Pokud je nutné získat konstantní napětí, která jsou násobkem napájecího napětí, které je napájí, v mnoha oblastech radiotechniky se používají napěťové multiplikátory (VL). Jsou rozděleny na poloviční a plné vlny, sekvenční a paralelní typy.
Obvod poloviční vlny usměrňovače
Obrázek 1 ukazuje obvod poloviční vlny usměrňovače se zdvojnásobením napětí. Obvod lze použít samostatně i jako základní prvek vícevrstvých sekvenčních multiplikátorů.
Postava: 1. Schéma půlvlnného usměrňovače se zdvojnásobením napětí.
Obrázek 2 ukazuje paralelní obvod plného vlnového zdvojnásobovacího usměrňovače (obvod Latour). Toto UN jako usměrňovač lze považovat za dvě půlvlny, zapnuté (sekundární vinutí transformátoru T1 - dioda VD1 - kondenzátory C1, C3; sekundární vinutí transformátoru - diodové kondenzátory VD2 C2, C4) v sérii. Zdvojnásobené napětí na jeho výstupu se získá v důsledku přidání samostatně usměrněných bipolárních napětí.
Postava: 2. Paralelní obvod plně vlnového usměrňovače se zdvojnásobením napětí (Latourův obvod).
Sériový žebříkový půlvlnný usměrňovač
Nejčastěji se při nízkých zatěžovacích proudech (až 10 ... 15 mA) používá sériový vícevláknový půlvlnný usměrňovač (obr.3).
Jeho obvod se skládá z půlvlnných usměrňovačů - linek, v následujícím algoritmu - jedné linky (dioda a kondenzátor) - pouze poloviční vlny usměrňovače skládající se z diody a kondenzátoru (usměrňovač a filtr), dvou linek - napěťového multiplikátoru dvakrát, tří - v třikrát atd.
Hodnoty kapacity každého spoje jsou ve většině případů stejné a závisí na frekvenci napájecího napětí do VL a aktuální spotřebě.
Postava: 3. Schéma multi-linkového multiplikátoru poloviční vlny napětí.
Je vhodné uvažovat o fyzikálních procesech zvyšování napětí ve vícelinkové půlvlně (obr. 3) VN, když je na něj přivedeno střídavé sinusové napětí. OSN funguje následovně.
S kladnou půlvlnou napětí na spodní svorce sekundárního vinutí T1 protéká proud diodou VD1 a nabíjí kondenzátor C1 na hodnotu amplitudy.
Při kladné půlvlně napájecího napětí na spodní svorce sekundárního vinutí T1 se na anodu VD2 přivede součet napětí na sekundárním vinutí a napětí na kondenzátoru C1; v důsledku čehož proud prochází VD2, potenciál pravé desky C2 vzhledem ke společnému vodiči se zvyšuje na zdvojnásobení vstupního napětí atd. Z toho vyplývá, že čím více odkazů existuje, tím více konstantního napětí (teoreticky) lze získat z OSN.
Pro správné pochopení vzniku a distribuce potenciálů vznikajících na radioelementech během provozu OSN předpokládáme, že jeden vstupní impuls (VI) plně nabije kondenzátor C1 (obr. 3) na napětí + U.
Představte si druhý kladný pulz vznikající na horní svorce T1 a vstupující do levé desky C1 podle schématu na obr. 3, také ve formě kondenzátoru nabitého na napětí + U (Cu).
Jejich společné připojení (obr. 4) bude mít podobu sériově zapojených kondenzátorů. Potenciál na C1 ve vztahu ke společnému vodiči se zvýší na + 2U, otevře se VD2 a kondenzátor C2 se nabije na + 2U.
Postava: 4. Obvod multiplikátoru napětí.
Když se na spodní svorce T1 objeví puls s hodnotou + U a sečteme jej stejným způsobem s napětím + 2U na kondenzátoru C2, objeví se na C3 napětí + 3U přes otevřený VD3 atd.
Z výše uvedeného důvodu můžeme vyvodit závěr, že hodnota napětí vzhledem ke „společnému“ vodiči (obr. 3) pouze na C1 se bude rovnat hodnotě amplitudy vstupního napětí, tj. + U, na všech ostatních kondenzátorech multiplikátoru se napětí postupně zvyšuje s krokem + 2U.
Pro správnou volbu provozního napětí kondenzátorů použitých v CN však nezáleží na napětí napříč nimi vzhledem k „běžnému“ vodiči, ale na napětí připojeném k jejich vlastním svorkám. Toto napětí pouze na C1 je + U a pro všechny ostatní je + 2U bez ohledu na krok násobení.
Nyní představujeme konec trvání působení VI pulzu, jako uzavření kondenzátoru C (obr. 4) propojkou (S1). Je zřejmé, že v důsledku zkratu se potenciál na anodě VD2 sníží na + U a potenciál 2U se použije na katodu. Dioda VD2 bude sepnuta zpětným napětím 2U-U \u003d U.
Lze tedy dojít k závěru, že na každou diodu UN je přivedeno reverzní napětí vzhledem k jejím vlastním elektrodám, ne více než hodnota amplitudy impulzu napájecího napětí. Pro výstupní napětí UN jsou všechny diody zapojeny do série.
Praktické VHF obvody pro VF a VKV
Krátkovlnní radioamatéři, kteří vyrábějí vlastní rádiová zařízení, jsou obeznámeni s problémem výroby dobrého výkonového transformátoru pro výstupní stupeň vysílače nebo transceiveru.
Schéma zobrazené na obr. 2 pomůže vyřešit tento problém. Výhodou praktické implementace je použití hotového, nikoliv nedostatkového z důvodu odchodu staré technologie, výkonového transformátoru (ST) ze sjednocené lampové televize (ULT) druhé třídy, který lze použít jako výkonový transformátor k napájení výkonového zesilovače (PA) rozhlasové stanice 3. kategorie.
Doporučené technické řešení umožňuje získat z CT všechna požadovaná výstupní napětí pro PA bez jakýchkoli modifikací. ST je vyroben na jádru typu PL, všechna vinutí jsou konstrukčně provedena symetricky a mají poloviční otáčky na každé ze dvou cívek.
Takový ST je vhodný jak pro získání požadovaného anodového napětí, tak i topného napětí umožňuje použití jako výstup v PA jako žárovka s 6voltovým vláknem (typ 6P45S) a žárovka (typ GU50) s 12voltovým vláknem, pro které je nutné spojit vinutí vlákna paralelně nebo sériově. Použití zdvojovače umožní snadné získání napětí 550 ... 600 V při zatěžovacím proudu přibližně 150 mA.
Tento režim je optimální pro získání lineární charakteristiky pro lampu GU50 při provozu na SSB. Spojením vinutí vlákna do série (používané v TV pro napájení žárovek a kineskopu) a použitím UN podle schématu na obr.3 můžete získat zdroj záporného předpětí pro řídicí mřížky žárovek (asi mínus 55,65 V).
Vzhledem k malé spotřebě proudu podél řídicí sítě lze jako kondenzátory takové UN použít nepolární kondenzátory 0,5 μF při 100,200 V.
Stejná vinutí lze použít k získání spínacího napětí v režimu „příjem-vysílání“. Při konstrukci koncového stupně s uzemněnou sítí je řídicí síť připojena ke zdroji záporného napětí (UN 55,65 V), katoda je připojena přes tlumivku (015 mm, n \u003d 24, PEV-1 00,64 mm) na -300 V a + 300 V, budicí napětí je přivedeno na katodu přes kondenzátor.
Řídicí síť můžete připojit přímo na -300 V, katoda je připojena na -300 V prostřednictvím dvou paralelně zapojených řetězců, z nichž každý se skládá z zenerovy diody D815A a 2-wattového rezistoru 3,9 ohmu. V tomto případě je budicí napětí přivedeno na katodu prostřednictvím širokopásmového transformátoru.
Pokud je výstupní stupeň PA proveden podle schématu se společnou katodou, pak je na anodu napájeno +600 V a +300 V do mřížky obrazovky z místa připojení C1, C2, C3, C4 (výstup -300 V je připojen ke „společnému“ vodiči RXTX), což vám umožní zbavit se silných tlumících odporů v mřížkovém obvodu obrazovky, na které se zbytečně uvolňuje spousta tepelné energie. Záporné předpětí -55,65 V je přiváděno do řídicí sítě z výše zmíněného OSN.
Ke snížení úrovně zvlnění napájecího napětí v usměrňovači můžete také použít standardní tlumivky (L1, L2, obr. 2) napájecího filtru stejného typu ULT DR2LM s indukčností primárního vinutí asi 2 Hn. Data vinutí pro ST a DR2LM jsou uvedena v.
