Az áramköri problémák megoldása során előfordul, hogy el kell hagyni a transzformátorok használatát a kimeneti feszültség növelése érdekében. Ennek oka leggyakrabban az mutatkozik meg, hogy a súly- és méretmutatók miatt nem lehet fokozatos konvertereket beépíteni a készülékekbe. Ilyen helyzetben a megoldás a szorzókör használata.
Feszültségszorzó meghatározása
Egy eszköz, ami elektromos szorzót jelent, egy olyan áramkör, amely lehetővé teszi a váltakozó feszültséget vagy a pulzáló feszültséget egyenárammá alakítani, de nagyobb értékű. A paraméter értékének növekedése az eszköz kimenetén egyenesen arányos az áramkör fokozatainak számával. A létező legelemibb feszültségszorzót Cockcroft és W alton tudósok találták fel.
Az elektronikai ipar által kifejlesztett modern kondenzátorokat kis méret és viszonylag nagy kapacitás jellemzi. Ez lehetővé tette számos áramkör újjáépítését és a termék bevezetését különböző eszközökbe. A saját sorrendben csatlakoztatott diódákra és kondenzátorokra feszültségszorzót szereltek fel.
Az elektromosság növelésének funkciója mellett a szorzók egyidejűleg alakítják át váltakozó áramról egyenárammá. Ez azért kényelmes, mert az eszköz általános áramköre leegyszerűsödik, megbízhatóbbá és kompaktabbá válik. A készülék segítségével akár több ezer voltos emelkedés is elérhető.
Hol használják az eszközt
A multiplikátorok különféle típusú eszközökben találták meg alkalmazásukat, ezek a következők: lézerszivattyús rendszerek, röntgenhullám-sugárzó készülékek nagyfeszültségű egységeikben, folyadékkristályos kijelzők háttérvilágítására, ion típusú szivattyúk, mozgó hullámlámpák, légionizátorok, elektrosztatikus rendszerek, részecskegyorsítók, másológépek, televíziók és oszcilloszkópok kineszkópokkal, valamint ahol nagy, alacsony áramú egyenáramra van szükség.
A feszültségszorzó elve
Az áramkör működésének megértéséhez jobb, ha megnézzük az úgynevezett univerzális eszköz működését. Itt a fokozatok száma nincs pontosan megadva, és a kimenő áramot a következő képlet határozza meg: nUin=Uout, ahol:
- n a jelen lévő áramköri fokozatok száma;
- Uin az eszköz bemenetére adott feszültség.
A kezdeti pillanatban, amikor az első, mondjuk, pozitív félhullám érkezik az áramkörbe, a bemeneti fokozat dióda átadja azt a kondenzátorának. Ez utóbbit a bejövő elektromosság amplitúdója tölti fel. Egy második negatívummalfélhullámú, az első dióda zárva van, a második fokozat félvezetője pedig a szintén feltöltött kondenzátorához engedi. Ráadásul az első kondenzátor feszültsége, amely sorba van kapcsolva a másodikkal, hozzáadódik az utolsóhoz, és a kaszkád kimenete már megduplázódott.
Ugyanez történik minden következő fokozatban – ez a feszültségszorzó elve. És ha megnézzük a folyamatot a végéig, akkor kiderül, hogy a kimenő elektromosság bizonyos számú alkalommal meghaladja a bemenetet. De mint egy transzformátornál, itt is csökken az áramerősség a potenciálkülönbség növekedésével – az energiamegmaradás törvénye is működik.
Séma szorzó felépítéséhez
Az áramkör teljes lánca több láncszemből áll össze. A kondenzátoron lévő feszültségszorzó egyik linkje egy félhullámú egyenirányító. Az eszköz beszerzéséhez két sorba kapcsolt linkre van szükség, amelyek mindegyike rendelkezik egy diódával és egy kondenzátorral. Egy ilyen áramkör megkettőzője az elektromosságnak.
A feszültségsokszorozó készülék grafikus ábrázolása a klasszikus változatban a diódák átlós helyzetével néz ki. A félvezetők bekapcsolásának iránya határozza meg, hogy a szorzó kimenetén a közös ponthoz képest melyik potenciál – negatív vagy pozitív – lesz jelen.
A negatív és pozitív potenciállal rendelkező áramkörök kombinálásával bipoláris feszültségduplázó áramkör jön létre a készülék kimenetén. Ennek a konstrukciónak az a jellemzője, hogy ha megméred a szintetelektromos áram a pólus és a közös pont között, és ez 4-szeresen meghaladja a bemeneti feszültséget, akkor a pólusok közötti amplitúdó nagysága 8-szorosára nő.
