Násobiče napätia

Multiplikátory napätia sú obvody, kde z napájania nízkym striedavým prúdom dostaneme veľmi vysoké jednosmerné napätie. Obvod multiplikátora napätia generuje napätie v násobkoch špičkového vstupného napätia striedavého prúdu, napríklad ak je špičkové napätie striedavého napätia 5 voltov, dostaneme 15 volt DC na výstupe, v prípade obvodu napäťového tripleru. Multimetr iba číta hodnotu RMS (stredné stredné napätie) striedavého napätia. Aby sme dostali hodnotu Peak, musíme vynásobiť hodnotu RMS na 1,414 (root 2).

Spravidla sú tu transformátory na zvýšenie napätia, ale niekedy nie sú realizovateľné kvôli ich veľkosti a cene. Obvody multiplikátora napätia je možné zostaviť pomocou niekoľkých diód a kondenzátorov, preto sú lacné a veľmi účinné v porovnaní s transformátormi. Obvody multiplikátora napätia sú veľmi podobné obvodom usmerňovača, ktoré sa používajú na prevod striedavého prúdu na jednosmerný prúd, ale obvody multiplikátora napätia nielenže prevádzajú striedavý prúd na jednosmerný prúd, ale môžu tiež generovať veľmi vysoké jednosmerné napätie.

Tieto obvody sú veľmi užitočné tam, kde je potrebné generovať vysoké jednosmerné napätie s nízkym striedavým napätím a je potrebný nízky prúd, ako napríklad v mikrovlnných rúrach, monitoroch CRT (katódové trubice) v televízii a počítačoch. Monitor CRT vyžaduje vysoké jednosmerné napätie a nízky prúd.

Zdvojovač napätia s plnou vlnou

Ako naznačuje názov, vstupné napätie sa cez tento obvod zdvojnásobí. Operácia je Zdvojovač plného vlnového napätia je veľmi jednoduchý:

Počas kladnej polovice cyklu sínusovej vlny striedavého prúdu sa dióda D1 dostane do predpätia a D2 do reverzného predpätia, takže kondenzátor C1 sa nabíja cez D1 na špičkovú hodnotu sínusovej vlny (Vpeak). A počas zápornej polovice cyklu sínusoidy je D2 predpätý a D1 skreslený, takže kondenzátor C2 sa nabíja cez D2 na Vpeak.

Teraz sú oba kondenzátory nabité na Vpeak, takže dostaneme 2 Vpeak (Vpeak + Vpeak) cez C1 a C2 bez pripojeného zaťaženia. Názov dostal podľa usmerňovača plnej vlny.

Obvod zdvojnásobenia polovičného napätia

Predtým sme tiež vytvorili obvod Voltage Doubler s časovačom 555 v Astabilnom režime a jednosmerným zdrojom. Tentokrát používame transformátor 220v AC a transformátor 9-0-9 na zníženie napätia 220v AC, aby sme mohli demonštrovať multiplikátor napätia na nepájivej doske.

Počas prvého kladného polovičného cyklu sínusoidnej vlny (AC) sa dióda D1 prepne dopredu a kondenzátor C1 sa nabije cez D1. Kondenzátor C1 sa nabíja až do špičkového napätia AC, tj. Vpeak.

Počas zápornej polovice cyklu sínusovej vlny vedie dióda D2 a D1 je spätne predpätý. D1 blokuje vybíjanie kondenzátora C1. Teraz sa kondenzátor C2 nabíja kombinovaným napätím kondenzátora C1 (Vpeak) a záporným vrcholom striedavého napätia, ktoré je tiež Vpeak. Takže kondenzátor C2 nabíja až 2V špičkový volt. Preto je napätie na kondenzátore C2 dvojnásobné ako vrchol V AC.

V nasledujúcom pozitívnom cykle sa kondenzátor C2 vybil do záťaže, ak je záťaž pripojená, a v ďalšom cykle sa nabije. Vidíme teda, že sa nabíja v jednom cykle a vybíja v ďalšom cykle, takže frekvencia zvlnenia sa rovná frekvencii vstupného signálu, tj. 50 Hz (sieťová sieť).

