 5 ila 100 kHz arasındadır.

Çıkış yüksek voltaj voltajının tavsiye edilen değeri 150 kV'dan yüksek değildir. Voltaj çarpanının çıkış gücü 50 W içindedir, ancak gücün 200 W'a bile ulaştığı daha yüksek parametrelere sahip bir cihaz oluşturmak mümkündür.

Çıkış voltajı, mevcut yüklerle doğrudan ilişkilidir ve aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir: Uout = N x Uin - (I (N3 + +9N2 /4 + N/2)) / 12FC, burada N, adım sayısına karşılık gelir , ben - akım yükü, F - giriş voltajı frekansı, C - jeneratör kapasitansı. Gerekli parametreleri önceden ayarlarsanız, verilen formül devrede kullanılan kapasitörlerin sahip olması gereken kapasitansı kolayca hesaplamanıza yardımcı olacaktır.