A szorzóban a közös pont (amely a közös vezetékre van kötve) az lesz, ahol a tápforrás kimenete egy sorba kapcsolt kondenzátorokkal csoportosított kondenzátor kimenetére csatlakozik. Ezek végén a kimenő elektromosságot páros elemekre veszik fel - páros együtthatóval, páratlan kondenzátorokon, illetve páratlan együtthatóval.
Kondenzátorok szivattyúzása a szorzóban
Más szóval, az állandó feszültségszorzó készülékében van egy bizonyos tranziens folyamat a deklaráltnak megfelelő kimeneti paraméter beállítására. Ezt a legegyszerűbben az elektromos áram megduplázásával lehet látni. Amikor a D1 félvezetőn keresztül a C1 kondenzátor teljes értékére feltöltődik, akkor a következő félhullámban az elektromos áramforrással együtt egyidejűleg tölti a második kondenzátort is. A C1-nek nincs ideje teljesen átadni a töltését C2-nek, így a kimenetnek kezdetben nincs dupla potenciálkülönbsége.
A harmadik félhullámnál az első kondenzátor újratöltődik, majd potenciált kapcsol a C2-re. De a második kondenzátor feszültsége már az elsővel ellentétes irányú. Ezért a kimeneti kondenzátor nincs teljesen feltöltve. Minden egyes új ciklusnál a C1 elemen lévő elektromosság a bemenet felé fordul, a C2 feszültség megkétszereződik.
Hogyanszorzószám kiszámítása
A szorzóeszköz számításánál a kezdeti adatokból kell kiindulni, amelyek a következők: a terheléshez szükséges áramerősség (In), a kimeneti feszültség (Uout), a hullámossági tényező (Kp). A kondenzátorelemek uF-ben kifejezett minimális kapacitásértékét a következő képlet határozza meg: С(n)=2, 85nIn/(KpUout), ahol:
- n a bemeneti elektromosság növelésének száma;
- In - a terhelésben folyó áram (mA);
- Kp – pulzációs tényező (%);
- Uout - a készülék kimenetén kapott feszültség (V).
A számításokkal kapott kapacitást kétszer-háromszor növelve megkapjuk a C1 áramkör bemenetén lévő kondenzátor kapacitásának értékét. Az elem ezen értéke lehetővé teszi, hogy azonnal megkapja a feszültség teljes értékét a kimeneten, és ne várja meg, amíg egy bizonyos számú periódus eltelik. Ha a terhelés munkája nem függ az elektromosság névleges teljesítményre való emelkedésének sebességétől, a kondenzátor kapacitása a számított értékekkel azonosnak tekinthető.
Legjobb a terheléshez, ha a diódafeszültség-szorzó hullámossági tényezője nem haladja meg a 0,1%-ot. 3%-ig terjedő hullámosság is kielégítő. Az áramkör összes diódáját úgy választják ki a számításból, hogy szabadon elviseljék a terhelés értékének kétszeresét. Az eszköz nagy pontosságú kiszámításának képlete a következőképpen néz ki: nUin - (In(n3 + 9n2/4 + n/2)/(12 f C))=Uout, ahol:
- f – feszültségfrekvencia a készülék bemenetén (Hz);
- C – kondenzátorkapacitás (F).
Előnyök éshátrányok
A feszültségszorzó előnyeiről beszélve a következőket jegyezhetjük meg:
Az a képesség, hogy jelentős mennyiségű elektromos áramot kapjunk a kimeneten – minél több láncszem van a láncban, annál nagyobb lesz a szorzótényező
- A tervezés egyszerűsége – minden szabványos linkekre és megbízható rádióelemekre van szerelve, amelyek ritkán hibáznak.
- Súly – a terjedelmes elemek, például a teljesítménytranszformátor hiánya csökkenti az áramkör méretét és súlyát.
Minden szorzóáramkör legnagyobb hátránya, hogy lehetetlen nagy kimeneti áramot venni belőle a terhelés táplálására.
Következtetés
Feszültségszorzó kiválasztása egy adott eszközhöz. fontos tudni, hogy a szimmetrikus áramkörök jobb paraméterekkel rendelkeznek a hullámosság szempontjából, mint a kiegyensúlyozatlanok. Ezért az érzékeny készülékeknél célszerűbb a stabilabb szorzók alkalmazása. Aszimmetrikus, könnyen elkészíthető, kevesebb elemet tartalmaz.
