Κατά την επίλυση προβλημάτων κυκλώματος, υπάρχουν φορές που είναι απαραίτητο να ξεφύγετε από τη χρήση μετασχηματιστών για να αυξήσετε την τάση εξόδου. Ο λόγος για αυτό τις περισσότερες φορές αποδεικνύεται ότι είναι η αδυναμία συμπερίληψης μετατροπέων step-up στις συσκευές λόγω των δεικτών βάρους και μεγέθους τους. Σε μια τέτοια κατάσταση, η λύση είναι να χρησιμοποιήσετε ένα κύκλωμα πολλαπλασιαστή.
Ορισμός πολλαπλασιαστή τάσης
Μια συσκευή, που σημαίνει πολλαπλασιαστής ηλεκτρικής ενέργειας, είναι ένα κύκλωμα που σας επιτρέπει να μετατρέψετε την εναλλασσόμενη τάση ή την παλμική τάση σε DC, αλλά υψηλότερης τιμής. Η αύξηση της τιμής της παραμέτρου στην έξοδο της συσκευής είναι ευθέως ανάλογη με τον αριθμό των σταδίων του κυκλώματος. Ο πιο στοιχειώδης πολλαπλασιαστής τάσης που υπάρχει εφευρέθηκε από τους επιστήμονες Cockcroft και W alton.
Οι σύγχρονοι πυκνωτές που αναπτύχθηκαν από τη βιομηχανία ηλεκτρονικών χαρακτηρίζονται από μικρό μέγεθος και σχετικά μεγάλη χωρητικότητα. Αυτό κατέστησε δυνατή την ανακατασκευή πολλών κυκλωμάτων και την εισαγωγή του προϊόντος σε διαφορετικές συσκευές. Ένας πολλαπλασιαστής τάσης συναρμολογήθηκε σε διόδους και πυκνωτές συνδεδεμένους με τη δική τους σειρά.
Εκτός από τη λειτουργία αύξησης της ηλεκτρικής ενέργειας, οι πολλαπλασιαστές τη μετατρέπουν ταυτόχρονα από AC σε DC. Αυτό είναι βολικό καθώς το συνολικό κύκλωμα της συσκευής απλοποιείται και γίνεται πιο αξιόπιστο και συμπαγές. Με τη βοήθεια της συσκευής μπορεί να επιτευχθεί αύξηση έως και αρκετές χιλιάδες βολτ.
Πού χρησιμοποιείται η συσκευή
Οι πολλαπλασιαστές έχουν βρει την εφαρμογή τους σε διάφορους τύπους συσκευών, οι οποίοι είναι: συστήματα άντλησης λέιζερ, συσκευές ακτινοβολίας κυμάτων ακτίνων Χ στις μονάδες υψηλής τάσης τους, για οπίσθιο φωτισμό οθονών υγρών κρυστάλλων, αντλίες τύπου ιόντων, λαμπτήρες κινουμένων κυμάτων, ιονιστές αέρα, ηλεκτροστατικά συστήματα, επιταχυντές σωματιδίων, φωτοαντιγραφικά μηχανήματα, τηλεοράσεις και παλμογράφοι με κινοσκόπια, καθώς και όπου απαιτείται ηλεκτρισμός συνεχούς ρεύματος υψηλού, χαμηλού ρεύματος.
Η αρχή του πολλαπλασιαστή τάσης
Για να κατανοήσετε πώς λειτουργεί το κύκλωμα, είναι καλύτερο να εξετάσετε τη λειτουργία της λεγόμενης καθολικής συσκευής. Εδώ ο αριθμός των σταδίων δεν προσδιορίζεται ακριβώς και η ηλεκτρική ενέργεια εξόδου καθορίζεται από τον τύπο: nUin=Uout, όπου:
- n είναι ο αριθμός των παρόντων σταδίων κυκλώματος,
- Uin είναι η τάση που εφαρμόζεται στην είσοδο της συσκευής.
Την αρχική χρονική στιγμή, όταν το πρώτο, ας πούμε, θετικό μισό κύμα έρχεται στο κύκλωμα, η δίοδος σταδίου εισόδου το περνά στον πυκνωτή της. Το τελευταίο χρεώνεται στο πλάτος της εισερχόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. Με δεύτερο αρνητικόμισού κύματος, η πρώτη δίοδος είναι κλειστή και ο ημιαγωγός του δεύτερου σταδίου την αφήνει να πάει στον πυκνωτή της, ο οποίος είναι επίσης φορτισμένος. Επιπλέον, η τάση του πρώτου πυκνωτή, που συνδέεται σε σειρά με τον δεύτερο, προστίθεται στον τελευταίο και η έξοδος του καταρράκτη είναι ήδη διπλασιασμένη ηλεκτρική ενέργεια.
