Как удвоить напряжение постоянного тока: Удвоитель напряжения – Удвоитель напряжения постоянного тока

Содержание

Удвоитель напряжения


Удвоитель постоянного напряжения
(однополупериодный)

Удвоитель напряжения означает, что напряжение на его выходе в два раза выше чем на выходе обычного выпрямителя. Удвоители, также как и обычные выпрямители, бывают двух типов: однополупериодные и двухполупериодные. На рисунке справа представлена схема обычного однополупериодного удвоителя с положительным напряжением на выходе. Однополупериодным умножителям напряжения присущи теже недостатки, что и аналогичным выпрямителям. Можно увидеть, что частота заряда конденсатора C1 равна частоте входного напряжения. Т.е. он заряжается один раз за период. Между этими циклами зарядки идёт цикл разрядки такой же длительности. Поэтому в этой схеме необходимо серьёзно отнестись к сглаживанию пульсаций.

 

Двухполупериодный удвоитель напряжения

Но более распространён двухполупериодный удвоитель напряжения. Сразу надо сказать, что как предыдущая схема, так и эта, может быть подключена к сети переменного напряжения напрямую, минуя трансформатор. Это если требуется напряжение, вдвое превышающее сетевое и не требуется гальваническая развязка с сетью.

В этом случае серьёзно повышаются требования к соблюдению техники безопасности!

Схема удвоителя напряжения
(двухполупериодный)

Резистор R0, как обычно, установлен для ограничения импульсов тока в диодах. Его значение сопротивления невелико и, как правило не превышает сотен ом. Резисторы R1 и R2 необязательны. Они установлены параллельно конденсаторам C1 и C2 для того, чтобы обеспечить разряд конденсаторов после отключения от сети и от нагрузки. Также, они обеспечивают выравнивание напряжения на C1 и C2.

Работа удвоителя очень похожа на работу обычного двухполупериодного выпрямителя. Разница в том, что здесь выпрямитель в каждом из полупериодов нагружен на свой конденсатор и заряжает его до амплитудного значения переменного напряжения. Удвоенное выходное напряжение получается путём сложения напряжения на конденсаторах.

В тот момент, когда напряжение в точке А относительно точки B положительно, через диод D1 заряжается конденсатор C1. Его напряжение практически равно амплитуде переменного напряжения вторичной обмотки конденсатора. В следующий полупериод напряжение в точке А отрицательно по отношению к точке B. В этом момент ток идёт через диод D2 и заряжает конденсатор C2 до такого же амплитудного значения. Так как конденсаторы соединены последовательно по отношению к нагрузке, то мы получаем сумму напряжений на этих конденсаторах, т.е. удвоенное напряжение.

Конденсаторы C1 и C2 желательно должны иметь одинаковую ёмкость. Напряжение этих электролитических конденсаторов должно превышать амплитудное значение переменного напряжения. Также должны быть равны и номиналы резисторов R1 и R2.

 

Удвоитель напряжения постоянного тока

Вместе с каналом “Обзоры посылок и самоделки от jakson” будем собирать схему.

Автор видео ищет интересные применения микросхеме-таймеру NE 555, на раз это удвоитель напряжения. Это, пожалуй, одна из самых простых, доступных схем без использования трансформаторов, катушек, других деталей, которые порой трудно найти.

Микросхема и другие радиодетали в этом китайском магазине.

Схема может увеличить напряжение постоянного тока с 12 до 24 V, но при этом есть один недостаток, ток не высокий, буквально до 50 мА. Понадобится подобный удвоитель напряжения только для устройств с малым потреблением. Но бывает еще одна его версия с использованием транзисторов, там уже ток будет повыше.

Схема удвоителя напряжения 12-24 вольта

Удвоитель напряжения постоянного тока

Из деталей, которые понадобятся для сборки и пайки, это таймер NE 555, 2 резистора один на 15К, другой на 27 К, 2 неполярных конденсатора на 0,01 мкФ, 3 полярных конденсатора, 2 из которых имеют емкость 330 мкФ, один на 470 мкФ. Ну, последнее, это 2 диода, указано 1N4001, но на самом деле для сборки этой схемы подойдет, большинство других диодов.

Все детали, которые понадобятся, отставил в сторонку. Будем все собирать на макетной печатной плате. Сначала не совсем уверен в работоспособности, тем более в надежности этой схемы, поскольку брал ее из непроверенного источника. Но на данный момент единственный способ проверить – это ее собрать. Самому интересно будет ли она работать.

Рассмотрим как собирать подобные устройства, поскольку новички часто задают подобный вопрос в личных сообщениях, поэтому решил его разъяснить.

Удвоитель напряжения постоянного тока

Удвоитель напряжения постоянного тока

Начнем с того, что собирается все довольно-таки просто и, пожалуй, подобные схемы не намного сложнее каких-нибудь радиоконструкторов.

Все линии, примыкающие к деталям, к выводам, являются проводниками, они всегда параллельны или составляют между собой угол в 90 градусов, иначе быть не может. В местах их соединений используются точки, а там, где соединений нет, точки соответственно тоже не будет, то есть эти 2 проводника между собой не соединяются. Все детали в схеме имеют свое обозначение, отличаются по форме. Перечень всех маркировок вы сможете найти в интернете, они там все будут подписаны. Бывает так, что маркировка одной, той же детали в разных случаях может отличаться, поскольку это зависит от автора, от источника. Например, те же самые резисторы могут отличаться зигзагами, поэтому все детали подписаны, например R1, R2 это резисторы, C1, C2 – конденсаторы, VD1, VD2 – диоды. Указаны номиналы. Так устроены не все схемы. Бывает, что эти номиналы указаны в отдельной таблице. Но в любом случае, каждая будет подписана своей маркировкой, номером. Хотя бывает, что, этого нет. Но, в таком случае, у всех будет подписан номинал.