Světelná technika
Příkladem použití multiplikátoru napětí čtyřmi je startovací obvod bez spouštěče pro denní světlo (LLS) zobrazený na obrázku 5, který se skládá ze dvou zdvojovačů napětí zapojených do série DC a paralelně k AC.
Postava: 5. Obvod násobiče napětí o čtyři pro bezhvězdný start světla denního světla.
Lampa se zapálí bez zahřívání elektrod. K rozpadu ionizované mezery „studeného“ LDS dochází, když je na výstupu UN dosaženo zapalovacího napětí LDS. LDS se zapálí téměř okamžitě.
Osvětlená lampa se svou nízkou vstupní impedancí posouvá na vysokou výstupní impedanci UN, jejíž kondenzátory kvůli své malé hodnotě přestávají fungovat jako zdroje zvýšeného napětí a diody začínají fungovat jako běžné ventily.
2-vinutí tlumivka L1 (nebo dvě 1-vinutí tlumivky) slouží k vyhlazení usměrněného zvlnění napětí. Pokles napětí v napájecí síti je přibližně rovnoměrně rozložen na předřadníkové kondenzátory C1, C2 a LDS, které jsou zapojeny do série se střídavým proudem, což odpovídá normálnímu provoznímu režimu LDS.
Při použití v tomto schématu se LDS s válcovou částí o průměru 36 mm zapálí bez problémů, LDS s průměrem 26 mm se zapálí horší, protože kvůli zvláštnostem jejich konstrukce může zapalovací napětí iu nových žárovek bez ohřevu vlákna překročit 1200 V.
Televize
Je známo, že výstupní transformátor řádkového skenování (TVS) je jedním z napjatých uzlů v televizním přijímači (TV). Jak ukazuje vývoj vývoje obvodů této jednotky, s přechodem od trubkových televizorů k barevným v důsledku zvýšení spotřeby energie ze zdroje vysokého napětí (aktuální spotřeba černobílého kineskopu s úhlopříčkou 61 cm podél druhé anody je asi 350 μA a barevná je již 1 mA !), Televizní designéři neustále hledali způsoby, jak zlepšit jeho spolehlivost.
Obvodová řešení pro získání vysokého napětí pro napájení druhé anody kineskopu, která se používala ve všech modelech trubkových televizorů, probíhala pouze v prvních modifikacích ULPCT a poté místo postupného navíjení palivové sestavy (téměř stejné v počtu závitů anodové) začali používat UN, který svou elektrickou silou , a proto spolehlivost významně překročila podobné parametry navíjecí jednotky.
Postava: 6. Obvod napěťového multiplikátoru se ztrojnásobením, z TV Yunost.
OSN se téměř okamžitě začala používat v domácích černobílých přenosných televizorech. Například v TV „Yunost 401“ se používá obvod ztrojnásobení napětí, znázorněný na obr.6.
Při implementaci praktických obvodů OSN záleží na tom, do kterého bodu obvodu OSN (1 nebo 2, obr. 3) je připojen „společný“ vodič obvodu, ve kterém bude použit, tj. „fázování“ OSN. To lze snadno ověřit pomocí osciloskopu.
Při provádění měření na nezatíženém CD (obr. 3) je vidět, že na lichých linkách je hodnota proměnné složky téměř stejná jako napájecí napětí a na sudých linkách prakticky chybí.
Proto při použití napětí ve skutečných strukturách pouze ze sudých nebo pouze z lichých multiplikačních spojů by měla být tato skutečnost zohledněna odpovídajícím připojením OSN ke zdroji energie.
Například pokud je „společný“ vodič (obr. 3) připojen k bodu 2, pak jsou provozní napětí odstraněna z párních spojů, pokud s bodem 1 - z lichých.
Při použití sudých i lichých spojů jednoho CN je pro získání konstantního napětí ze spoje, ve kterém je přítomna střídavá součástka, nutné (zejména s kapacitní zátěží) zapnout další spoj (dioda a kondenzátor) mezi spojovacím článkem a zátěží (obr.7).
Dioda (VDd) v tomto případě zabrání zkratu přes AC komponentu a kondenzátor (Cdf) bude fungovat jako filtr. Přirozeně musí mít kondenzátor Cdf provozní napětí rovné plnému konstantnímu výstupnímu napětí.
Postava: 7. Zahrnutí dalšího spojení do multiplikátoru napětí.
Nesmíme také zapomenout na negativní dopad na spolehlivost provozu vícelinkových úniků UL, které jsou vždy přítomny v radioelementech a materiálech, když pracují pod vysokým napětím, což ukládá určitá omezení na skutečně dosažitelnou hodnotu výstupního napětí.
Praktická verze obvodů UN s násobením třemi je uvedena na obr. 6; čtyři - na obr. 4; pět - na obr. 8, obr. 9; šestou - na obr.
Postava: 8. Obvod multiplikátoru napětí se násobením čtyřmi.
Postava: 9. Obvod multiplikátoru napětí vynásobený pěti.
Postava: 10. Obvod multiplikátoru napětí se násobením šesti.
Tento článek pojednává pouze o části obvodů OSN, která byla dříve používána a v současné době se používá v domácích spotřebičích a radioamatérském designu. Některé varianty obvodů OSN, jejichž provozní principy jsou podobné těm, o nichž se uvažuje, jsou zveřejněny v.
V literatuře a při komunikaci s radioamatéry se často setkáváme s nejasnostmi ohledně OSN, pokud jde o. Například se tvrdí, že pokud je označení na OSN 8,5 / 25-1,2 nebo 9 / 27-1,3, pak se jedná o napěťový tripler. Podle obvodů jsou tyto CN multiplikátory o pět.
Označení nese pouze informaci, že když je na vstup ULV přivedeno napětí s amplitudou 8,5 kV, zajišťuje to, že na jeho výstupu (při proudu spotřebovaném jeho zátěží, řádově 1 mA), tj. Při proudu spotřebovaném jeho zátěží, je získáno průměrné konstantní (kladné) napětí 25 kV E. označení hovoří pouze o jeho vstupních a výstupních parametrech.
K získání vysokého napětí v televizoru se používá pulzní napětí, ke kterému dochází v sekundárním vinutí palivové sestavy během zpětné dráhy paprsku, která následuje s frekvencí 15625 Hz, s (kladným) trváním pulzu asi 12 μs a pracovním cyklem asi pět.
U velkého multiplikačního faktoru je významnou hodnotou také pokles napětí v dopředném směru na sloupcích usměrňovače, kterými jsou usměrňovače UN. Například pro sloupec 5GE600AF, když se používá jako jediný usměrňovač, je pokles napětí ve směru dopředu 800 V!
Z výše uvedeného vyplývá, že prvky UN slouží také pro napájecí pulzní napětí jako integrační obvod, který snižuje průměrnou hodnotu stejnosměrného napětí (při zátěžovém proudu 1 mA) ve srovnání se vstupním napětím na přibližně 5 kV na linku. Právě tyto faktory jsou hlavními faktory, které ovlivňují velikost výstupního napětí CN, a nikoli přibližnou aritmetikou.
Historicky bylo použití selenových diod jako usměrňovačů v prvních vzorcích OSN pro TV určeno úrovní technologie dosažené v té době, jejich nízkými náklady a měkkou elektrickou charakteristikou, která umožňuje zapojit do série téměř neomezený počet diod.
Je zřejmé, že selenové usměrňovače díky vysokému vnitřnímu odporu odolávají krátkodobému přetížení lépe než křemíkové. Se zdokonalením technologie pro výrobu křemíkových diod v UN TV se začaly používat křemíkové póly typu KTs106.
Při opravě TV není možné ani předběžné posouzení možné přítomnosti defektů v usměrňovacích prvcích OSN pomocí automatu. Fyzikální význam tohoto jevu spočívá v tom, že k otevření jedné křemíkové diody je nutné aplikovat potenciální rozdíl řádově 0,7 V ve směru dopředu.
Pokud se například místo sloupce KTs106G použije ekvivalent jednotlivých diod KD105B (Uobr \u003d 400 V), pak pro získání zpětného napětí 10 kV bude zapotřebí řetězec 25 diod zapojených do série, v důsledku čehož bude potřebné napětí k jejich otevření 17,5 V a avometer umožňuje pouze 4,5 V!
Jedinou věcí, kterou lze po měření UN automatometrem jednoznačně konstatovat, je to, že při kontrole funkčního UN by se jehla ohmmetru neměla odchýlit při měření odporu mezi žádnou z jejích elektrod.