Το ίδιο συμβαίνει σε κάθε επόμενο στάδιο - αυτή είναι η αρχή ενός πολλαπλασιαστή τάσης. Και αν κοιτάξετε την εξέλιξη μέχρι το τέλος, αποδεικνύεται ότι η ηλεκτρική ενέργεια εξόδου υπερβαίνει την είσοδο κατά έναν ορισμένο αριθμό φορών. Αλλά όπως σε έναν μετασχηματιστή, η ισχύς του ρεύματος εδώ θα μειωθεί με την αύξηση της διαφοράς δυναμικού - ο νόμος της διατήρησης της ενέργειας λειτουργεί επίσης.
Σχέδιο για την κατασκευή ενός πολλαπλασιαστή
Ολόκληρη η αλυσίδα του κυκλώματος συναρμολογείται από πολλούς κρίκους. Ένας σύνδεσμος του πολλαπλασιαστή τάσης στον πυκνωτή είναι ένας ανορθωτής τύπου μισού κύματος. Για να αποκτήσετε τη συσκευή, είναι απαραίτητο να έχετε δύο συνδέσμους συνδεδεμένους σε σειρά, καθένας από τους οποίους έχει μια δίοδο και έναν πυκνωτή. Ένα τέτοιο κύκλωμα είναι διπλασιαστής του ηλεκτρισμού.
Η γραφική αναπαράσταση της συσκευής πολλαπλασιαστή τάσης στην κλασική έκδοση φαίνεται με τη διαγώνια θέση των διόδων. Η κατεύθυνση ενεργοποίησης των ημιαγωγών καθορίζει ποιο δυναμικό - αρνητικό ή θετικό - θα υπάρχει στην έξοδο του πολλαπλασιαστή σε σχέση με το κοινό του σημείο.
Συνδυάζοντας κυκλώματα με αρνητικά και θετικά δυναμικά, προκύπτει ένα διπολικό κύκλωμα διπλασιαστή τάσης στην έξοδο της συσκευής. Ένα χαρακτηριστικό αυτής της κατασκευής είναι ότι αν μετρήσετε το επίπεδοηλεκτρική ενέργεια μεταξύ του πόλου και του κοινού σημείου και υπερβαίνει την τάση εισόδου κατά 4 φορές, τότε το μέγεθος του πλάτους μεταξύ των πόλων θα αυξηθεί κατά 8 φορές.
Στον πολλαπλασιαστή, το κοινό σημείο (το οποίο συνδέεται με το κοινό καλώδιο) θα είναι αυτό όπου η έξοδος της πηγής τροφοδοσίας συνδέεται με την έξοδο ενός πυκνωτή ομαδοποιημένου με άλλους πυκνωτές συνδεδεμένους σε σειρά. Στο τέλος τους, η ηλεκτρική ενέργεια εξόδου λαμβάνεται σε ζυγά στοιχεία - σε ζυγό συντελεστή, σε περιττούς πυκνωτές, αντίστοιχα, σε περιττό συντελεστή.
Πυκνωτές άντλησης στον πολλαπλασιαστή
Με άλλα λόγια, στη συσκευή του πολλαπλασιαστή σταθερής τάσης, υπάρχει μια ορισμένη μεταβατική διαδικασία ρύθμισης της παραμέτρου εξόδου που αντιστοιχεί στη δηλωθείσα. Ο ευκολότερος τρόπος για να το δείτε αυτό είναι διπλασιάζοντας την ηλεκτρική ενέργεια. Όταν, μέσω του ημιαγωγού D1, ο πυκνωτής C1 φορτιστεί στην πλήρη του τιμή, τότε στο επόμενο μισό κύμα, μαζί με την πηγή ηλεκτρικής ενέργειας, φορτίζει ταυτόχρονα τον δεύτερο πυκνωτή. Το C1 δεν έχει χρόνο να εγκαταλείψει εντελώς τη φόρτισή του στο C2, επομένως η έξοδος δεν έχει αρχικά διπλή διαφορά δυναμικού.
Στο τρίτο μισό κύμα, ο πρώτος πυκνωτής επαναφορτίζεται και μετά εφαρμόζει ένα δυναμικό στο C2. Αλλά η τάση στον δεύτερο πυκνωτή έχει ήδη αντίθετη κατεύθυνση από την πρώτη. Επομένως, ο πυκνωτής εξόδου δεν είναι πλήρως φορτισμένος. Με κάθε νέο κύκλο, η ηλεκτρική ενέργεια στο στοιχείο C1 θα τείνει στην είσοδο, η τάση C2 θα διπλασιάζεται σε μέγεθος.