По поводу номиналов на примере резисторов, конденсаторов.
Начнем с резисторов. Написано 15К. 15К – это 15 Кило, то есть буква «К» в конце обозначает «Килоом», если буквы «К» не будет – это «ом». В общем, все просто. Соответственно, 27К – 27 Килоом. Далее, конденсаторы. Уже немного сложнее. В нашем случае – это микрофарады, поскольку только они указываются с цифрой после запятой. Например, нанофарады, пикофарады так не указываются. Ну, также они обычно указываются буквами nf, pf, то есть нанофарады, пикофарады. Это то, что касается маркировки неполярных конденсаторов. А полярные конденсаторы всегда указываются в микрофарадах. По крайней мере, иного способа указаний ни разу не встречал. Хотя, возможно, в некоторых специфических схемах, используются большие величины. По крайней мере, пикофарады, нанофарады для обозначения полярных конденсаторов не используют.

Далее про полярности деталей. У некоторых она есть, у других нет. Например, у резисторов, неполярных конденсаторов полярности нет, то есть нет разницы – каким образом их устанавливать, куда какой вывод подсоединять, что не скажешь о полярных или как по-другому их называют электролитических конденсаторов, диодов. У этих деталей есть 2 разных вывода, один положительный, другой отрицательный. Например, в этой схеме у конденсаторов положительный вывод отмечен плюсом. Но опять же бывают другие, там маркировка немного отличается. Ну, соответственно другой контакт является отрицательным. А если ориентироваться по детали, например, если это новый конденсатор, то длинная ножка – это плюсовой контакт, короткая – минусовой. Или если деталь не новая, то проще будет ориентироваться по полоске со стороны минусового контакта. Такая белая полоска, ну, соответственно с минусом.

У диодов то же самое, только там положительный, отрицательный вывод называется по-другому – анод, катод. Анод – это положительный контакт, катод – отрицательный. Если ориентироваться по корпусу диода, то со стороны серой полоски находится отрицательный контакт, то есть катод. Действует такая же аналогия, как, с конденсаторами: если деталь новая, то положительный контакт будет длиннее.
Последняя деталь удвоителя напряжения – микросхема. В нашем случае 8-контактная. Каждый ее вывод пронумерован. Зачастую микросхема обозначается прямоугольной фигурой. Также бывают варианты треугольной. Опять же зависит от автора, источника.

Далее с 5 минуты на видео про сборку простого удвоителя напряжения. В представленной модели постоянный ток увеличивается с 12 до 24 вольт.

Как сделать простую схему удвоителя напряжения из диодов и конденсаторов, увеличиваем напряжение на выходной обмотке трансформатора.

 

 

 

 

Как сделать простую схему удвоителя напряжения из диодов и конденсаторов

 

Данная простая схема удвоителя, а если еще точнее говоря, то почти утроителя напряжения будет весьма полезна именно в тех случаях, когда у вас имеется трансформатор с пониженным напряжением, а на выходе нужно получить раза в два, два с половиной больше. Например, когда разбираешь какую нибудь старую электротехнику, то можно из нее вытащить силовой трансформатор. Когда же начинаешь на нем измерять выходное напряжение, то оказывается, что оно где-то 6, 7, 8 вольт. Хотя зачастую применяется 12, реже 15, и 24 вольта. Вот и поставив на выходную обмотку эту схему удвоителя напряжения мы из более низкого переменного напряжения можем получить более высокое, которое нам необходимо.

 

характеристики выходной мощности тока напряжения после удвоителя напряжения

Но, не все так просто в этой схеме. Закона сохранения энергии никто не отменял. То есть, наш трансформатор имеет максимальную выходную мощность, которая равна напряжение выходной обмотки в вольтах умноженное на силу максимального тока в амперах, который может обеспечить эта вторичная обмотка. Когда же мы к этой выходной обмотке подключим наш диодно конденсаторный удвоитель напряжения, то на его выходе будет увеличенное напряжение, но это произойдет за счет уменьшения силы тока на выходе. Следовательно повышение напряжения происходит за счет увеличенного потребления тока с выхода трансформатора.

 

 

 

 

Теперь разберемся в конкретных потерях этого тока. Потеря будет приблизительно равна больше чем 50%. То есть, на выходе удвоителя можно реально получить где-то 35-45% от 100%, что может обеспечить выходная обмотка трансформатора. Другими словами говоря. Если наш трансформатор при своем небольшом напряжении около 6 вольт мог выдавать допустим 1 ампер, то при использовании схемы удвоителя напряжения мы получим 14 вольт с максимальным выходным током где-то в 0,4 А.


Так что перед использованием подобных удвоителей напряжения учтите данный факт, касающейся этой самой потери по току. Если же ваш трансформатор на своей выходной обмотке имеет достаточно толстый провод и рассчитан на приличный ток, но при этом выдает пониженное напряжение, то применение таких удвоителей полностью оправдано.

 

принцип действия, работы удвоителя напряжения на диодах и конденсаторахНу, а теперь пару слов о принципе действия данного удвоителя напряжения. Итак, как известно переменный ток периодически меняет свою полярность. Его плюс и минус постоянно меняются местами, имея синусоидальную форму. Мы имеем два конденсатора, каждый из которых заряжается своей полуволной. То есть, диоды стоят таким образом, что при одной полярности переменного тока происходит заряд одного конденсатора, а при противоположной полярности заряжается второй конденсатор. В результате за один период происходит заряд обоих емкостей. Эти конденсаторы соединены между собой последовательно. Следовательно их суммарное напряжение будет в два раза больше, чем на каждом из них по отдельности. Но если измерить выходное напряжение на удвоителе, то оно окажется чуть более чем 2 раза от того, что выходит со вторичной обмотки трансформатора. Почему так происходит?

