Bei der Lösung von Sch altungsproblemen kann es vorkommen, dass auf die Verwendung von Transformatoren zur Erhöhung der Ausgangsspannung verzichtet werden muss. Der Grund dafür ist meistens die Unmöglichkeit, Aufwärtswandler aufgrund ihres Gewichts und ihrer Größenangaben in Geräte einzubauen. In einer solchen Situation besteht die Lösung darin, eine Multiplikatorsch altung zu verwenden.
Definition des Spannungsmultiplikators
Ein Gerät, was einen Stromvervielfacher bedeutet, ist eine Sch altung, die es Ihnen ermöglicht, Wechselstrom oder pulsierende Spannung in Gleichstrom umzuwandeln, jedoch mit einem höheren Wert. Die Erhöhung des Werts des Parameters am Ausgang des Geräts ist direkt proportional zur Anzahl der Stufen der Sch altung. Der elementarste existierende Spannungsvervielfacher wurde von den Wissenschaftlern Cockcroft und W alton erfunden.
Moderne Kondensatoren, die von der Elektronikindustrie entwickelt wurden, zeichnen sich durch geringe Größe und relativ große Kapazität aus. Dadurch war es möglich, viele Sch altungen nachzubauen und das Produkt in verschiedene Geräte einzuführen. Ein Spannungsvervielfacher wurde auf Dioden und Kondensatoren aufgebaut, die in ihrer eigenen Reihenfolge verbunden waren.
Zusätzlich zu der Funktion, den Strom zu erhöhen, wandeln Multiplikatoren ihn gleichzeitig von Wechselstrom in Gleichstrom um. Dies ist dahingehend zweckmäßig, dass die Gesamtsch altung der Vorrichtung vereinfacht und zuverlässiger und kompakter wird. Mit Hilfe des Geräts kann eine Erhöhung auf bis zu mehrere tausend Volt erreicht werden.
Wo das Gerät verwendet wird
Multiplizierer haben ihre Anwendung in verschiedenen Arten von Geräten gefunden, diese sind: Laserpumpsysteme, Röntgenstrahlungsgeräte in ihren Hochspannungseinheiten, zur Hintergrundbeleuchtung von Flüssigkristallanzeigen, Ionenpumpen, Wanderwellenlampen, Luftionisatoren, elektrostatische Systeme, Teilchenbeschleuniger, Kopiergeräte, Fernseher und Oszilloskope mit Bildröhren sowie überall dort, wo Gleichstrom mit hoher und niedriger Stromstärke erforderlich ist.
Das Prinzip des Spannungsvervielfachers
Um zu verstehen, wie die Sch altung funktioniert, ist es besser, sich die Funktionsweise des sogenannten Universalgeräts anzusehen. Hier ist die Anzahl der Stufen nicht genau angegeben, und die abgegebene Elektrizität wird durch die Formel bestimmt: nUin=Uout, wobei:
- n ist die Anzahl der vorhandenen Sch altungsstufen;
- Uin ist die am Eingang des Geräts anliegende Spannung.
Im Anfangsmoment, wenn beispielsweise die erste positive Halbwelle in die Sch altung kommt, leitet die Diode der Eingangsstufe diese an ihren Kondensator weiter. Letzterer wird auf die Amplitude des ankommenden Stroms aufgeladen. Mit einem zweiten NegativHalbwelle wird die erste Diode geschlossen und der Halbleiter der zweiten Stufe lässt sie auf ihren ebenfalls aufgeladenen Kondensator gehen. Außerdem wird die Spannung des ersten Kondensators, der mit dem zweiten in Reihe gesch altet ist, zum letzten addiert und die Ausgangsleistung der Kaskade ist bereits die doppelte Elektrizität.
Bei jeder weiteren Stufe passiert das Gleiche - das ist das Prinzip eines Spannungsvervielfachers. Und wenn man sich den Verlauf bis zum Ende anschaut, stellt sich heraus, dass der Ausgangsstrom den Eingangsstrom um ein gewisses Vielfaches übersteigt. Aber wie bei einem Transformator nimmt auch hier die Stromstärke mit steigender Potentialdifferenz ab - auch hier gilt der Energieerh altungssatz.
Schema zur Konstruktion eines Multiplikators
Die gesamte Sch altungskette ist aus mehreren Gliedern zusammengesetzt. Ein Glied des Spannungsvervielfachers auf dem Kondensator ist ein Einweggleichrichter. Um das Gerät zu erh alten, sind zwei in Reihe gesch altete Verbindungen erforderlich, von denen jede eine Diode und einen Kondensator aufweist. Eine solche Sch altung ist ein Verdoppler der Elektrizität.
Die grafische Darstellung des Spannungsvervielfachers in der klassischen Version sieht mit der Diagonalstellung der Dioden aus. Die Einsch altrichtung der Halbleiter bestimmt, welches Potential - negativ oder positiv - relativ zu seinem gemeinsamen Punkt am Ausgang des Multiplizierers anliegt.