Πώςυπολογισμός πολλαπλασιαστή
Κατά τον υπολογισμό της συσκευής πολλαπλασιασμού, είναι απαραίτητο να ξεκινήσετε από τα αρχικά δεδομένα, τα οποία είναι: το ρεύμα που απαιτείται για το φορτίο (In), η τάση εξόδου (Uout), ο συντελεστής κυματισμού (Kp). Η ελάχιστη τιμή χωρητικότητας των στοιχείων του πυκνωτή, εκφρασμένη σε uF, προσδιορίζεται από τον τύπο: С(n)=2, 85nIn/(KpUout), όπου:
- n είναι ο αριθμός των φορών που αυξάνεται η ηλεκτρική ενέργεια εισόδου,
- In - ρεύμα που ρέει στο φορτίο (mA);
- Kp – συντελεστής παλμών (%);
- Uout - τάση που λαμβάνεται στην έξοδο της συσκευής (V).
Αυξάνοντας την χωρητικότητα που προκύπτει από τους υπολογισμούς κατά δύο ή τρεις φορές, λαμβάνεται η τιμή της χωρητικότητας του πυκνωτή στην είσοδο του κυκλώματος C1. Αυτή η τιμή του στοιχείου σάς επιτρέπει να λαμβάνετε αμέσως την πλήρη τιμή της τάσης στην έξοδο και να μην περιμένετε μέχρι να περάσει ένας συγκεκριμένος αριθμός περιόδων. Όταν το έργο του φορτίου δεν εξαρτάται από το ρυθμό ανόδου της ηλεκτρικής ενέργειας στην ονομαστική ισχύ, η χωρητικότητα του πυκνωτή μπορεί να ληφθεί ίδια με τις υπολογιζόμενες τιμές.
Το καλύτερο για το φορτίο εάν ο συντελεστής κυματισμού του πολλαπλασιαστή τάσης της διόδου δεν υπερβαίνει το 0,1%. Η παρουσία κυματισμών έως και 3% είναι επίσης ικανοποιητική. Όλες οι δίοδοι του κυκλώματος επιλέγονται από τον υπολογισμό έτσι ώστε να μπορούν να αντέξουν ελεύθερα μια ένταση ρεύματος διπλάσια της τιμής της στο φορτίο. Ο τύπος για τον υπολογισμό της συσκευής με υψηλή ακρίβεια μοιάζει με αυτό: nUin - (In(n3 + 9n2/4 + n/2)/(12 f C))=Uout, όπου:
- f – συχνότητα τάσης στην είσοδο της συσκευής (Hz);
- C - χωρητικότητα πυκνωτή (F).
Οφέλη καιμειονεκτήματα
Μιλώντας για τα πλεονεκτήματα του πολλαπλασιαστή τάσης, μπορούμε να σημειώσουμε τα εξής:
Η ικανότητα λήψης σημαντικών ποσοτήτων ηλεκτρικής ενέργειας στην έξοδο - όσο περισσότεροι κρίκοι στην αλυσίδα, τόσο μεγαλύτερος θα είναι ο συντελεστής πολλαπλασιασμού
- Απλότητα σχεδιασμού - τα πάντα συναρμολογούνται σε τυπικούς συνδέσμους και αξιόπιστα ραδιοφωνικά στοιχεία που σπάνια αποτυγχάνουν.
- Βάρος – η απουσία ογκωδών στοιχείων όπως ένας μετασχηματιστής ισχύος μειώνει το μέγεθος και το βάρος του κυκλώματος.
Το μεγαλύτερο μειονέκτημα οποιουδήποτε κυκλώματος πολλαπλασιαστή είναι ότι είναι αδύνατο να ληφθεί μεγάλο ρεύμα εξόδου από αυτό για να τροφοδοτήσει το φορτίο.
Συμπέρασμα
Επιλογή πολλαπλασιαστή τάσης για μια συγκεκριμένη συσκευή. είναι σημαντικό να γνωρίζουμε ότι τα ισορροπημένα κυκλώματα έχουν καλύτερες παραμέτρους από την άποψη του κυματισμού από τα μη ισορροπημένα. Επομένως, για ευαίσθητες συσκευές είναι πιο σκόπιμο να χρησιμοποιείτε πιο σταθερούς πολλαπλασιαστές. Ασύμμετρη, εύκολη στην κατασκευή, περιέχει λιγότερα στοιχεία.