 

во сколько раз амплитудное значение напряжение больше действующегоДело в том, что существует так называемое действительное значение напряжения и амплитудное. Амплитудное значение в 1,41 раза больше действительного. Если посмотреть на графике, то максимальная точка, пик синусоиды переменного напряжения и будет амплитудным значением. В то время как усредненное значение этих синусоидальных напряженией будет соответствовать действительному значению напряжения. Когда происходит заряд конденсатора после выпрямительного диода, моста, то величина этого напряжения будет соответствовать амплитудному напряжению. То есть, наши 6 вольт переменного напряжения, что на выходе трансформатора увеличиваем в 1,41 и уже умножим на 2. И получаем итоговое напряжение на выходе нашего удвоителя, точнее почти утроителя, напряжения.

 

Теперь какие именно нужно ставить диоды и конденсаторы в схему удвоителя напряжения. Обратное напряжение диодов не должно быть меньше, чем то напряжение, которое у нас имеется на входе удвоителя напруги. А лучше иметь запас как по обратному напряжению, так и по прямому току не менее 25%. Ну, и прямой ток применяемых диодов должен быть больше, чем максимальный ток, что мы будем иметь на выходе схемы под нагрузкой. От емкости конденсаторов зависит как величина падения напряжения, так и сила максимального тока. То есть, чем больше емкость будут иметь конденсаторы, тем меньше будет падение напряжения при работе схемы, так и большую силу тока мы получим, протекающего через нагрузку. Конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение не меньше, чем выходное на трансформаторе (все тот же минимальный запас в 25%).

 

Видео по этой теме:

 

 

ps smail

простая схема стабилизатора напряжения на LM317 для удвоителя напряженияP.S. Для питание простых нагрузок, типа лампочки, светодиоды, нагреватели, простые схемы, не требующие особой стабильности данный удвоитель можно подключать напрямую. Но если вы планируете питать этим удвоителем более чувствительные к стабильному напряжению схемы, то придется применять еще стабилизаторы напряжения. К примеру можно использовать простой и недорогой стабилизатор на микросхеме LM317, или подобные ему. Да хотя бы поставить самый обычный стабилизатор напряжения на транзисторах и опорном стабилитроне, чего уже хватит для питания многих схем.

 

Удвоитель напряжения: особенности и принцип работы

Удвоитель – это устройство, которое предназначено для преобразования пульсирующего напряжения. Происходит данный процесс на каскадах. Стандартный удвоитель переменного напряжения состоит из набора конденсаторов и диода.

Также стоит отметить, что существуют низкочастотные модификации, которые производятся со стабилизаторами. Наиболее часто они встречаются в экранах. К основным параметрам модификаций стоит отнести полюсную проводимость, пороговое напряжение и перегрузку. Для того чтобы более подробно разобраться в удвоителях, стоит рассмотреть принцип работы модели.

удвоитель напряжения постоянного тока из 12 вольт

Принцип работы удвоителя

Принцип работы удвоителя построен на преобразовании напряжения. Для этого в устройстве имеется целая цепь конденсаторов. Они отличаются по полюсной проводимости и емкости. Диоды в данном случае крепятся на контакторах. При подаче напряжении на удвоитель включается в работу тиристор. Указанный элемент способен работать при определенных частотах.

В данном случае многое зависит от производителя модификации. У некоторых моделей применяется обкладка, которая выступает изолятором. Постоянный ток у моделей проходит через цепь конденсаторов. Выпрямление происходит на модуле, который является неотъемлемым элементом диода. При высоком выходном напряжении довольно часто возникают импульсные помехи. Также к недостаткам удвоителей можно отнести слабое усиление напряжения. Таких проблем нет у трансформаторов.

удвоитель напряжения

Модели низкой пульсации

Удвоитель напряжения низкой пульсации подходит для контроллеров и довольно часто устанавливаются на компараторах. Многие модели работают при низкой проводимости. Стабилизаторы используются с расширителями на диодной основе.

Сделать удвоитель напряжения своими руками можно с двумя конденсаторами. Непосредственно диод фиксируется на трансивере. Если говорить про показатели, то максимальная перегрузка составляет у моделей примерно 15 В. При этом коэффициент отклонения может достигать 10%.

Устройства высокой пульсации

Удвоитель напряжения высокой пульсации применяется в сети переменного тока. Довольно часто устройства можно встретить в бытовой технике. Указанные модификации выделяются хорошей проводимостью, поскольку у них используется несколько пар конденсаторов. Устанавливаются модели через тиристор. Многие модификации производятся с обкладкой и обладают хорошей защищенностью. Основным недостатком является высокая пороговая чувствительность. Дополнительно стоит обращать внимание на диоды. У некоторых моделей они применяются без расширителя. Удвоитель напряжения постоянного тока из 12 вольт работает при частоте 30 Гц.

расчет удвоителя напряжения

Особенности низкочастотных моделей

Низкочастотные удвоители устанавливаются на компараторах небольшой мощности. Если рассматривать простой удвоитель напряжения, то у него применяются три конденсатора. Диод в данном случае устанавливается на линейном резисторе. Проводимость в устройствах может довольно сильно повышаться. При этом частотность сохраняется за счет стабилизатора. У многих моделей имеется несколько изоляторов. При этом подключение удвоителя может происходить через трансивер. Наиболее распространенными принято считать модели на два триода.

Высокочастотные устройства

Высокочастотный удвоитель напряжения собирается на базе регулируемого конденсатора. У моделей применяется два диода. Проводимость у них составляет примерно 55 мк. Также стоит отметить, что в удвоителях данного типа довольно высокая чувствительность. Некоторые модификации собираются с емкостными стабилизаторами. Модели хорошо подходят под компараторы. Однако они не используются в лампах. Проблема в данном случае заключается в перегреве конденсаторов. Также стоит отметить, что модификации не способны работать при импульсных помехах.