V roce bylo navrženo jednoduché řešení pro předběžný test výkonu prvků UN metodou voltmetru. Podstatou návrhu je za tímto účelem použít přídavný zdroj (A1) stejnosměrného napětí (PSI) 200 ... 300 V a avometer pracující v režimu stejnosměrného voltmetru na hranici 200 300 V. Měření se provádí následujícím způsobem.
Automat je zapnutý (obr. 11) v sérii se stejnojmenným pólem PSI a testovaným sloupkem usměrňovače nebo VN. Ověřovací algoritmus.
Postava: 11. Schéma zapnutí avometru na sloupek usměrňovače.
Pokud při měření diody v opačných směrech naměřené hodnoty voltmetru:
- výrazně se liší, pak je provozuschopný;
- rovnající se maximálnímu napětí PPI, pak je přerušeno;
- malý, pak je odtržen;
- střední hodnoty naznačují přítomnost významných netěsností.
Vhodnost prvků testovaného usměrňovače je pro konkrétní značku empiricky stanovena statistickou metodou srovnání s hodnotami úbytku napětí získanými prakticky při měření v dopředném a zpětném směru provozuschopné, obdobné značce, sloupku nebo diodě UN.
Pro radioamatéry, kteří se zabývají opravami televizních zařízení u zákazníka, je výhodnější použít obvod zobrazený na obr.12 a navržený na schématu, který je napájen kondenzátory omezujícími proud ze sítě 220 V, pro předběžnou kontrolu výkonu prvků UN pomocí metody voltmetru (na základě hmotnosti a rozměrů)
Postava: 12. Výkonový obvod s kondenzátory omezujícími proud.
Obvod se v praxi osvědčil a z hlediska obvodů jde o usměrňovač zdvojnásobení napětí. Algoritmus měření je stejný. Stejné schéma lze použít k odstranění některých typů zkratů mezi elektrody („lumbago“) v CRT.
Docela často se ptají, zda je možné nainstalovat UN9 / 27-1.3 místo UN8.5 / 25-1.2? Existuje pouze jedna rada: můžete, ale buďte opatrní! Vše závisí na závažnosti problému a úpravě televizoru. Pro srovnání zvažte schémata
UN8.5 / 25-1,2 (obr.8) a UN9 / 27-1,3 (obr.9). Z obvodů OSN je patrné, že v zásadě je možná přímá výměna, ale obráceně tomu tak není, protože mají odlišný počet příchozích rádiových komponent.
Proto při instalaci UN9 / 27-1.3 v TV ULPCT postupujte následovně: zkratujte vstupní svorky pro pulzní napětí a výstup "V"; drát z palivové sestavy je připájen k odpovídajícímu vstupu UN9 / 27; vodič se značkou "země" je připojen v nejkratší vzdálenosti k druhému kontaktu palivového souboru; vodič směřující k zaostřovacímu varistoru je připojen ke svorce "+ F" a lze vypnout standardní kondenzátor zaostřovacího filtru C23 * (podle továrního schématu v televizi), protože jeho funkce může být provedena kondenzátorem C1 (obr. 10), který je nainstalován uvnitř VN. Na svorku „+“ je připojen vysokonapěťový vodič s „přísavkou“ a omezovacím odporem Rf.
Výsledné zlepšení kvality obrazu na televizní obrazovce v důsledku takové výměny neznamená, že se jedná o výsledek výměny!
Důvodem je především to, že v UN9 / 27-1,3 se jako ventily používají křemíkové póly typu KTs106G, pokles napětí, přes který ve směru dopředu (jak již bylo zmíněno výše), je podstatně menší než na pólech typu 5GE600AF, které jsou součástí UN 8.5 / 25-1.2.
Je to velikost tohoto rozdílu, která zvyšuje napětí na výstupu OSN, a tedy na druhé anodě kineskopu, což je vizuálně pozorováno jako zvýšení jasu!
U TV ULPCT je navíc při instalaci UN9 / 27-1.3 nutné vyměnit standardní „přísavku“ za vysokonapěťový rezistor 4,7 kOhm, který je uvnitř nainstalován. Rf) „přísavku“ od TV 3UTSST za odpor 100 kOhm. Rf plní tři funkce: je součástí vazby vyhlazovacího RC filtru pro jím vytvořený obvod vysokého napětí a kapacity ak-wadag kineskopu Ca (obr.9, 10), stejně jako ochranný stejnosměrný rezistor, který omezuje jeho hodnotu v obvodu UN v případě náhodného krátkodobé poruchy interelektrod uvnitř kineskopu (k nimž dochází velmi často a nepředvídatelně u starých kineskopů).
Jedná se také o „hořící pojistku“, která chrání palivové soubory v případě poruchy VL diod, kdy je střídavé napětí přicházející z palivového souboru prakticky uzavřeno do těla prostřednictvím Ca, jehož reaktivní odpor je pro proudy síťové frekvence velmi malý.
Proto je třeba mít na paměti, že výrazně nižší hodnota celkového vnitřního odporu UN9 / 27-1,3 s malou hodnotou (nebo absence z nějakého důvodu) Rf v případech výměny OSN je nežádoucí, protože může vést k výskytu výše uvedených poruch jako východiska budování palivové kazety a na oheň samotné televize.
S určitou dovedností a přesností je možné „získat“ (pokud máte štěstí) vysokonapěťové kondenzátory od kondenzátorů nefunkčních v TV UN s určitou dovedností a přesností, které mohou stále sloužit k urgentní opravě TV úprav ULPCTI nebo UPIMTST nebo k experimentům s jinými designy.
Chcete-li to provést, nejprve opatrně rozlomte tělo OSN kladivem a uvolněte těla kondenzátoru ze směsi a poté oddělte jejich vodiče od propojení a zbytku směsi pomocí postupného odřezávání pomocí bočních řezů. Praktická demontáž tří kopií každé značky UN ukázala, že v kondenzátorech UN8 / 25-1,2 jsou na pouzdru označeny K73-13 2200x10 kV.
V UN9 / 27-1.3 (obr. 10), který má ve srovnání s UN8 / 25-1.2 větší počet prvků, ale menší celkové rozměry, se používají kondenzátory (soudě podle technologie výroby a materiálu, ze kterého jsou vyrobeny) stejného typu (bez označení na pouzdrech), které jsou konstrukčně vyrobeny ve formě třípinové (průměr 16 mm) sestavy (C2, C4 - obr.10) kondenzátorů 1000 pF a čtyřpinové (C1, C3, C5 - obr. 10) sestavy o průměru 18 mm. Kromě toho má C1 kapacitu 2200 pF a každá C3, C5 - 1000 pF. Obě sestavy jsou dlouhé 40 mm.
Lék
Jedním z „exotických“ příkladů použití CN v lékařských zařízeních je jeho použití při konstrukci elektro-efluviálního lustru (EL), který je navržen tak, aby produkoval tok negativních iontů, které mají příznivý účinek na lidské dýchací cesty.
Pro získání vysokého záporného potenciálu pro vyzařující část aero-iontového generátoru byl použit CN se záporným výstupním napětím. Vzhledem k poměrně velkému množství pomocných informací jsou doporučení týkající se návrhu a používání EL nad rámec tohoto článku, proto je EL zmíněn pouze informativně.
Podrobnosti pro diagramy
Specifikace pro obrázky:
- na obr. 2: C1-C4 - K50-20;
- k obr. 6: C1-C2 - KVI-2;
- na obr. 7: C1, C2 - MBGCH; C3-C5 - KCO-2;
- na obr. 10: C1-C6 - K15-4;
- na obr.12: C1, C2 - K42U-2, C3, C4 -K50-20.
S.A. Elkin, Žitomir, Ukrajina. Elektrikář-2004-08.
Literatura:
- Elkin S.A. Bezhvězdný start zářivek // E-2000-7.
- Ivanov B.S. Electronics v domácích výrobcích. M.: DOSAAF, 1981.
- Kazansky I.V. Vysokofrekvenční zesilovač vysokofrekvenčních stanic // Pomáhat radioamatérům. - Číslo 44. - M.: DOSAAF, 1974.
- Kostyuk A. Výkonový zesilovač pro rozhlasovou stanici CB // Radioamatér. -1998. - Ne. 4. - str.37.
- Kuzinets L.M. a další televizní přijímače a antény: Ref. - M.: Communication, 1974.
- Polyakov V.T. Rádioamatérům o technice přímé konverze. - M.: Patriot, 1990.
- O. M. Plyats Příručka pro elektrovakuum, polovodičová zařízení a integrované obvody. -Minsk: Higher School, 1976.
- Sotnikov S. Poruchy napěťového multiplikátoru a zaostřovacích obvodů // Rádio. - 1983. - č. 10. - str.37.
- Sadchenkova D Napěťové multiplikátory // Radioamator. - 2000. - č. 12. -S.35.