Obvod trojitého napätia

Aby sme vytvorili obvod napäťového tripleru, stačí pridať 1 ďalšiu diódu a kondenzátor do vyššie uvedeného obvodu zdvojnásobenia polovičného vlnového napätia podľa schémy zapojenia uvedenej nižšie.

Ako sme videli v obvode zdvojovača napätia, že v prvom kladnom pol cykle sa kondenzátor C1 nabije na Vpeak a kondenzátor C2 nabitý na 2 Vpeak v zápornom polovičnom cykle.

Teraz počas druhého kladného pol cyklu, diódy D1 a D3 vedú a D2 je spätne predpätý. Týmto spôsobom kondenzátor C2 nabíja kondenzátor C3 až na rovnaké napätie ako on, čo je 2 Vpeak.

Teraz sú kondenzátory C1 a C3 v sérii a napätie na C1 je Vpeak a napätie na C3 je 2 Vpeak, takže napätie v sériovom pripojení C1 a C3 je Vpeak + 2Vpeak = 3 Vpeak a dostaneme trojnásobné napätie vstupu Vpeak volt.

Štvornásobný obvod napätia

Pretože sme vytvorili obvod napäťového trojnásobku pridaním jednej diódy a kondenzátora do obvodu zdvojovača polovičnej vlny napätia, opäť musíme pridať ešte jednu diódu a kondenzátor do obvodu napäťového trojitého zosilňovača, aby sme vytvorili štvornásobný obvod napätia (4-násobok vstupného napätia).

V obvode Tripler napätia sme videli, že kondenzátor C1 sa nabíjal na Vpeak v prvom kladnom pol cykle, C2 sa nabíjal na 2 Vpeak v zápornom pol cykle a C3 sa nabíjal na 2 Vpeak v druhom kladnom pol cykle.

Teraz počas druhého záporného pol cyklu vedú diódy D2 a D4 a kondenzátor C4 je nabitý na 2Vpeak kondenzátorom C3, ktorý je tiež na 2 Vpeak. A dostaneme štyrikrát Vpeak (4Vpeak) cez kondenzátor C2 a C4, pretože oba kondenzátory sú na 2 Vpeak.

V obvodoch napäťového multiplikátora napätie prakticky nie je násobkom špičkového napätia, výsledné napätie je menšie ako násobky z dôvodu určitého poklesu napätia na diódach, takže výsledné napätie bude:

Vout = Násobiteľ * Vpeak - napätie klesá na diódach

Nevýhodou tohto typu obvodov multiplikátora je vysoká frekvencia zvlnenia a je veľmi ťažké vyhladiť výstup, aj keď použitie veľkej hodnoty kondenzátorov môže pomôcť znížiť vlnenie. A výhodou obvodu je, že môžeme generovať veľmi vysoké napätie zo zdroja nízkeho napätia.

Môžeme generovať oveľa vyššie napätie a môžeme pridať 5-krát, 6-krát, 7-krát a viac, napätie špičkového striedavého napätia, pridaním ďalších diód a kondenzátorov. Môžeme tiež generovať vysoké záporné napätie iba obrátením polarity diód a kondenzátorov v tomto obvode. Teoreticky môžeme napätie nekonečne znásobiť, ale prakticky to nie je možné kvôli kapacite kondenzátorov, nízkemu prúdu, vysokému zvlňovaniu a mnohým ďalším faktorom.

Video:

Poznámky:

• Napätie sa nebude násobiť okamžite, ale bude sa zvyšovať pomaly a po nejakom čase sa nastaví na trojnásobok vstupného napätia.
• Menovité napätie kondenzátorov by malo byť najmenej dvojnásobok vstupného napätia.
• Výstupné napätie nie je presne vstupným napätím Multiple of Peak, bude menšie ako vstupné napätie.