удвоитель напряжения своими руками

Устройства для накачки лазера

Удвоитель напряжения для накачки лазера работает при высокой частоте. Модули для устройств используются лишь на конденсаторной основе. Многие модели показывают хорошую проводимость, но при этом номинальное напряжение составляет не более 10 В. В приборах применяются диоды разных типов.

Также стоит отметить, что на рынке представлены модификации с открытыми стабилизаторами. У них нет проблем с пригревом, однако модели не способны обеспечивать высокую частотность. Подключение устройств осуществляется через триоды. Также есть модификации на трансиверах. У них высокий параметр полюсной проводимости. Однако к недостаткам можно отнести быстрый износ конденсаторов, вызванный тепловыми потерями.

Устройства для систем рентгеновского излучения

В системах рентгеновского излучения довольно часто встречаются удвоители с конденсаторами проводного типа. У них неплохая проводимость, но есть проблемы с пониженной частотой. Многие модификации способны работать при высоком напряжении. Также стоит отметить, что устройства данного типа часто применяются в лампах. Многие модели оснащаются несколькими полюсными диодами. У них неплохая чувствительность, перегрузка в данном случае составляет 2 А при отклонении в 10%. Некоторые модификации выделяются емкостными конденсаторами. Подключение таких устройств осуществляется только через трансиверы.

Модели для подсветок

Удвоители для подсветок работают только при малой частоте, а номинальное напряжение, как правило, составляет около 10 В. У моделей могут устанавливаться конденсаторы разных типов. Расчет удвоителя напряжения осуществляется исходя из величины выходной проводимости и сопротивления.

Коэффициент перегрузки в основном равняется 2 А. Фильтры устанавливаются на изоляторах и обладают хорошей защищенностью. У многих моделей применяется несколько обкладок. Стабилизаторы встречаются не сильно часто. Резисторы используются как с переходником, так и без него. Найти модификации для подсветки на рынке довольно просто. Показатель фазового сопротивления у них стартует от 30 Ом.

удвоитель переменного напряжения

Устройства для дисплеев

Удвоители для дисплеев производятся с парными конденсорами. При этом фильтры устанавливаются только открытого типа. Некоторые модификации работают при частоте от 20 Гц. У них низкая проводимость при высокой чувствительности. Также на рынке представлены модификации на 30 Гц. У них используются линейные конденсаторы, а диод устанавливается на обкладках. Стабилизаторы часто применяются с регулируемым расширителем. Многие удвоители не подходят для компараторов. На входе проводимость едва превышает 5 мк.

удвоитель напряжения постоянного тока

Модели для ламп

Удвоители для ламп характеризуются высокой чувствительностью. Минимальная частота у них равняется 20 Гц. Моделям не страшны перегрузки, у них установлен фильтр от помех, который сильно помогает при повышенном напряжении. Многие модификации производятся с несколькими конденсаторами, у которых емкость составляет не более 50 пФ. Также стоит отметить, что производятся модели с несколькими диодами. Если рассматривать обычный удвоитель напряжения постоянного тока, то входная проводимость в среднем составляет 5 мк. Контакты в устройствах используются из меди. Подключение удвоителей стандартно осуществляется через трансивер.

Удвоители в ионных насосах

Для ионных насосов подходят удвоители на линейных конденсаторах. Многие модификации способны выдавать частоту более 3 Гц. Устройства отличаются по защищенности и обладают разной проводимостью. При этом чувствительность у них, как правило, составляет не более 5 мк. Номинальное напряжение у удвоителей стартует от 10 В. Также стоит отметить, что для насосов часто применяются модули на проходных конденсаторах. У них высокая чувствительность. На входе проводимость обеспечивается на уровне 4 мк. Тиристоры подбираются с контактными переходниками. Подключение удвоителей осуществляется через триод. Стабилизаторы в устройствах редко применяются.

удвоитель постоянного напряжения

Модели для ионизаторов воздуха

У моделей очень часто встречаются канальные конденсаторы, у которых высокая емкость. Данные устройства выделяются быстрым процессом преобразования, а рабочая частота у них составляет примерно 33 Гц. Расширители у моделей используются проводникового типа. Они способны работать в экономном режиме и потребляют мало электроэнергии.

Стабилизаторы всегда устанавливаются контактного типа. Некоторые модели работают от импульсного триода. Приводимость составляет не менее 10 мк. Если рассматривать удвоитель постоянного напряжения, то у него имеются переходные конденсаторы, у которых низкая емкость. Показатель чувствительности в данном случае стартует от 6 мВ. Данные устройства замечательно подходят для компараторов.

удвоитель напряжения — Voltage doubler

Удвоитель напряжения представляет собой электронную схему , которая заряжает конденсаторы от входного напряжения и переключает эти заряды таким образом , что, в идеальном случае, ровно в два раза напряжение получают на выходе , как на его входе.

Простейшая из этих схем являются формой выпрямителя , которые принимают напряжения переменного тока в качестве входных данных и выводит напряжение постоянного тока в два раз. Переключающие элементы являются простые диоды и они приводятся в действие для переключения состояния только с помощью переменного напряжения на входе. Постоянного тока в постоянный ток дублеров напряжения не может переключаться таким образом , и требуют схему управления для управления переключением. Они часто требуют также переключающий элемент , который может управляться непосредственно, например , как транзистор , а не полагаться на напряжение на переключателе , как в простом случае переменного тока в постоянный ток.

Удвоители напряжения множество умножителя напряжения цепи. Многие, но не все, схемы удвоителя напряжения можно рассматривать как одну стадию более высокого порядок мультипликатора: каскадные одинаковые этапы вместе достигает большее умножение напряжения.