- Fomenkov A.P. Rádioamatérům o tranzistorových televizorech. - M.: DOSAAF, 1978.
- Shtan A.Yu., Shtan Yu.A. O některých funkcích používání ionizátorů vzduchu // Radioamator. - 2001. - č. 1. - str.24.
- 12. Yashchenko O. Zařízení pro kontrolu a obnovu obrazovek // Rádio. - 1991. - č. 7. - str.43.
Mezi různými schématy usměrňovacích zařízení je speciální skupina tvořena obvody, ve kterých se pomocí vhodného připojení usměrňovacích prvků a kondenzátorů provádí nejen usměrnění, ale současně se znásobuje usměrněné napětí.
Výhodou těchto obvodů je možnost konstrukce vysokonapěťových beztransformátorových usměrňovačů a usměrňovačů s transformátory, pouze pro napájení topných okruhů kenotronů. Absence navíjecího vinutí v výkonovém transformátoru výrazně usnadňuje jeho výrobu a zlepšuje výkon usměrňovače. Nevýhody těchto obvodů zahrnují relativně silnou závislost usměrněného napětí na proudu v zátěži a relativní obtížnost získání vysokých výkonů.
V rentgenových zařízeních se nejčastěji používají usměrňovací obvody s násobením napětí. V radiotechnické praxi se používají hlavně k napájení zařízení s nízkým výkonem, které při napětí asi 200 V nespotřebovává více než 50-70 mA. I zde však lze oblast jejich použití významně rozšířit budováním, například podle schématu s trojnásobným nebo čtyřnásobným napětím, dostatečně výkonných beztransformátorových usměrňovačů. Takové usměrňovače se střídavým napětím 110, 127 nebo 220 V umožňují získání konstantního napětí 300-400 V při proudu až 100-150 mA, které dodává energii do anodových obvodů přijímačů, nízkofrekvenčních zesilovačů průměrného výkonu.
Funkce provozu usměrňovačů s násobením napětí je použití vlastností kondenzátorů k akumulaci a akumulaci elektrické energie po určitou dobu. Když usměrňovač pracuje z konvenční 50-periodové sítě se střídavým proudem, doba, během které musí kondenzátor udržovat svůj náboj, nepřesahuje 0,02 s. Čím větší kapacita (zahrnutá v obvodu kondenzátorů, tím větší množství elektrické energie, kterou ukládají, a čím vyšší při stejné zátěži je získáno usměrněné napětí. Proto je v takových usměrňovačích nejvhodnější použít elektrolytické kondenzátory, které mají malou velikost a mají značnou kapacitu! ...
Níže je popsána řada praktických usměrňovacích obvodů s multiplikací napětí a pro většinu z nich jsou uvedeny charakteristiky zátěže při různých kapacitách akumulačních kondenzátorů. Takové charakteristiky umožňují spravedlivě plně posoudit možné oblasti použití konkrétního obvodu, vybrat obvod usměrňovače pro daný usměrněný proud, usměrněné napětí a napájecí napětí a určit základní údaje jeho částí.
Schémata usměrňovačů s multiplikací napětí
Obvody zdvojnásobení napětí. Obvody usměrňovače se zdvojnásobením napětí, které se nejčastěji používají v amatérské rádiové praxi, jsou znázorněny na obr. 1.
OBR. 1. Schémata usměrňovačů se zdvojnásobením napětí.
a - obvod plné vlny usměrňovače; b - půlvlnný usměrňovací obvod.
Aby bylo možné plně porovnat a vyhodnotit výhody a nevýhody obou schémat, na obr. 2 ukazuje jejich zatěžovací charakteristiky. Charakteristiky byly převzaty při různých kapacitách kondenzátorů C1 a C2. Usměrňovače používaly selenové kolony B1 a B2, z nichž každá byla sestavena z 13 podložek o průměru 45 mm. Napájecí napětí bylo udržováno na 120 V. Aby se omezil spouštěcí proud, který díky kapacitní povaze zátěže může dosáhnout významných hodnot, byl do výkonového obvodu zapojen sériově odpor R rovný 20 ohmům. Tím byly vytvořeny příznivější podmínky pro provoz usměrňovačů.
OBR. 2. Zatěžovací charakteristiky usměrňovačů se zdvojnásobením napětí (odebíráno při napájecím napětí 120 V).
a - charakteristika plného vlnového usměrňovače; b - charakteristika půlvlnného usměrňovače.
Při srovnání zátěžových charakteristik obou usměrňovačů, které se berou současně (stejné hodnoty kapacity kondenzátorů C1 a C2, lze vidět, že u usměrňovacího obvodu s plnou vlnou leží znatelně vyšší než u obvodu s poloviční vlnou. Proto se usměrněné napětí na zátěži při stejném proudu ukazuje jako velké pro první schéma (obr. 1, a) než pro druhé (obr. 1, b).
Výše uvedené charakteristiky také umožňují posoudit skutečné provozní napětí, při kterém kondenzátory obvodu pracují.
Vzhledem k tomu, že frekvence zvlnění s plně vlnovou usměrněním je dvakrát vyšší než s půlvlnovou usměrněním, je pro první obvod (obr.1, a) výrazně usnadněna další filtrace usměrněného napětí a navíc koeficient zvlnění ukazující, kolik z usměrněného napětí na výstupu usměrňovač je amplituda proměnné složky tohoto napětí) pro stejnou zátěž a stejné hodnoty kapacity kondenzátorů C1 a C2 jsou o něco menší. Například při zatěžovacím odporu 2 000 Ohmů a kapacitě kondenzátorů C1 a C2 po 48 μF činil faktor zvlnění pro první obvod 6,5% a pro druhý - 7,6% (navzdory skutečnosti, že v prvním obvodu byla celková kapacita na výstupu usměrňovač je dvakrát méně než ve druhém).
Je třeba také poznamenat, že provozní napětí na kondenzátorech v prvním obvodu jsou stejná a rovná se polovině usměrněného napětí, to znamená, že nepřesahují 150 V (pokud usměrňovač nepracuje bez zátěže), zatímco ve druhém obvodu je pouze kondenzátor C1 a kondenzátor C2 je na plně usměrněném napětí, a proto musí být dimenzován na provozní napětí alespoň 300 V.
Když usměrňovače pracují se zdvojnásobením napětí bez zátěže, tj. Nečinnosti, usměrněné napětí se přibližně rovná dvojnásobné špičkové hodnotě napájecího napětí v síti, a proto může překročit 350 V (pokud je efektivní napětí v síti 127 V). Toto zvýšení napětí může vést k rozpadu kondenzátorů, selenových podložek nebo izolace mezi vláknem a katodou v kenotronech. Proto musí-li usměrňovač podle technických podmínek pracovat bez zátěže nebo při velmi vysokém odporu, musí být jeho části navrženy pro příslušné provozní napětí. Druhá podmínka platí také pro diagramy v následujících částech brožury.
Jednou z výhod půlvlnného obvodu je schopnost jej velmi snadno přepnout na napájení ze sítě 220 V. K provedení takového spínače je nutné zapojit do série usměrňovací prvky B1 a B2 a zkratovat kondenzátor C1. V tomto případě bude usměrňovač pracovat podle polovodičového usměrňovacího obvodu bez zdvojnásobení napětí. V tomto případě se zatěžovací charakteristiky usměrňovače stěží změní.
Rozsah výše popsaných obvodů usměrňovače je napájení 4 ... 5 trubicových přijímačů (s výstupním výkonem nejvýše 2–3 W), nízkofrekvenčních zesilovačů s nízkým výkonem a měřicího zařízení s malou lampou.
Ve všech těchto případech je nejvhodnější použít kenotron 30Ts6S jako usměrňovací prvek, jehož vlákno je zapojeno do série s vlákny jiných lamp zařízení. Usměrňovač s tímto kenotronem a kondenzátory C1 a C2 s kapacitou 20-40 mikrofarad poskytuje napětí 200-220 V při proudu asi 70 mA. Při použití selenových kolon sestavených z podložek o průměru 35 nebo 45 mm a kondenzátorů s větší kapacitou místo kenotronu 30Ts6S je možné mírně zvýšit usměrněné napětí a získat proud dvakrát (pro podložky o průměru 35 mm) a třikrát (pro podložky o průměru 45 mm) více. Usměrňovače v tomto případě mohou napájet výkonnější přijímače (až 4 W výstupního výkonu), nízkofrekvenční zesilovače, televizory s malou trubkou atd.
OBR. 3. Schéma usměrňovače s trojnásobným napětím.
OBR. 4. Zátěžové charakteristiky usměrňovače se ztrojnásobením napětí (odebíráno při napájecím napětí rovném 120 V).
