Quando si risolvono problemi di circuito, ci sono momenti in cui è necessario evitare l'uso di trasformatori per aumentare la tensione di uscita. La ragione di ciò molto spesso risulta essere l'impossibilità di includere convertitori step-up nei dispositivi a causa dei loro indicatori di peso e dimensioni. In una situazione del genere, la soluzione è utilizzare un circuito moltiplicatore.
Definizione del moltiplicatore di tensione
Un dispositivo, che significa moltiplicatore elettrico, è un circuito che consente di convertire una tensione alternata o pulsante in corrente continua, ma di valore superiore. L'aumento del valore del parametro all'uscita del dispositivo è direttamente proporzionale al numero di stadi del circuito. Il moltiplicatore di tensione più elementare esistente è stato inventato dagli scienziati Cockcroft e W alton.
I moderni condensatori sviluppati dall'industria elettronica sono caratterizzati da dimensioni ridotte e capacità relativamente grandi. Ciò ha permesso di ricostruire molti circuiti e introdurre il prodotto in diversi dispositivi. Un moltiplicatore di tensione è stato assemblato su diodi e condensatori collegati nel proprio ordine.
Oltre alla funzione di aumentare l'elettricità, i moltiplicatori la convertono simultaneamente da AC a DC. Ciò è conveniente in quanto la circuiteria complessiva del dispositivo è semplificata e diventa più affidabile e compatta. Con l'aiuto del dispositivo, è possibile ottenere un aumento fino a diverse migliaia di volt.
Dove viene utilizzato il dispositivo
I moltiplicatori hanno trovato la loro applicazione in vari tipi di dispositivi, questi sono: sistemi di pompaggio laser, dispositivi di radiazione di onde di raggi X nelle loro unità ad alta tensione, per la retroilluminazione di display a cristalli liquidi, pompe di tipo ionico, lampade ad onde mobili, ionizzatori d'aria, sistemi elettrostatici, acceleratori di particelle, fotocopiatrici, televisori e oscilloscopi con cinescopi, nonché dove è richiesta elettricità CC alta e bassa corrente.
Il principio del moltiplicatore di tensione
Per capire come funziona il circuito, è meglio guardare al funzionamento del cosiddetto dispositivo universale. Qui il numero di stadi non è esattamente specificato e l'elettricità in uscita è determinata dalla formula: nUin=Uout, dove:
- n è il numero di stadi del circuito presenti;
- Uin è la tensione applicata all'ingresso del dispositivo.
Nel momento iniziale, quando la prima, diciamo, semionda positiva arriva al circuito, il diodo dello stadio di ingresso la passa al suo condensatore. Quest'ultimo è addebitato all'ampiezza dell'elettricità in ingresso. Con un secondo negativosemionda, il primo diodo è chiuso e il semiconduttore del secondo stadio lo lascia andare al suo condensatore, anch'esso carico. Inoltre, la tensione del primo condensatore, collegato in serie al secondo, si aggiunge all'ultimo e l'uscita della cascata è già elettrica raddoppiata.
La stessa cosa accade in ogni fase successiva: questo è il principio di un moltiplicatore di tensione. E se si osserva la progressione fino alla fine, si scopre che l'elettricità in uscita supera l'ingresso di un certo numero di volte. Ma come in un trasformatore, la forza di corrente qui diminuirà con un aumento della differenza di potenziale - funziona anche la legge di conservazione dell'energia.
Schema per la costruzione di un moltiplicatore
L'intera catena del circuito è assemblata da diversi anelli. Un collegamento del moltiplicatore di tensione sul condensatore è un raddrizzatore a semionda. Per ottenere il dispositivo è necessario disporre di due collegamenti in serie, ciascuno dei quali dotato di un diodo e di un condensatore. Tale circuito è un duplicatore di elettricità.
La rappresentazione grafica del dispositivo moltiplicatore di tensione nella versione classica guarda con la posizione diagonale dei diodi. La direzione di accensione dei semiconduttori determina quale potenziale - negativo o positivo - sarà presente all'uscita del moltiplicatore rispetto al suo punto comune.
Combinando circuiti con potenziale negativo e positivo, si ottiene un circuito bipolare duplicatore di tensione all'uscita del dispositivo. Una caratteristica di questa costruzione è che se si misura il livelloelettricità tra il polo e il punto comune e supera la tensione di ingresso di 4 volte, quindi l'ampiezza dell'ampiezza tra i poli aumenterà di 8 volte.