удвоения напряжения выпрямителей

Виллар схема

Рисунок 1 . Виллар схема

Схема Виллар , задумана Paul Ulrich Виара , состоит просто из конденсатора и диода. В то время как он имеет большое преимущество в простоте, ее выход имеет очень плохую пульсацию характеристики. По существу, схема представляет собой диодный зажим цепи. Конденсатор заряжается от отрицательных полупериодов до пикового напряжения переменного тока ( V рк ). Выходом является суперпозицией входного сигнала переменного тока и постоянным постоянный ток конденсатора. Эффект цепи сдвинуть значение постоянного тока сигнала. Отрицательные пики сигнала переменного тока являются «зажимают» до 0 В ( на самом деле — V F , малое вперед напряжение смещения диода) с помощью диода, поэтому положительные пики выходного сигнала являются 2 В рк . Пульсации от пика до пика огромная 2 V рк и не могут быть сглажены , если схема не будет эффективно превращена в одну из более сложных форм. Это схема (с диодом в обратном порядке ) используется для подачи отрицательного высокого напряжения для магнетрона в микроволновой печи.

схема Greinacher

Рисунок 2 . схема Greinacher

Greinacher удвоитель напряжения является существенным улучшением по сравнению с схемой Villard за небольшую плату в дополнительных компонентах. Пульсации значительно уменьшается, номинально равна нулю при условиях нагрузки холостого хода, но когда ток втягивания зависит от сопротивления нагрузки и величины конденсаторов , используемых. Схема работает следующим за этапом клеток VILLARD с тем, что, в сущности, пиковый детектор или детектор огибающей стадии. Клеток пиковый детектор имеет эффект удаления большей части пульсации при сохранении пикового напряжения на выходе. Схема Greinacher также широко известен как полуволновой удвоитель напряжения.

Рисунок 3 . Учетверителя напряжения — два Greinacher клетки противоположных полярностей

Эта схема была впервые изобретена Генрихом Грейнчером в 1913 году (опубликована 1914) , чтобы обеспечить 200-300 V ему нужен для его недавно изобретенного иономера , в переменном токе 110 В , подаваемом от Цюриха электростанций настоящее время недостаточно. Позднее он распространил эту идею в каскад мультипликаторов в 1920 г. Этот каскад клеток Greinacher часто неточно называют каскадом Виллар. Она также называется мультипликатором Коккрофт-Уолтон после ускорителя частиц машины , построенной Джоном Кокрофтом и Эрнест Уолтон , который независимо друг от друга обнаружили схему в 1932 году Концепция в этой топологии может быть расширена на схему напряжения учетверителя с помощью двух Greinacher клеток напротив полярность изгнанная из того же источника переменного тока. Выход берется через два отдельных выхода. Как и с мостовой схемой, что невозможно одновременно заземлить вход и выход этой схемы.

Делон схема

Рисунок 4 . Мост (Делон) удвоитель напряжения

Схема Делона использует топологию моста для удвоения напряжения; следовательно , это также называется двухполупериодный удвоитель напряжения. Эта форма контура была, в одно время, обычно встречаются в электронно — лучевой трубки телевизоров , где она была использована , чтобы обеспечить экстра высокого напряжения (EHT) питания. Генерирование напряжения свыше 5 кВ с трансформатором имеет проблемы безопасности с точки зрения отечественного оборудования и в любом случае неэкономично. Тем не менее, черно-белые телевизоры требовали EHT 10 кВ и цвет устанавливает еще больше. Удвоители напряжения были использованы либо двойным напряжением на EHT обмотки на трансформаторе питания или были применены к форме волны на линии обратного хода катушки .

Схема состоит из двух пиковых детекторов полуволновых, функционирует точно так же, как и клетку пикового детектора в схеме Greinacher. Каждый из двух ячеек пиковых детектора работает на противоположных полупериодах входящего сигнала. Так как их выходы последовательно, выход в два раза пик входного напряжения.

Импульсные цепи конденсатора

Рисунок 5. Switched удвоитель напряжения на конденсаторе достигается за счет простого переключения заряженные конденсаторы от параллельной серии

Можно использовать простые схемы диодных конденсаторов , описанные выше , чтобы удвоить напряжение источника постоянного тока с помощью предшествующего удвоитель напряжения с цепью прерывателя . В сущности, это преобразует постоянный ток в переменный перед нанесением на удвоитель напряжения. Более эффективные схемы могут быть построены путем приведения в действие переключающих устройств от внешнего тактового сигнала таким образом , что обе функции, измельчающие и умножения, достигаются одновременно. Такие схемы известны как коммутируемые конденсаторы цепи. Этот подход особенно полезен в низковольтных с батарейным питанием приложений , где интегральные схемы требуют напряжение питания больше , чем батарея может доставить. Часто, тактовый сигнал легко доступен на борту интегральной схемы и мало или нет дополнительные схемы не требуется для его генерации.

Концептуально, возможно , самый простой коммутацией конфигурации конденсатора является то , что схематически показано на рисунке 5. Здесь два конденсатора одновременно загружают в одинаковое напряжение параллельно. Подача затем выключаются и конденсаторы включены в ряд. Выход берется из через два конденсатора последовательно , в результате чего выход двойного напряжения питания. Есть много различных коммутационных устройств , которые могут быть использованы в такой схеме, но в интегральных схемах MOSFET устройство часто используется.

Рисунок 6. зарядового насос удвоение напряжения схематического

Другим основным понятием является нагнетательный насос , вариант которого схематически показана на рисунке 6. Питающий насос конденсатора, С P , сначала загружают входному напряжению. Затем он переключается на зарядку выходного конденсатора C, O , последовательно с входным напряжением , что приводит к С выводом в конечном итоге заряжается в два раза больше входного напряжение. Это может занять несколько циклов до того , как заряд насос удается полностью зарядки C O , но после того, как устойчивое состояние достигнуто необходимо только для С Р перекачивать небольшое количество заряда , эквивалентный , что подается на нагрузку от C O . В то время как С выводом отключен от заряда насоса она частично разряжается в нагрузку , что приводит к пульсации на выходном напряжении. Это пульсации меньше для более высоких тактовых частот , так как время разряда короче, а также легче фильтровать. Кроме того , конденсаторы могут быть меньше для данной спецификации пульсации. Практическая максимальная тактовая частота в интегральных схемах , как правило , в сотни килогерц.