Obvod ztrojnásobení napětí. Obvod usměrňovače s trojnásobným napětím je znázorněn na obr. 3. Jedná se o kombinaci dvou půlvlnných usměrňovacích obvodů: obvodu zdvojnásobení napětí a obvodu bez násobení. Oba obvody jsou připojeny k napájecí síti paralelně a jejich výstupy (usměrněné napětí) jsou zapojeny do série navzájem. Napětí na výstupu usměrňovače, které se rovná součtu usměrněných napětí (dvojnásobek síťového napětí na kondenzátoru C2 a jediné na kondenzátoru C3), se tedy ukazuje přibližně rovné trojnásobku síťového napětí.
Zátěžové charakteristiky usměrňovače zobrazené na obr. 4 ukazují, že při proudu asi 200 mA může takový usměrňovač dodávat napětí přesahující 300 V. Charakteristiky byly převzaty s odporem R \u003d 10 Ohm z usměrňovače, ve kterém (jako usměrňovací prvky B1, B2 a B3 byly použity identické selenové kolony, každá sestavená do 13 podložek o průměru 45 mm.
Napájecí napětí bylo udržováno na 120 V a kapacity kondenzátorů C1, C2 a C3 se pohybovaly od 32 do 100 μF.
Povaha zvlnění usměrněného napětí tohoto obvodu se stejnými hodnotami kapacity všech tří kondenzátorů je stejná jako v celovlnném usměrňovacím obvodu a faktor zvlnění se zátěží usměrňovače s odporem 2 000 ohmů a kapacitou 50 mikrofarad je asi 7%. Provozní napětí na kondenzátorech C1 a C3 nepřesahuje 150 V a na kondenzátoru C2 - 300 V.
Je třeba mít na paměti, že v obvodu se ztrojnásobením napětí při absenci zátěže a napájecím napětím 120-127 V usměrněné napětí přesahuje 500 V.
Výše uvedená data ukazují, že trojitý napěťový usměrňovač lze použít ještě častěji než usměrňovač s dvojitým napětím. Níže bude probrána volba prvků usměrňovače pro takový usměrňovač.
Obvody čtyřnásobného napětí. Obvod usměrňovače se čtyřnásobným napětím může být dvou typů: symetrický a asymetrický.
Symetrický obvod znázorněný na OBR. 5 je kombinací dvou půlvlnných usměrňovacích obvodů se zdvojnásobením, pracujících v různých polovičních periodách napájecího napětí. Provoz tohoto obvodu je následující - během půl cyklu jednoho znaménka se kondenzátory C1 a C4 nabijí a napětí na kondenzátoru C1 dosáhne přibližně jednoho a na kondenzátoru C4 - dvojnásobek efektivní hodnoty síťového napětí (kondenzátor C4 se nabíjí pomocí stávajícího nabití na kondenzátor C2). Během půl cyklu opačného znaménka jsou kondenzátory C2 a C3 nabíjeny stejným způsobem. Usměrněné napětí je odstraněno z odpovídajících pólů kondenzátorů C3 a C4, zapojených do série navzájem. Podruhé se tedy zdvojnásobí.
OBR. 5. Symetrický usměrňovací obvod se čtyřnásobným napětím.
Napětí, na které jsou kondenzátory C1 a C2 nabity, se ukáže být tím větší, čím větší je zátěžový odpor, nebo jinými slovy, tím menší je výkon dodávaný usměrňovačem. Nabíjecí napětí dosáhne maximální hodnoty v případě odpojení od usměrňovače zátěže, přičemž se rovná špičkové hodnotě síťového napětí (1,41násobek efektivní hodnoty) na kondenzátorech C1 a C2 a zdvojnásobí hodnotu amplitudy (2,82násobek efektivní hodnoty) - na kondenzátorech C3 a C4.
OBR. 6. Zatěžovací charakteristiky usměrňovače se čtyřnásobným napětím (odebíráno při napájecím napětí 120 V).
Aby bylo možné rychle určit požadované kapacity kondenzátorů C1, C2, C3 a C4, na obr. 6 ukazuje zátěžové charakteristiky odebírané z usměrňovače při různých hodnotách těchto kapacit (ve všech případech C1 \u003d C2 a C3 \u003d C4). Výše uvedené charakteristiky ukazují, že již u kondenzátorů C1 a C2 s kapacitou 60 mikrofarad a C3 a C4 - 16 mikrofarad každý, napětí na výstupu usměrňovače při proudu 150 mA dosahuje 400 V.
Kondenzátory C1 a C2 musí být dimenzovány na provozní napětí nejméně 150 V a C3 a C4 - nejméně 250 V.
Faktor zvlnění usměrněného napětí v případě zátěže usměrňovače 3000 Ohm je přibližně 6% a průběh napětí napříč zátěží je stejný jako u usměrnění s plnou vlnou.
Je třeba mít na paměti, že v obvodech usměrňovače symetrického násobení napětí má šasi relativně vysoký potenciál vzhledem k zemi a zdroji napájení.
OBR. 7. Asymetrický obvod usměrňovače se čtyřnásobným napětím.
Obvod nevyváženého čtyřnásobného usměrňovače napětí je znázorněn na OBR. 7. Funguje na mírně odlišném principu než ten předchozí. Zde se v půlcyklu odpovídajícího znaménka nabije kondenzátor C1 přes usměrňovací prvek B1 a odpor R, přibližně na síťové napětí. V příštím půl cyklu se kondenzátor C3 nabíjí přes usměrňovací prvek B2 a odpor R pomocí náboje na kondenzátoru C1, aby přibližně zdvojnásobil síťové napětí. Na stejné napětí se kondenzátor C2 nabije v další polovině cyklu přes usměrňovací prvek B3. Současně se kondenzátor C1 znovu nabije. Potom náboj kondenzátoru C2 přes usměrňovací prvek B4 nabije kondenzátor C4. Usměrněné napětí je odstraněno ze sériově zapojených kondenzátorů C3 a C4. Celý obvod pracuje na principu půlvlnné nápravy.
OBR. 8. Zátěžové charakteristiky asymetrického čtyřnásobného usměrňovače (odebíráno při napájecím napětí 120 V).
Zátěžové charakteristiky odebírané z usměrňovače (obr.8) mají značný sklon. To ukazuje nemožnost použití těchto schémat pro vysoce výkonná rádiová zařízení. Provozní napětí je distribuováno napříč kondenzátory velmi zvláštním způsobem a povaha distribuce závisí na velikosti zátěže. Stůl 1 ukazuje provozní napětí na kondenzátorech při dvou různých zátěžích a bez zátěže.
stůl 1
| Kondenzátory ve schématu na OBR. 7 | Kapacita, mikrofarad | Provozní napětí při zatížení 2000 Ohm, v | Provozní napětí při zatížení 7500 Ohm, in | Napětí naprázdno, V |
| C1 | 60 | 100 | 125 | 170 |
| C2 | 48 | 125 | 220 | 340 |
| C3 | 48 | 175 | 240 | 340 |
| C4 | 48 | 100 | 105 | 340 |
Poznámka. Napájecí napětí 120 V.
Takové nerovnoměrné rozložení napětí je doprovázeno velmi nerovnoměrnou formou zvlnění, a proto je koeficient zvlnění na výstupu usměrňovače asi 10% se zatěžovacím odporem 5 000 Ohm a se zatěžovacím odporem 1 700 Ohm stoupá na 23%. Výsledkem je, že asymetrický usměrňovací obvod se čtyřnásobným napětím lze použít pouze při vysokých odporech zátěže nebo jinými slovy při nízkých odebíraných proudech.
Usměrňovače sestavené podle symetrického čtyřnásobného schématu, ve kterém se používají prvky usměrňující selen, mohou být široce používány k napájení různých radiotechnických zařízení, která vyžadují dostatečně vysoké napětí při proudech 150-200 mA.
Obvody s vícenásobným násobením napětí. Princip výše uvedeného čtyřnásobného napěťového napětí platí pro jakýkoli sudý multiplikační faktor. Pro každé následné zvýšení usměrněného napětí o dvojnásobek napětí v síti je třeba doplnit usměrňovací obvod pouze o dva usměrňovací prvky a dva kondenzátory, jak je znázorněno na OBR. devět.