Durch die Kombination von Sch altungen mit negativem und positivem Potential erhält man am Ausgang des Gerätes eine bipolare Spannungsverdopplersch altung. Ein Merkmal dieser Konstruktion ist, dass wenn Sie den Füllstand messenStrom zwischen dem Pol und dem gemeinsamen Punkt und übersteigt die Eingangsspannung um das 4-fache, dann erhöht sich die Größe der Amplitude zwischen den Polen um das 8-fache.
Im Multiplikator ist der gemeinsame Punkt (der mit dem gemeinsamen Draht verbunden ist) derjenige, an dem der Ausgang der Versorgungsquelle mit dem Ausgang eines Kondensators verbunden ist, der mit anderen in Reihe gesch alteten Kondensatoren gruppiert ist. Am Ende wird der Ausgangsstrom an geraden Elementen entnommen - bei einem geraden Koeffizienten bzw. an ungeraden Kondensatoren bei einem ungeraden Koeffizienten.
Pumpkondensatoren im Multiplikator
Mit anderen Worten, im Gerät des Konstantspannungsvervielfachers gibt es einen bestimmten vorübergehenden Prozess zum Einstellen des Ausgangsparameters, der dem deklarierten entspricht. Der einfachste Weg, dies zu sehen, ist die Verdopplung der Elektrizität. Wenn der Kondensator C1 über den Halbleiter D1 auf seinen vollen Wert aufgeladen ist, lädt er in der nächsten Halbwelle zusammen mit der Stromquelle gleichzeitig den zweiten Kondensator auf. C1 hat keine Zeit, seine Ladung vollständig an C2 abzugeben, daher hat der Ausgang zunächst keine doppelte Potentialdifferenz.
Bei der dritten Halbwelle wird der erste Kondensator wieder aufgeladen und legt dann ein Potential an C2 an. Aber die Spannung am zweiten Kondensator hat bereits eine entgegengesetzte Richtung zum ersten. Daher wird der Ausgangskondensator nicht vollständig geladen. Mit jedem neuen Zyklus wird die Elektrizität am C1-Element zum Eingang tendieren, die C2-Spannung wird doppelt so groß.
WieMultiplikator berechnen
Bei der Berechnung des Multiplikationsgeräts muss von den Anfangsdaten ausgegangen werden, die sind: der für die Last erforderliche Strom (In), die Ausgangsspannung (Uout), der Welligkeitskoeffizient (Kp). Der minimale Kapazitätswert von Kondensatorelementen, ausgedrückt in uF, wird durch die Formel bestimmt: С(n)=2, 85nIn/(KpUout), wobei:
- n ist die Anzahl der Erhöhungen der zugeführten Elektrizität;
- In - in der Last fließender Strom (mA);
- Kp – Pulsationsfaktor (%);
- Uout - am Ausgang des Geräts empfangene Spannung (V).
Erhöht man die rechnerisch ermittelte Kapazität um das Zwei- oder Dreifache, erhält man den Wert der Kapazität des Kondensators am Eingang der Sch altung C1. Mit diesem Wert des Elements können Sie sofort den vollen Wert der Spannung am Ausgang erh alten und nicht warten, bis eine bestimmte Anzahl von Perioden vergangen ist. Wenn die Arbeit der Last nicht von der Anstiegsgeschwindigkeit der Elektrizität auf die Nennleistung abhängt, kann die Kapazität des Kondensators mit den berechneten Werten identisch angenommen werden.
Optimal für die Last, wenn der Welligkeitsfaktor des Diodenspannungsvervielfachers 0,1 % nicht überschreitet. Das Vorhandensein von Welligkeiten bis zu 3 % ist ebenfalls zufriedenstellend. Alle Dioden der Sch altung werden aus der Berechnung so ausgewählt, dass sie einer Stromstärke, die dem doppelten Wert in der Last entspricht, frei standh alten können. Die Formel zur Berechnung des Geräts mit hoher Genauigkeit sieht folgendermaßen aus: nUin - (In(n3 + 9n2/4 + n/2)/(12 f C))=Uout, wobei:
- f – Spannungsfrequenz am Geräteeingang (Hz);
- C - Kondensatorkapazität (F).
Vorteile undNachteile
Apropos Vorteile des Spannungsvervielfachers, wir können folgendes festh alten:
Die Fähigkeit, erhebliche Mengen an Strom am Ausgang zu erh alten - je mehr Glieder in der Kette, desto größer wird der Multiplikationsfaktor
- Einfaches Design - alles ist auf Standardverbindungen und zuverlässigen Funkelementen aufgebaut, die selten ausfallen.
- Gewicht – das Fehlen sperriger Elemente wie eines Leistungstransformators reduziert die Größe und das Gewicht der Sch altung.
Der größte Nachteil jeder Multiplikatorsch altung ist, dass es unmöglich ist, einen großen Ausgangsstrom zu erh alten, um die Last mit Strom zu versorgen.
Schlussfolgerung
Auswahl eines Spannungsmultiplikators für ein bestimmtes Gerät. Es ist wichtig zu wissen, dass symmetrische Sch altungen bessere Parameter in Bezug auf die Welligkeit haben als unsymmetrische. Daher ist es bei empfindlichen Geräten sinnvoller, stabilere Multiplikatoren zu verwenden. Asymmetrisch, einfach herzustellen, enthält weniger Elemente.