Dickson нагнетательный насос

Рисунок 7. Диксон заряд насос напряжение-удвоитель

Нагнетательный насос Диксона, или Диксон умножитель , состоит из каскада диода / конденсатор клеток с нижней пластиной каждого ведомым с помощью конденсатора тактовых импульсов поезда. Схема представляет собой модификацию множителя Коккрофта-Walton , но принимает входной сигнал постоянного тока с тактовыми поездами , обеспечивающего сигнал переключения вместо входного переменного тока. Умножитель Диксона обычно требует, чтобы альтернативные клетки приводятся в движение от тактовых импульсов противоположной фазы. Однако, так как удвоитель напряжения, показанный на рисунке 7, требуется только один этап умножения требуется только один тактовый сигнал.

Умножитель Диксона часто используется в интегральных схемах , где напряжение питания (от батареи, например) ниже , чем требуется схема. Это имеет преимущество в изготовлении интегральной схемы , что все полупроводниковые компоненты имеют в основном того же типа. МОП — транзисторы , как правило , стандартный логический блок во многих интегральных схемах. По этой причине диоды часто заменяются этим типом транзистора, но проводной функционировать в качестве диода — расположение называется диодно-проводной МОП — транзистор. На рисунке 8 показан удвоитель напряжения Диксона с помощью диодных-проводной н-канальных МОП — транзисторов типа усиления.

Рисунок 8. Диксон удвоение напряжения с помощью диодной-проводной MOSFETs

Есть много вариантов и улучшения в основном заряде насос Диксона. Многие из них касаются уменьшения влияния напряжения транзистора сток-исток. Это может быть очень значительным , если входное напряжение мало, например, батарея низкого напряжения. С идеальных переключающих элементов на выходе является целым кратным входа (два для удвоитель) , но с одноэлементной батареи в качестве источника входного сигнала и MOSFET переключает выходной сигнал будет намного меньше , чем это значение , так как большая часть напряжения будет отброшен через транзисторы. Для схемы с использованием дискретных компонентов диод Шоттки был бы лучшим выбором переключающего элемента для его чрезвычайно низкого падения напряжения во включенном состоянии. Тем не менее, интегрированные дизайнеры схемы предпочитают использовать легко доступную MOSFET и компенсировать его недостатки с повышенной сложностью схемы.

В качестве примера, щелочные батареи ячейка имеет номинальное напряжение 1,5 В . Удвоитель напряжения с помощью идеальных переключающих элементов с нулевым напряжением падения будет выводить двойное этого, а именно 3,0 V . Тем не менее, сток-исток падение напряжения на диодном-проводной MOSFET , когда он находится во включенном состоянии должен быть по крайней мере, пороговое напряжение затвора , который может быть , как правило , 0,9 В . Это напряжение «дублер» будет успешным только в повышении выходного напряжения приблизительно 0,6 В до 2,1 В . Если падение напряжения на заключительном сглаживающий транзистор также учитываются схема не может быть в состоянии увеличить напряжение на всех без использования нескольких этапов. Типичный диод Шоттки, с другой стороны, может иметь от состояния напряжения 0,3 В . Удвоитель с помощью этого диода Шоттки приведет к напряжению 2,7 В , или на выходе после сглаживающего диода, 2,4 V .

Перекрестная в сочетании коммутируемых конденсаторов

Рисунок 9. Кросс-соединенный с переключаемыми конденсаторами удвоителя напряжения

Кросс-соединенные цепи включен конденсатор вступит в свои собственные для очень низких входных напряжений. Беспроводная батарея привод оборудования, такие как пейджеры, Bluetooth устройства и тому подобные может потребовать батарею одноклеточный продолжать подачу энергии, когда она выпускается под вольтом.

Когда часы низкий транзистор Q 2 выключен. В то же время часы высокой поворота на транзистор Q 1 , в результате чего конденсатор С 1 заряжается до V в . Когда идет высоко верхняя пластина C 1 выталкивается вверх дважды V в . В то же время переключатель S 1 закрывается , так это напряжение появляется на выходе. В то же время Q 2 включается позволяя С 2 для зарядки. На следующем полупериоде роль будет обратимым: будет низким, будет высоким, S 1 будет открывать и S 2 закрывается. Таким образом, выходной сигнал подается с 2 — V в поочередно с каждой стороны контура. φ1 {\ Displaystyle \ Phi _ {1} \}φ2 {\ Displaystyle \ Phi _ {2} \}φ1 {\ Displaystyle \ Phi _ {1} \}φ1 {\ Displaystyle \ Phi _ {1} \}φ2 {\ Displaystyle \ Phi _ {2} \}

Потеря является низкой в ​​этой цепи, так как нет диода проводного МОПА-транзисторов и связанные с ними проблем порогового напряжения. Схема также имеет преимущество в том, что частота пульсаций удваиваются, потому что есть эффективно два дублеров напряжения и снабжающих вывод из фазовых часов. Основным недостатком этой схемы является то, что паразитные емкости являются гораздо более значительными, чем с множителем Диксона и счета для большей части потерь в этой цепи.