Schéma zobrazené na obr. 9, funguje dobře pouze při velmi nízké spotřebě proudu, ale může produkovat velmi vysoké usměrněné napětí. Je vhodné jej použít v televizorech pro napájení anody kineskopu atd. Jako usměrňovací prvky zde lze použít selenové podložky nejmenšího průměru, sestavené do sloupců tak, aby přípustné zpětné napětí bylo rovno dvojnásobné amplitudě napětí daného zdrojem střídavého napětí. Všechny kondenzátory obvodu musí být počítány pro stejné provozní napětí, s výjimkou (kondenzátoru C1, který je pod jedinou amplitudou napětí zdroje. Protože obvod je navržen pro nízké provozní proudy,
OBR. 9. Asymetrický usměrňovací obvod s vícenásobným násobením napětí.
kapacity kondenzátorů mohou být malé, v rozmezí od 0,25 do 0,5 μF. Díky vysokému odporu zátěže je koeficient zvlnění na výstupu usměrňovače zanedbatelný i při tak malých hodnotách kapacity kondenzátorů. Celkové napětí dodávané usměrňovačem se vypočítá pro nezatížený usměrňovač vynásobením amplitudy střídavého napětí počtem párů prvků obvodu. Kondenzátor a usměrňovací prvek jsou brány jako jeden pár prvků.
OBR. 10 ukazuje symetrický napěťově násobný multiplikační obvod mající ve srovnání s obvodem
OBR. 10. Symetrický usměrňovací obvod s vícenásobným násobením napětí.
obr. 9 mají stejné výhody jako čtyřnásobné vyvážení napětí oproti jednomu konci. Tento obvod lze doporučit pro usměrňovače napájející výstupní stupně amatérských krátkovlnných vysílačů a zařízení vyžadujících vysoké napětí a relativně vysoké proudy. V tomto případě musí být samozřejmě správně vybrány usměrňovací prvky a usměrňovací kondenzátory.
U výše uvedených obvodů usměrňovače je povaha charakteristik zátěže určena kapacitami použitých kondenzátorů. Čím větší jsou tyto kapacity, tím nižší je sklon charakteristiky, a tím tedy i větší napětí při dané zátěži.
V případě provozu usměrňovače bez zátěže existují určité minimální hodnoty kapacit kondenzátorů, pokud jsou podhodnoceny, obvody s násobením napětí přestanou fungovat. V případech, kdy je nutné z usměrňovače získat proud několik desítek nebo stovek miliampérů, je třeba odebrat kondenzátory s co největší kapacitou. To také přispívá ke zlepšené filtraci usměrněného napětí. Navíc výběrem kapacit kondenzátorů je možné efektivně nastavit anodové napětí požadované pro režim napájení.
V průmyslových a amatérských televizorech je obvod znásobení napětí zobrazený na obr. 11. Toto schéma se liší od dříve uvedených schémat přítomností dalších odporů a kapacit. Funguje to následovně. Během kladného půl cyklu napájecího napětí přes usměrňovací prvek B1 je kondenzátor C1 nabit na špičkovou hodnotu napětí a během záporného půl cyklu je kondenzátor C2 nabíjen přes odpor R1.
OBR. 11. Obvod pro znásobení napětí s odpory.
V příštím kladném půlcyklu se napětí na kondenzátoru C2 přidá k napájecímu napětí a tento kondenzátor se vybije přes usměrňovací prvek B2 na sériově zapojené kondenzátory C1 a C3, z jejichž konců je výsledné zdvojené usměrněné napětí dodáváno do zátěže. Vytváření odkazů ve schématu, jak je znázorněno tečkovanou čarou na OBR. 11, lze dosáhnout násobení napětí jakékoli velikosti.
Výhodou takového schématu je usnadnění provozních podmínek prvků usměrňovače a kondenzátorů, protože reverzní napětí na každém prvku usměrňovače nepřesahuje dvojnásobek a na každém kondenzátoru - jedno amplitudové napětí, jej dodáváme z usměrňovače. Odpory R1, R2 atd. Umožňují v případě použití selenových kolon výrazné rozšíření jejich reverzních odporů.
Uvažovaný obvod je vhodný pouze pro provoz usměrňovače s velkým odporem zátěže. Kondenzátory mohou mít kapacitu řádově 500 ... 1000 nF a odpory asi 2 ... 4 mOhm. Jako usměrňovací prvky lze použít odpovídající selenové kolony nebo kenotrony, avšak k napájení jejich vláken na výkonovém transformátoru je nutné mít samostatná dobře izolovaná vinutí.
Mnoho inženýrů elektroniky často používá napájecí obvody založené na principu násobení napětí. Koneckonců, použití multiplikátoru může výrazně snížit váhu a rozměry zařízení. Abychom pochopili fyziku fungování takového elektronického zařízení, budeme uvažovat o hlavních možnostech obvodů pro konstrukci takových struktur. Mohou být konvenčně rozděleny na symetrické a asymetrické multiplikátory. Asymetrické se zase dělí na dva typy: první a druhý
Všechny konstrukce se obvykle skládají z kondenzátorů a diod; pro získání hodnot nad kilovolt je nutné použít speciální vysokonapěťové diody a nepolární kondenzátory.
Tyto návrhy jsou široce používány v laserové technologii, v různých strukturách vysokého napětí, například v ionizátory vzduchu,
Jednofázové nesymetrické multiplikační obvody jsou sériové zapojení několika identických jednostranných usměrňovacích obvodů s kapacitní zátěží.
V obvodu je každá následující kapacita nabitá na vyšší hodnotu. Pokud je EMF sekundárního vinutí transformátoru směrován z bodu a do bodu b, pak se první dioda otevře a náboj C1 jde. Tento kondenzátor je nabitý na U rovná se amplitudě na sekundárním vinutí transformátoru U 2m... Když se změní EMF sekundárního vinutí, bude obvodem protékat nabíjecí proud druhého kondenzátoru: bod a, C1, VD2, C2, bod b. V tomto případě je kapacita C2 nabitá na UC2 \u003d U2m + UC1 \u003d 2U2m, protože se ukázalo, že sekundární vinutí transformátoru a C1 jsou spojeny konzistentně a do série. S další změnou směru EMF sekundárního vinutí začíná náboj C3 podél obvodu: bod b, C2, VD3, C3 bod a sekundárního vinutí. Kondenzátor C3 se nabije na napětí UC3 \u003d U2m + UC2≈ 3U2m atd. To znamená, že na každém následujícím kondenzátoru multiplicita odpovídá vzorci:
Požadovaná hodnota vynásobeného U je odstraněna z jednoho kontejneru C n
Během záporné půlvlny se kapacita C1 nabije přes otevřenou diodu VD1 na hodnotu amplitudy U. Když na vstup přijde kladná půlkruhová vlna, nabije se kapacita C2 přes otevřenou diodu VD2 na hodnotu 2Ua. Během dalšího cyklu záporného polocyklu diodou VD3 se kapacita C3 nabije na hodnotu 2U. Výsledkem je, že s další kladnou půlvlnou do 2U je kondenzátor C4 nabitý.
Je velmi jasně vidět, že multiplikátor bude spuštěn v několika půlvlnách. Konstantní výstupní napětí se sčítá z napětí na sériově zapojených a neustále dobíjecích kondenzátorech C2 a C4 a rovná se 4Ua.
Multiplikátor zobrazený v horním diagramu je sériového typu. Existují také paralelní, které vyžadují nižší hodnocení kondenzátorů na zdvojnásobení.
Nejčastěji používané radioamatéry používají sériové multiplikátory. Jsou univerzálnější, napětí mezi diodami a kondenzátory je rozděleno přibližně rovnoměrně a lze implementovat větší počet kroků násobení. Ale paralelní konstrukce mají také své výhody. Avšak jejich obrovská nevýhoda, jako je zvýšení napětí na kondenzátorech se zvýšením počtu kroků násobení, omezuje jejich použití na hodnocení 20 kV.
Mezi výhody paralelního obvodu, který je ve středu obrázku, patří následující: pouze amplitudové napětí přichází na kapacitu C1, C3, zátěž diod je stejná a je dosaženo slušné stability výstupního napětí. Druhý multiplikátor, jehož obvod je uveden níže. se vyznačují takovými vlastnostmi, jako je schopnost produkovat vysoký výkon na výstupu struktury, snadná montáž vlastními rukama, stejné rozložení zatížení mezi prvky, velké množství kroků převodu.
Jedná se o můstkový obvod, ve kterém jsou diody VD1 VD2 připojeny ke dvěma ramenům mostu a kondenzátory C1 C2 jsou připojeny k dalším dvěma ramenům. Sekundární vinutí je připojeno k jedné z úhlopříček mostu, zátěž k druhé. Zdvojnásobující obvod může být reprezentován ve formě dvou půlvlnných obvodů zapojených do série a pracujících z jednoho sekundárního vinutí. V první polovině cyklu, když je potenciál bodu a sekundárního vinutí kladný vzhledem k b, ventil VD1 se otevře a začne náboj C1. Proud v tomto okamžiku prochází sekundárním vinutím, VD1 a C1.
