Kada se rješavaju problemi u krugu, postoje trenuci kada je potrebno pobjeći od upotrebe transformatora za povećanje izlaznog napona. Razlog za to se najčešće ispostavlja u nemogućnosti uključivanja step-up pretvarača u uređaje zbog indikatora njihove težine i veličine. U takvoj situaciji, rješenje je korištenje množenja.
Definicija množitelja napona
Uređaj, što znači množitelj električne energije, je kolo koje vam omogućava da pretvorite AC ili pulsirajući napon u DC, ali veće vrijednosti. Povećanje vrijednosti parametra na izlazu uređaja direktno je proporcionalno broju stupnjeva kruga. Najelementarniji množitelj napona koji postoji izumili su naučnici Cockcroft i W alton.
Savremeni kondenzatori koje je razvila elektronska industrija odlikuju se malom veličinom i relativno velikim kapacitetom. To je omogućilo rekonstrukciju mnogih kola i uvođenje proizvoda u različite uređaje. Multiplikator napona je sastavljen na diodama i kondenzatorima povezanim svojim redoslijedom.
Pored funkcije povećanja električne energije, množitelji je istovremeno pretvaraju iz AC u DC. Ovo je zgodno jer je cjelokupni sklop uređaja pojednostavljen i postaje pouzdaniji i kompaktniji. Uz pomoć uređaja može se postići povećanje do nekoliko hiljada volti.
Gdje se uređaj koristi
Multiplikatori su našli svoju primenu u raznim vrstama uređaja, a to su: laserski pumpni sistemi, uređaji za zračenje rendgenskih talasa u svojim visokonaponskim jedinicama, za pozadinsko osvetljenje displeja sa tečnim kristalima, jonske pumpe, lampe putujućih talasa, jonizatori vazduha, elektrostatički sistemi, akceleratori čestica, mašine za kopiranje, televizori i osciloskopi sa kineskopom, kao i tamo gde je potrebna jaka, niska struja jednosmerne struje.
Princip množitelja napona
Da biste razumjeli kako sklop funkcionira, bolje je pogledati rad takozvanog univerzalnog uređaja. Ovdje broj stupnjeva nije točno određen, a izlazna električna energija se određuje po formuli: nUin=Uout, gdje je:
- n je broj prisutnih stupnjeva kola;
- Uin je napon primijenjen na ulaz uređaja.
U početnom trenutku vremena, kada prvi, recimo, pozitivni poluval dođe u kolo, dioda ulaznog stupnja predaje ga svom kondenzatoru. Potonji se naplaćuje do amplitude dolazne električne energije. Sa drugim negativompoluvalna, prva dioda je zatvorena, a poluvodič drugog stupnja pušta je do svog kondenzatora koji je također napunjen. Plus, napon prvog kondenzatora, spojenog u seriju sa drugim, dodaje se posljednjem i izlaz kaskade je već udvostručena električna energija.
Ista stvar se dešava u svakoj narednoj fazi - ovo je princip množitelja napona. A ako pogledate progresiju do kraja, ispada da izlazna električna energija premašuje ulaznu za određeni broj puta. Ali kao iu transformatoru, jačina struje će se i ovdje smanjiti s povećanjem razlike potencijala - zakon održanja energije također radi.
Šema za konstruisanje množitelja
Cijeli lanac kola je sastavljen od nekoliko karika. Jedna karika množitelja napona na kondenzatoru je polutalasni ispravljač. Za dobivanje uređaja potrebno je imati dvije serijski povezane veze, od kojih svaka ima diodu i kondenzator. Takvo kolo je udvostručitelj električne energije.
Grafički prikaz uređaja za množenje napona u klasičnoj verziji izgleda sa dijagonalnim položajem dioda. Smjer uključivanja poluprovodnika određuje koji će potencijal - negativan ili pozitivan - biti prisutan na izlazu množitelja u odnosu na njegovu zajedničku tačku.
Kombinovanjem kola sa negativnim i pozitivnim potencijalima, na izlazu uređaja se dobija bipolarno kolo udvostručavanja napona. Karakteristika ove konstrukcije je da ako mjerite nivoelektricitet između pola i zajedničke tačke i prekorači ulazni napon za 4 puta, tada će se veličina amplitude između polova povećati za 8 puta.