Смотрите также

Рекомендации

Список используемой литературы

  • Ахмед Саид Имран Конвейерный АЦП Дизайн и методы повышения , Springer, 2010 ISBN  90-481-8651-X .
  • Бассетт, RJ; Тэйлор, PD (2003), «17. Силовые полупроводниковые приборы», инженер — электрик в справочник , Newnes, стр. 17 / 1-17 / 37, ISBN  0-7506-4637-3
  • Campardo, Джованни; Micheloni, Рино; Новосельцев, Дэвид СБИС дизайн энергонезависимых запоминающих устройств , Springer, 2005 ISBN  3-540-20198-X .
  • Вид, Дитер; Фезер, Курт (2001), переводчик Ю. Нараяна Рао, изд., Высоковольтные Испытательные методы , Newnes, ISBN  0-7506-5183-0
  • Kories, Ralf; Шмидт-Вальтер Хайнц Taschenbuch дер Elektrotechnik: Grundlagen унд Elektronik , Deutsch Харри GmbH, 2004 ISBN  3-8171-1734-5 .
  • Liou, Juin J .; Ortiz-Конде, Adelmo; Гарсия-Санчес, Ф. Анализ и проектирование MOSFETs , Springer, 1998 ISBN  0-412-14601-0 .
  • Лю, Mingliang (2006), Demystifying коммутируемых конденсаторах схем , Newnes, ISBN  0-7506-7907-7
  • МакКомб, Гордон кладезь Gadgeteer Гордон Мак — Комб в! , McGraw-Hill Professional, 1990 ISBN  0-8306-3360-X .
  • Мехра, J; Rechenberg, H Историческое развитие квантовой теории , М., 2001 г. ISBN  0-387-95179-2 .
  • Мильман, Иаков; Halkias, Christos C. Интегрированная электроника , McGraw-Hill Kogakusha, 1972 ISBN  0-07-042315-6 .
  • Peluso, Винченцо; Стеяерт, Михель; Sansen, Вилли MC Дизайн низкого напряжения с низким энергопотреблением КМОП сигма-дельта A / D конвертеры , Springer, 1999 ISBN  0-7923-8417-2 .
  • Ryder, JD (1970), Электронные Основы и применения , Pitman Publishing, ISBN  0-273-31491-2
  • Уортон, W .; Хауорт, D. Принципы телевизионного приема , Pitman Publishing, 1971 ISBN  0-273-36103-1 .
  • Юань, Fei CMOS схемы для пассивных беспроводных Microsystems , Springer, 2010 ISBN  1-4419-7679-5 .
  • Zumbahlen, Хэнк Handbook Design Линейные цепи , Newnes, 2008 ISBN  0-7506-8703-7 .

Основные источники

Умножитель напряжения: принцип работы и схемы

Содержание:

  1. Общие сведения об умножителях напряжения
  2. Принцип работы
  3. Примерный расчет схемы умножителя
  4. Видео

После того как на современном рынке электроники появились миниатюрные конденсаторы, имеющие большую емкость, стало возможным использование в электронных схемах методики, связанной с умножением напряжения. Для этих целей разработано специальное устройство – умножитель напряжения, основой которого являются диоды и конденсаторы, подключенные в определенном порядке. Суть работы этого устройства заключается в преобразовании переменного напряжения, получаемого из низковольтного источника, в высокое напряжение постоянного тока.

Благодаря малым габаритам данных приборов, существенно снизились и конечные размеры проектируемых электронных устройств. Существуют различные варианты данных приборов, в том числе умножитель напряжения Шенкеля и другие схемы, проектируемые для конкретной аппаратуры.


Общие сведения об умножителях напряжения

В электронике к умножителям напряжения относятся специальные схемы, с помощью которых уровень входящего напряжения преобразуется в сторону увеличения. Одновременно эти устройства выполняют еще и функцию выпрямления. Умножители применяются в тех случаях, когда нежелательно использовать в общей схеме дополнительный повышающий трансформатор из-за сложности его устройства и больших размеров.

В некоторых случаях трансформаторы не могут поднять напряжение до требуемого уровня, поскольку между витками вторичной обмотки может случиться пробой. Данные особенности следует учитывать при решении задачи, как сделать различные варианты удвоителей своими руками.

В схемах умножителей обычно используются свойства и характеристики однофазных однополупериодных выпрямителей, работающих на емкостную нагрузку. В процессе работы этих устройств между определенными точками создается напряжение с величиной, превышающей значение входного напряжения. В качестве таких точек выступают выводы диода, входящего в схему выпрямителя. При подключении к ним еще одного такого же выпрямителя, получится схема несимметричного удвоителя напряжения.

Таким образом, каждый умножитель напряжения как повышающее устройство может быть симметричным и несимметричным. Кроме того, все они разделяются на категории первого и второго рода. Схема симметричного умножителя представляет собой две несимметричные схемы, соединенные между собой. У одной из них происходит изменение полярности конденсаторов и проводимости диодов. Симметричные умножители имеют лучшие электрические характеристики, в частности выпрямляемое напряжение обладает удвоенной частотой пульсаций.

Различные типы таких приборов повсеместно используются в электронной аппаратуре и оборудовании. С помощью этих устройств появилась возможность осуществлять умножение и получать напряжение в десятки и сотни тысяч вольт. Сами умножители напряжения отличаются незначительной массой, малыми габаритами, они просты в изготовлении и дальнейшей эксплуатации.


Принцип работы

Для того чтобы представить себе как работает умножитель напряжения, рассматривается простейшая схема однополупериодного устройства, показанного на рисунке. Когда начинает действовать отрицательный полупериод напряжения, диод Д1 открывается и через него осуществляется зарядка конденсатора С1. Заряд должен сравняться с амплитудным значением подаваемого напряжения.

При наступлении периода с положительной волной происходит зарядка следующего конденсатора С2 через диод Д2. В этом случае заряд приобретает высокие удвоенные значения по сравнению с поданным напряжением.

умножитель напряжения

Далее наступает отрицательный полупериод, в течение которого до удвоенного значения заряжается конденсатор С3. Таким же образом, во время дальнейшей смены полупериода, выполняется зарядка конденсатора С4, вновь с удвоенным значением.