Ve druhé polovině cyklu se nabije C2. Nabíjecí proud tohoto kondenzátoru prochází sekundárním vinutím C2 a VD2. C1 a C2 ve vztahu k Rn1 (odpor zátěže) jsou zapojeny do série a U při zátěži se rovná součtu UC1 + UC2. Hlavní výhodou tohoto obvodu je zvýšená zvlněná frekvence ve srovnání s dvoufázovým obvodem a poměrně úplné použití transformátoru.
Radioamatéři se stále více zajímali o silové obvody, které jsou postaveny na principu násobení napětí. Tento zájem pramení ze vzniku velkokapacitních miniaturních kondenzátorů na trhu a ze zvyšujících se nákladů na měděný drát, který se používá k vinutí transformátorových cívek. Další výhodou zmíněných zařízení jsou jejich malé rozměry, které významně snižují konečné rozměry navrženého zařízení. Co je multiplikátor napětí? Toto zařízení se skládá z kondenzátorů a diod připojených určitým způsobem. V zásadě se jedná o převodník nízkonapěťového střídavého napětí na vysoké stejnosměrné napětí. Proč potřebujete multiplikátor stejnosměrného napětí?
Oblast použití
Takové zařízení našlo široké uplatnění v televizních zařízeních (ve zdrojích anodového napětí obrazovek), lékařských zařízeních (při napájení vysoce výkonných laserů), v měřicích zařízeních (přístroje pro měření záření, osciloskopy). Kromě toho se používá v zařízeních pro noční vidění, v zařízeních s elektrickým šokem, v domácích a kancelářských zařízeních (kopírkách) atd. Násobič napětí si získal takovou popularitu díky schopnosti generovat napětí až desítky nebo dokonce stovky tisíc voltů, a to při malé velikosti a hmotnost zařízení. Dalším důležitým plusem zmíněných zařízení je snadnost výroby.
Druhy schémat
Uvažovaná zařízení jsou rozdělena na symetrické a nevyvážené, multiplikátory prvního a druhého druhu. Symetrický multiplikátor napětí se získá připojením dvou obvodů s jedním zakončením. Jeden takový obvod mění polaritu kondenzátorů (elektrolytů) a vodivost diod. Symetrický multiplikátor má nejlepší výkon. Jednou z hlavních výhod je zdvojnásobená hodnota zvlnění frekvence usměrněného napětí.
Princip činnosti
Fotografie ukazuje nejjednodušší schéma půlvlnného zařízení. Zvažme, jak to funguje. Působením záporného půlcyklu napětí otevřenou diodou D1 se kondenzátor C1 začne nabíjet na hodnotu amplitudy dodávaného napětí. V okamžiku, kdy začíná perioda kladné vlny, je kondenzátor C2 nabitý (přes diodu D2), aby zdvojnásobil hodnotu aplikovaného napětí. Na začátku další fáze záporného půl cyklu se kondenzátor C3 nabije - také až na dvojnásobek hodnoty napětí a při změně půl cyklu se kondenzátor C4 nabije také na zadanou hodnotu. Zařízení se spouští po několik úplných období střídavého napětí. Na výstupu se získá konstantní fyzikální veličina, která je součtem napětí po sobě následujících, neustále nabitých kondenzátorů C2 a C4. Výsledkem je hodnota čtyřikrát větší než vstup. Takto funguje multiplikátor napětí.
Výpočet schématu
Při výpočtu je nutné nastavit požadované parametry: výstupní napětí, výkon, vstupní střídavé napětí, rozměry. Některá omezení by neměla být opomíjena: vstupní napětí by nemělo překročit 15 kV, jeho frekvence kolísá v rozmezí 5-100 kHz, výstupní hodnota by neměla překročit 150 kV. V praxi se používají zařízení s výstupním výkonem 50 W, i když je reálné navrhnout napěťový multiplikátor s indikátorem výkonu blížícím se 200 W. Hodnota výstupního napětí přímo závisí na zatěžovacím proudu a je určena vzorcem:
U out \u003d N * U in - (I (N3 + + 9N2 / 4 + N / 2)) / 12FC, kde
I - zatěžovací proud;
N je počet kroků;
F je frekvence vstupního napětí;
C - kapacita generátoru.
Pokud tedy nastavíte hodnotu výstupního napětí, proudu, frekvence a počtu kroků, je možné vypočítat požadovanou hodnotu
Donedávna byly multiplikátory napětí podceňovány. Mnoho designérů se na tyto obvody dívá z hlediska technologie trubek, a tak přicházejí o některé skvělé příležitosti. Je dobře známo, jaké úspěšné řešení bylo použití napěťových triplerů a quadruplerů v televizorech. Naštěstí se nemusíme zabývat rentgenovými paprsky v SMPS, ale obvody pro násobení napětí mohou být často užitečné pro další downsizing, jakmile bude dosažena zjevná mez u konvenčních metod využívajících vysokofrekvenční přepínání a odstranění 60 Hz transformátorů. V ostatních případech mohou multiplikátory napětí poskytnout elegantní způsob, jak získat další výstupní napětí pomocí sekundárního transformátoru.
Mnoho učebnic rozpracovává nevýhody napěťových multiplikátorů. Říká se o nich, že mají špatnou stabilitu napětí a jsou příliš složité. Prohlášení o těchto nedostatcích je opodstatněné, ale je založeno na zkušenostech s používáním trubicových obvodů, které vždy fungovaly se sinusovými napětími na frekvenci 60 Hz. Vlastnosti multiplikátorů napětí se výrazně zlepšují, když pracují spíše s pravoúhlými než sinusovými napětími, zejména při práci s vysokými frekvencemi. S přepínací frekvencí 1 kHz, a ještě více při 20 kHz, si multiplikátor napětí zaslouží přehodnocení svých schopností. Vzhledem k tomu, že vrcholové a kořenové střední hodnoty jsou pro čtvercovou vlnu stejné, mají kondenzátory v multiplikačním obvodu mnohem delší dobu akumulace náboje než v případě sinusových oscilací. To se projevuje zvýšenou stabilitou napětí a zlepšenou filtrací. Je známo, že při sinusovém napětí je možná velmi dobrá stabilita, ale pouze díky velkým kondenzátorům. Některé užitečné obvody multiplikátoru napětí jsou uvedeny na obr. 16.4. Dva různé obrazy stejného obvodu na obr. (A) ukazuje, že způsob vykreslování diagramu může být někdy zavádějící.
Přestože stabilita již není velkým problémem napěťových multiplikátorů, není v systému, kde se o konečnou stabilizaci výstupního stejnosměrného napětí stará jedna nebo více zpětnovazebních smyček, vyžadována velmi dobrá stabilita. Zejména některé multiplikátory napětí fungují velmi dobře při 50% pracovním cyklu střídače. Jako neregulovaný napájecí zdroj se doporučují vhodné multiplikátory napětí, obvykle předcházející zpětnovazební smyčce. Toto použití je obvykle spojeno s převodníkem DC / DC. Například lze síťové napětí s frekvencí 60 Hz napravit a zdvojnásobit. Toto stejnosměrné napětí se poté používá ve výkonném převodníku DC na DC, který lze konfigurovat jako spínací regulátor. Tato metoda umožňuje dosáhnout vysokých výstupních napětí bez transformátoru pracujícího při 60 Hz.
Násobič napětí usnadňuje vytvoření dobrého střídače. Invertorový transformátor funguje nejlépe s poměrem transformace asi jeden. Významné odchylky od této hodnoty, zejména se zvyšujícím se napětím, často vedou k výskytu dostatečně velké svodové indukčnosti ve vinutí transformátoru, což způsobuje nestabilní provoz střídače. Ti, kteří experimentovali s měniči a převaděči, si tedy dobře uvědomují, že nejpravděpodobnější poruchou dokonce i jednoduchého obvodu jsou oscilace, jejichž frekvence se liší od vypočtené. Úniková indukčnost může snadno zničit spínací tranzistory. Tomuto problému se lze vyhnout použitím multiplikátoru napětí k použití transformátoru s transformačním poměrem přibližně jednoty.
Postava: 16.4. Obvody multiplikátoru napětí. Oba obvody na obr. (A) jsou elektricky identické. Věnujte pozornost přípustným a zakázaným možnostem uzemnění pro různé obvody - v některých případech nemusí generátor a zátěž sdílet stejný zemnící bod.
Při práci se sinusovými napětími nezapomeňte, že multiplikátory napětí pracují na špičkovém napětí. Takzvaný zdvojovač napětí, pracující se vstupním napětím, které má efektivní hodnotu 100 V, dá na výstupu napětí naprázdno 2 x 1,41 x 100 \u003d 282 V. Pokud je tedy kapacita kondenzátorů velká a zátěž je relativně malá, pak výsledkem je spíše ztrojnásobení efektivní hodnoty vstupního napětí. Podobné uvažování platí i pro jiné multiplikátory.