U multiplikatoru, zajednička tačka (koja je povezana sa zajedničkom žicom) će biti ona u kojoj je izlaz izvora napajanja povezan sa izlazom kondenzatora grupisanog sa drugim serijski povezanim kondenzatorima. Na kraju njih, izlazna električna energija se uzima na parnim elementima - na parnom koeficijentu, na neparnim kondenzatorima, respektivno, na neparnom koeficijentu.
Upumpavanje kondenzatora u multiplikatoru
Drugim riječima, u uređaju množitelja konstantnog napona postoji određeni prolazni proces podešavanja izlaznog parametra koji odgovara deklarisanom. Najlakši način da to vidite je udvostručenje struje. Kada se kroz poluvodič D1 kondenzator C1 napuni do svoje pune vrijednosti, tada u sljedećem poluvalu on, zajedno sa izvorom električne energije, istovremeno puni drugi kondenzator. C1 nema vremena da potpuno odustane od svog punjenja C2, tako da izlaz inicijalno nema dvostruku potencijalnu razliku.
U trećem polutalasu, prvi kondenzator se puni, a zatim primjenjuje potencijal na C2. Ali napon na drugom kondenzatoru već ima suprotan smjer od prvog. Stoga izlazni kondenzator nije potpuno napunjen. Sa svakim novim ciklusom, električna energija na elementu C1 će težiti ulazu, napon C2 će se udvostručiti.
Kakoizračunaj množitelj
Pri proračunu uređaja za množenje potrebno je poći od početnih podataka, a to su: struja potrebna za opterećenje (In), izlazni napon (Uout), koeficijent talasanja (Kp). Minimalna vrijednost kapacitivnosti elemenata kondenzatora, izražena u uF, određena je formulom: S(n)=2, 85nIn/(KpUout), gdje je:
- n je broj puta povećanja ulazne električne energije;
- In - struja koja teče u opterećenju (mA);
- Kp – faktor pulsiranja (%);
- Uout - napon primljen na izlazu uređaja (V).
Povećanjem kapacitivnosti dobijene proračunima za dva ili tri puta, dobija se vrednost kapacitivnosti kondenzatora na ulazu kola C1. Ova vrijednost elementa omogućava vam da odmah dobijete punu vrijednost napona na izlazu, a ne da čekate da prođe određeni broj perioda. Kada rad opterećenja ne zavisi od brzine porasta električne energije do nominalnog izlaza, kapacitivnost kondenzatora se može uzeti identično izračunatim vrednostima.
Najbolje za opterećenje ako faktor talasanja množitelja napona diode ne prelazi 0,1%. Zadovoljavajuće je i prisustvo talasa do 3%. Sve diode kola su odabrane iz proračuna tako da mogu slobodno izdržati jačinu struje koja je dvostruko veća od vrijednosti u opterećenju. Formula za izračunavanje uređaja sa visokom preciznošću izgleda ovako: nUin - (In(n3 + 9n2/4 + n/2)/(12 f C))=Uout, gdje je:
- f – frekvencija napona na ulazu uređaja (Hz);
- C - kapacitet kondenzatora (F).
Benefits andnedostaci
Kada govorimo o prednostima množitelja napona, možemo napomenuti sljedeće:
Mogućnost dobijanja značajnih količina električne energije na izlazu - što je više karika u lancu, to će biti veći faktor množenja
- Jednostavnost dizajna - sve je sastavljeno na standardnim linkovima i pouzdanim radio elementima koji rijetko pokvare.
- Težina – odsustvo glomaznih elemenata kao što je energetski transformator smanjuje veličinu i težinu kola.
Najveći nedostatak bilo kojeg kola za množenje je to što je nemoguće dobiti veliku izlaznu struju iz njega za napajanje opterećenja.
Zaključak
Odabir množitelja napona za određeni uređaj. važno je znati da balansirana kola imaju bolje parametre u smislu talasanja od nebalansiranih. Stoga je za osjetljive uređaje svrsishodnije koristiti stabilnije množitelje. Asimetričan, jednostavan za izradu, sadrži manje elemenata.