Nel moltiplicatore, il punto comune (che è collegato al filo comune) sarà quello in cui l'uscita della sorgente di alimentazione è collegata all'uscita di un condensatore raggruppato con altri condensatori collegati in serie. Alla fine di essi, l'elettricità in uscita viene prelevata dagli elementi pari - a un coefficiente pari, rispettivamente sui condensatori dispari, a un coefficiente dispari.
Condensatori di pompaggio nel moltiplicatore
In altre parole, nel dispositivo del moltiplicatore di tensione costante, c'è un certo processo transitorio di impostazione del parametro di uscita corrispondente a quello dichiarato. Il modo più semplice per vederlo è raddoppiare l'elettricità. Quando, attraverso il semiconduttore D1, il condensatore C1 viene caricato al suo pieno valore, nella semionda successiva, insieme alla fonte di elettricità, carica contemporaneamente il secondo condensatore. C1 non ha il tempo di cedere completamente la sua carica a C2, quindi l'uscita inizialmente non ha una doppia differenza di potenziale.
Alla terza semionda, il primo condensatore viene ricaricato e quindi applica un potenziale a C2. Ma la tensione sul secondo condensatore ha già una direzione opposta al primo. Pertanto, il condensatore di uscita non è completamente carico. Ad ogni nuovo ciclo, l'elettricità sull'elemento C1 tenderà all'ingresso, la tensione C2 raddoppierà di dimensioni.
Comecalcola moltiplicatore
Nel calcolare il dispositivo di moltiplicazione è necessario partire dai dati iniziali, che sono: la corrente richiesta per il carico (In), la tensione di uscita (Uout), il coefficiente di ripple (Kp). Il valore minimo della capacità degli elementi del condensatore, espresso in uF, è determinato dalla formula: С(n)=2, 85nIn/(KpUout), dove:
- n è il numero di volte in cui viene aumentata l'elettricità in ingresso;
- In - corrente che scorre nel carico (mA);
- Kp – fattore di pulsazione (%);
- Uout - tensione ricevuta all'uscita del dispositivo (V).
Aumentando di due o tre volte la capacità ottenuta dai calcoli, si ottiene il valore della capacità del condensatore all'ingresso del circuito C1. Questo valore dell'elemento consente di ottenere immediatamente il valore completo della tensione in uscita e di non attendere che sia trascorso un certo numero di periodi. Quando il lavoro del carico non dipende dalla velocità di salita dell'elettricità all'uscita nominale, la capacità del condensatore può essere considerata identica ai valori calcolati.
Ideale per il carico se il fattore di ondulazione del moltiplicatore di tensione del diodo non supera lo 0,1%. Soddisfacente anche la presenza di increspature fino al 3%. Tutti i diodi del circuito sono selezionati dal calcolo in modo che possano sopportare liberamente una forza di corrente doppia del suo valore nel carico. La formula per calcolare il dispositivo con elevata precisione è simile alla seguente: nUin - (In(n3 + 9n2/4 + n/2)/(12 f C))=Uout, dove:
- f – frequenza di tensione all'ingresso del dispositivo (Hz);
- C - capacità del condensatore (F).
Vantaggi esvantaggi
Parlando dei vantaggi del moltiplicatore di tensione, possiamo notare quanto segue:
La capacità di ottenere quantità significative di elettricità in uscita: più anelli nella catena, maggiore sarà il fattore di moltiplicazione
- Semplicità di progettazione: tutto è assemblato su collegamenti standard ed elementi radio affidabili che raramente si guastano.
- Peso: l'assenza di elementi ingombranti come un trasformatore di alimentazione riduce le dimensioni e il peso del circuito.
Il più grande svantaggio di qualsiasi circuito moltiplicatore è che è impossibile ottenere una grande corrente di uscita da esso per alimentare il carico.
Conclusione
Scegliere un moltiplicatore di tensione per un particolare dispositivo. è importante sapere che i circuiti bilanciati hanno parametri migliori in termini di ondulazione rispetto a quelli sbilanciati. Pertanto, per i dispositivi sensibili è più opportuno utilizzare moltiplicatori più stabili. Asimmetrico, facile da realizzare, contiene meno elementi.