Vezmeme-li stejnou kapacitu všech kondenzátorů a sinusové napětí na vstupu, pak by multiplikátory napětí měly mít hodnotu (ocr ne menší než 100, kde (0 \u003d 2K /, pracovní frekvence je vyjádřena v hertzích, kapacita je ve faradech a je efektivní odpor v ohmech odpovídající nízkoimpedanční zátěž, kterou lze připojit, v takovém případě bude výstupní napětí alespoň 90% maximálního dosažitelného stejnosměrného napětí a bude se lišit relativně málo. U obdélníkového napětí může být hodnota cocr výrazně menší než 100.
Při výběru obvodu pro násobení napětí je třeba věnovat pozornost uzemnění. Na obr. 16.4, symbol generátoru obvykle představuje sekundární transformátor. Všimněte si, že pokud má být jedna ze svorek zátěže uzemněna, pak je v půlvlnných obvodech možné uzemnit jednu svorku transformátoru. Plnovlnné obvody jsou užitečné pro generování bipolárních výstupních zdrojů, ve kterých je jeden výstup kladný vzhledem k zemi a druhý záporný a každý výstup má polovinu celkového výstupního napětí.
Obvody zobrazené na obr. 16.4 (A) jsou identické a jsou to usměrňovače zdvojnásobení napětí s plnou vlnou. Schéma na obr. B je usměrňovač zdvojnásobení napětí o polovině vln. Schéma obr. C funguje jako poloviční vlnový tripler. Celovlnný čtyřnásobek je zobrazen na obr. D a čtyřvláknový čtyřnásobek na obr. E. Podobné napěťové multiplikátory se široce používají v napájecích zdrojích pro televizní vysílání, které poskytují CRT vysokého napětí. Používají se také v počítačích Geiger, laserech, elektrostatických separátorech atd.
Přestože multiplikátory plného vlnového napětí mají lepší stabilitu a menší zvlnění než multiplikátory polovičního vlnového napětí, v praxi se rozdíly při použití vysokofrekvenčních čtvercových vln zmenší. Použitím velkých kondenzátorů lze vždy zlepšit stabilitu napětí a zvlnění. Obecně platí, že při frekvenci 20 kHz a vyšší má přítomnost bodu společného uzemnění pro poloviční vlnové multiplikátory rozhodující vliv na výběr designéra.
Připojením velkého počtu základních stupňů lze dosáhnout velmi vysokých stejnosměrných napětí. Ačkoli tato metoda není nová, je ve skutečnosti snazší ji implementovat pomocí polovodičových diod než u předchozích trubicových usměrňovačů, což komplikuje úkoly izolace a nákladů v důsledku topných okruhů. Dva příklady vícestupňových multiplikátorů napětí jsou uvedeny na obr. 16.5. Vynásobí špičkovou hodnotu vstupního střídavého napětí osmkrát. Ve schématu na obr. 16,5 A, na žádném kondenzátoru napětí nepřekročí 2K Charakteristickým rysem obvodu zobrazeného na obr. 16,5 V je společná zem pro vstup a výstup. Jmenovité napětí kondenzátorů by se však mělo postupně zvyšovat, jakmile se přiblíží výstupu obvodu. Ačkoli při 60 Hz to vede ke zvýšení velikosti a nákladů, při vysokých frekvencích jsou tyto nevýhody méně citlivé. Diody v obou obvodech musí odolat špičkovému vstupnímu napětí E, ale pro spolehlivost by měly být použity diody se jmenovitým napětím alespoň několikanásobně vyšším než E. Tyto obvody obvykle používají kondenzátory se stejnou kapacitou. Čím vyšší je kapacita kondenzátorů, tím lepší je stabilita a menší zvlnění. Velké kondenzátory však kladou zvýšené požadavky na diody, pokud jde o maximální hodnoty proudu.
Obvod znázorněný na obr. 16.6 se ukázal jako velmi užitečný pro elektronické aplikace. Všimněte si, že pracuje na unipolárním pulzním sledu. Jedná se o Cockroft-Waltonův napěťový multiplikátor, který se často vyskytuje v literatuře. Ačkoli všechny kondenzátory mohou mít stejnou kapacitu a stejné jmenovité napětí E, je lepší použít následující přístup:
Nejprve vypočítáme kapacitu výstupního kondenzátoru
kde / q je výstupní proud v ampérech a / je doba trvání unipolárního pulzu v mikrosekundách. Let \u003d 40 mA jako příklad. Pokud předpokládáte, že frekvence je 20 kHz, pak t je polovina převrácené hodnoty 20 kHz, nebo
Maximální hodnota zvlnění se považuje za napětí V. Hodnotu 100 mV lze tedy považovat za přiměřenou
Postava: 16.5. Dvě možnosti pro vícestupňový multiplikátor napětí. (A) V tomto obvodu nemá žádný kondenzátor napětí vyšší než 2E. (B) Funkce tohoto obvodu je společný zemnící bod pro vstup a výstup.
Jak se blížíte vstupu obvodu, kapacita kondenzátorů se postupně několikrát zvyšuje ve srovnání s kapacitou posledního kondenzátoru C ^. Tyto výpočty jsou jednoduché, ale mohou se mýlit, pokud jim nevěnujete velkou pozornost. Poznamenejte si čísla vedle kondenzátorů ve schématu na obr. 16.6. Jedná se o koeficienty, kterými se musí vynásobit kapacita C ^, aby se získala skutečná hodnota kapacity. Takže kapacita kondenzátoru označeného číslem 2 se rovná 2C ^ nebo v našem příkladu 10 μF x 2 \u003d 20 μF. Kondenzátor má kapacitu 5C ^ nebo 50 μF. A první kondenzátor má kapacitu IIC ^ nebo PO uF.
Odkud tato čísla pocházejí? Představují relativní hodnoty proudů v obvodu. Pokud nejsou na obr. 16.6, můžete je definovat pomocí výrazu (2 / 1-1). Zde n představuje multiplikační faktor vstupního napětí. Je zřejmé, že v multiplikátoru šesti, n \u003d 6. Začnete se vstupním kondenzátorem a zjistíte, že 2n- \\ \u003d 11. Pak pokračujte podél spodní řady kondenzátorů a získejte 2 / 1-3, 2 / 2-5, 2/1 -7, 2 / 2-9 a nakonec pro - (2 / 2-11). Poté podle tohoto postupu začněte s prvním kondenzátorem vlevo v horní řadě. Tentokrát jsou faktory C ^: 2 / 2-2, 2 / 2-4, 2 / 2-6, 2 / 2-8 a nakonec pro pravý uzavírací kondenzátor 2 / 2-10.
Postava: 16.6. Násobič napětí o šest, napájený unipolárním pulzním zdrojem. Význam čísel vedle kondenzátorů je vysvětlen v textu.
Skutečnost, že kondenzátory v blízkosti vstupu mají vyšší kapacitu než kondenzátory blíže k výstupu, je způsobena přenosem náboje, který by měl být na vstupu přirozeně dostatečně velký. Během jednoho cyklu dojde k přenosu poplatků 2 / 2-1. S každým z těchto přenosů dochází k přirozené ztrátě energie. Tyto energetické ztráty jsou minimální, pokud se kapacity kondenzátorů počítají výše popsaným způsobem.
První test jakéhokoli multiplikátoru napětí by měl být proveden pomocí variabilního autotransformátoru nebo jiného zařízení, které umožňuje zvýšení vstupního napětí. Jinak mohou být diody zničeny rázovým proudem. Přísnost tohoto pravidla závisí na faktorech, jako je kapacita, úroveň výkonu, frekvence, ESR kondenzátorů a samozřejmě jmenovitý špičkový proud diod. Může být nutné umístit termistor na vstup multiplikátoru nebo odpor zapnutý relé. Na druhou stranu je v mnoha případech možné obejít se bez ochrany, protože diody pracující s vysokými špičkovými proudy jsou docela dostupné. Někdy je ochrana „neviditelná“, například transformátor na vstupu jednoduše nemůže zajistit velký proudový ráz.
Při práci s vysokým napětím není velikost poklesu dopředného napětí na diodách významná. Při nízkém napětí může akumulovaný pokles napětí na diodách zabránit dosažení požadovaného výstupního napětí a výrazně snížit účinnost. multiplikátor napětí. Ujistěte se, že doba zpětného zotavení diody je kompatibilní s frekvencí vstupního napětí. V opačném případě bude záhadně chybět vypočítaný multiplikátor napětí.