Для того чтобы запустить устройство, требуются полные периоды напряжения в количестве нескольких циклов, создающие напряжения на диодах. Величина напряжения, получаемая на выходе, состоит из суммы напряжений конденсаторов С2 и С4, соединенных последовательно и заряжаемых постоянно. В конечном итоге, образуется величина выходного переменного напряжения, которое в 4 раза превышает значение напряжения на входе. В этом и заключается принцип работы умножителя напряжения.

Самый первый конденсатор С1, полностью заряженный, имеет постоянное значение напряжения. То есть, он выполняет функцию постоянной составляющей Ua, применяемой в расчетах. Следовательно, можно и дальше наращивать потенциал умножителя, подключая дополнительные звенья, сделанные по тому же принципу, поскольку напряжение на диодах в каждом из этих звеньев будет равно сумме входного напряжения и постоянной составляющей. За счет этого получается любой коэффициент умножения с требуемым значением. Напряжение на всех конденсаторах, кроме первого будет равным 2х Ua.

Если в умножителе используется нечетный коэффициент, для подключения нагрузки используются конденсаторы, расположенные в верхней части схемы. При четном, наоборот, задействуются нижние конденсаторы.


Примерный расчет схемы умножителя

Перед тем как начинать расчет, задаются основные характеристики устройства. Это особенно важно, когда необходимо изготовить умножитель напряжения своими руками. В первую очередь, это значения входного и выходного напряжения, мощность и габаритные размеры. Следует учитывать и некоторые ограничения, касающиеся параметров напряжения. Его величина на входе должна быть не более 15 кВ, границы диапазона частоты составляют от 5 до 100 кГц.

Рекомендуемое значение выходного высоковольтного напряжения – не выше 150 кВ. Величина выходной мощности умножителя напряжения составляет в пределах 50 Вт, хотя можно создать устройство и с более высокими параметрами, в котором мощность достигает даже 200 Вт.

Выходное напряжение находится в прямой зависимости с токовыми нагрузками и его можно рассчитать с помощью формулы: Uвых = N х Uвх – (I (N3 + +9N2 /4 + N/2)) / 12FC, в которой N соответствует количеству ступеней, I – токовой нагрузке, F – частоте напряжения на входе, С – емкости генератора. Если заранее задать требуемые параметры, данная формула поможет легко рассчитать, какая емкость должна быть у конденсаторов, применяемых в схеме.


Умножители напряжения на диодах — схемы включения, варианты подключения, утроители, умножители на 4, 5, 6, 8 | РадиоДом

Умножитель напряжения — схема выпрямителя особого типа, амплитуда напряжение на выходе которой теоретически в целое число раз выше, чем на входе. То есть, с помощью удвоителя напряжения можно получить 200 вольт постоянного тока из 100 вольт переменного тока источника, а с помощью умножителя на восемь — 800 вольт постоянного. Это если не учитывать падение напряжения на диодах (0,7 вольт на каждом).
В практике на схемах любая нагрузка будет немного уменьшенной от полученных расчетов. Умножитель содержит в себе конденсаторы и диоды. Нагрузочная способность умножителя пропорциональна частоте, величине емкости входящих в его состав конденсаторов и обратно пропорциональна количеству звеньев.


1. Удвоитель напряжения Латура-Делона-Гренашера

Примечание: отличная нагрузочная способность.


2. Несимметричный умножитель напряжения (Кокрофта-Уолтона)

Примечание: универсальность.
Генераторы Кокрофта-Уолтона применяются во многих областях техники, в частности, в лазерных системах, в источниках высокого напряжения, в системах рентгеновского излучения, подсветке жидкокристаллических экранов, лампах бегущей волны, ионных насосах, электростатических системах, ионизаторах воздуха, ускорителях частиц, копировальных аппаратах, осциллографах, телевизорах и во многих других устройствах, где необходимо одновременно высокое напряжение и постоянный ток.


3. Утроитель, 1-й вариант


Отличная нагрузочная способность.


4. Утроитель, 2-й вариант

Отличная нагрузочная способность.


5. Утроитель, 3-й вариант

Отличная нагрузочная способность.


6. Умножитель на 4, 1-й вариант

Симметричная схема, хорошая нагрузочная способность.


7. Умножитель на 4, 2-й вариант

Симметричная схема, хорошая нагрузочная способность.


8. Умножитель на 4, 3-й вариант

Симметричная схема, хорошая нагрузочная способность, две полярности относительно общей точки.


9. Умножитель на 5

Отличная нагрузочная способность.


10. Умножитель на 6, вариант первый

отличная  нагрузочная способность.


11. Умножитель на 6, вариант второй

Симметричная схема, отличная нагрузочная способность, две полярности относительно общей точки.


12. Умножитель на 8, первая схема подключения

Симметричная схема, отличная нагрузочная способность.


13. Умножитель на 8, вторая схема подключения

Симметричная схема, отличная нагрузочная способность, две полярности относительно общей точки.


14. Умножитель напряжения Шенкеля – Вилларда

Превосходная нагрузочная способность, ступенчатое увеличение напряжения на каждом звене.


15. Умножитель со ступенчатой нагрузочной способностью

Нагрузочная характеристика имеет две области — область низкой мощности – в диапазоне выходных напряжений от 2U до U и область повышенной мощности – при выходном напряжении ниже U.


16. Выпрямитель с вольт добавкой

Наличие дополнительного маломощного выхода с удвоенным напряжением питания.


17. Умножитель из диодных мостов

Хорошая нагрузочная способность. Одна из классических схем умножения напряжения в высоковольтных источниках питания для физических экспериментов. На рисунке изображен удвоитель напряжения, но число каскадов в умножителе может быть увеличено.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о