AC voltaj çarpanı devresi. Diyotlar ve kapasitörlerdeki voltaj çarpanı

Birkaç tane daha voltaj çarpma devresi sunuyoruz. Bir köprü itme-çekme voltajı ikiye katlama devresi gösterilmektedir. Bu devrede doğrultulmuş voltajın dalgalanma frekansı şebeke frekansının iki katına eşit (fn=2fc), diyotlardaki ters voltaj doğrultulmuş voltajdan 1,5 kat daha büyük ve trafo kullanım faktörü 0,64'tür. Bir transformatör sargısından çalışan ve ortak bir yüke bağlı iki seri bağlı yarım dalga devresi şeklinde temsil edilebilir. Orta nokta (kapasitörlerin bağlantı noktası) ortak kabloya bağlanırsa, çıkış voltajı ±U olan iki kutuplu bir kaynak elde edersiniz.
İkinci voltaj katlama devresi, aşağıda gördüğünüz Şekil 2'de gösterilmektedir:
İçinde giriş (transformatörün sekonder sargısı) ve çıkış, bazı durumlarda faydalı olabilecek ortak bir noktaya sahiptir. Burada, giriş voltajının negatif yarı döngüsü sırasında, C1 kondansatörü VD2 diyotu üzerinden U-1'in genlik değerine eşit bir voltaja şarj edilir. Pozitif yarı döngü sırasında, VD2 diyotu kapatılır ve C1 kapasitörü, T1 sekonder sargısına seri olarak bağlanır, böylece C2 kapasitörü, voltaj değerini iki katına çıkarmak için VD1 diyotu aracılığıyla şarj edilir. Bu devreye başka bir diyot ve kapasitör ekleyerek, aşağıdaki şekillerde gösterilen voltaj üçleyici seçeneklerine sahip oluyoruz:
Şekil 2'deki devre basamaklandırılabilir ve çok yüksek voltajlar elde edilebilir. Böyle bir kademeli çarpan şekilde gösterilmiştir:

Bu devrede C1 dışındaki tüm kapasitörler Ui voltajının iki katı kadar (Uc = 2Ui) şarj edilir ve C1 sadece Ui'ye şarj edilir. Bu nedenle kapasitör ve diyotların çalışma voltajı oldukça düşüktür. Diyotlardan geçen maksimum akım şu ifadeyle belirlenir:

Bu devredeki kapasitörlerin gerekli kapasitansı yaklaşık formülle belirlenir:

C=2,85N*Giriş/(Kp*Uçıkış) , Mkf

N, voltaj çarpım faktörüdür;
IN - yük akımı, mA;
Kp - izin verilen çıkış voltajı dalgalanma faktörü, %;
Uvylx-çıkış voltajı, V.

C1 kapasitörünün kapasitansı hesaplanan değere göre 4 kat artırılmalıdır (ancak çoğu durumda iki ila üç kat artış yeterlidir). Kondansatörler minimum kaçak akıma sahip olmalıdır (K73 tipi ve benzeri).

Gerilim ayrıca köprü redresörleri kullanılarak da çarpılabilir. Aşağıdaki diyagram Şekil 6'dadır:

Burada, örneğin RB156, RB157 ve benzeri seriler gibi küçük boyutlu doğrultucu köprüleri almak uygundur. Kondansatörler SZ...C6 (ve daha fazlası) - 0,22...0,56 μF kapasiteli. Kondansatör plakalarındaki gerilim artışı dikkate alınmalı ve çalışma gerilimi buna göre seçilmelidir. Aynısı C1, C2 filtre kapasitörleri için de geçerlidir.

Çok düşük yük akımlarında yarım dalga çarpan devresini kullanabilirsiniz:

Gerekli çıkış voltajına Uout=0,83Uo bağlı olarak, N aşamalarının sayısı yaklaşık formül kullanılarak belirlenir:

Burada U1 giriş voltajıdır.

C1...SZ kapasitörlerinin C kapasitesi hesaplanır:
С=34In*(T+2)/U2
burada IH çarpanın yük akımıdır;
U2 - R1 boyunca voltaj düşüşü (genellikle U-1'in %3...5'i dahilinde seçilir).

Gerilim çarpanlarındaki dalgalanma faktörü, transistör filtreleri kullanılarak azaltılabilir (Şekil 8),
Çıkış voltajındaki dalgalanmayı ve gürültüyü önemli ölçüde azaltan ve tüm küçük ağırlık ve boyut göstergeleri ile karakterize edilen. Günümüzde, 10 A'ya kadar bir yük akımında izin verilen 1,5 kV ve daha yüksek bir voltajla yüksek güçlü transistörler üretilmektedir. Diyotlar, Uobr = 1.5U0 ve Imax = 2Iout - C1, C2 kapasitörlerinin kapasitansı durumundan seçilir. yaklaşık formül kullanılarak hesaplanır:

С=125IN/U0

Direnç R1'in direnci 20... 100 Ohm aralığında seçilir. Kapasitör SZ'nin kapasitansı aşağıdaki ifadeden belirlenir:

С3=0,5*10^6/(m*fc*R1)

Burada m, redresör fazlarının sayısıdır (m=2);
fc - çarpanın çalışma frekansı (fc=50 Hz).

R2 direnci deneysel olarak seçilir (51...75 kOhm dahilinde), çünkü transistör VT1'in mevcut kazancına bağlıdır. Filtre, ev tipi transistörler KT838, KT840, KT872, KT834 ve benzerlerini kullanabilir.

GERİLİM ÇARPANLARI makalesini tartışın

Devre tasarımı problemlerini çözerken, çıkış voltajını arttırmak için transformatör kullanımından kaçınmanın gerekli olduğu zamanlar vardır. Bunun nedeni çoğunlukla ağırlıkları ve boyutları nedeniyle cihazlara boost dönüştürücülerin dahil edilememesidir. Böyle bir durumda çözüm çarpan devresi kullanmaktır.

Gerilim çarpanı - tanım

Elektrik çarpanı olarak adlandırılan cihaz, alternatif akımı veya darbeli voltajı doğrudan voltaja ancak daha yüksek değere dönüştürmenizi sağlayan bir devredir. Cihazın çıkışındaki parametrenin değerinin artması devrenin kademe sayısı ile doğru orantılıdır. Var olan en temel voltaj çarpanı bilim adamları Cockcroft ve Walton tarafından icat edildi.

Elektronik endüstrisi tarafından geliştirilen modern kapasitörler, küçük boyutları ve nispeten büyük kapasiteleri ile karakterize edilir. Bu, birçok devrenin yeniden inşa edilmesini ve ürünün farklı cihazlara uygulanmasını mümkün kıldı. Kendi sıralarına göre bağlanan diyotlar ve kapasitörler kullanılarak bir voltaj çarpanı monte edilir.

Çarpanlar, elektriği artırma işlevine ek olarak, aynı anda onu alternatiften direkte dönüştürür. Bu kullanışlıdır çünkü cihazın genel devresi basitleştirilmiştir ve daha güvenilir ve kompakt hale gelmiştir. Cihazı kullanarak birkaç bin volta kadar bir artış elde edebilirsiniz.

Cihaz nerede kullanılıyor?

Çoğaltıcılar farklı cihaz türlerinde uygulamalarını bulmuşlardır; bunlar: lazer pompalama sistemleri, yüksek voltaj ünitelerindeki X-ışını dalga radyasyon cihazları, sıvı kristal yapının aydınlatılması için ekranlar, iyon pompaları, hareketli dalga lambaları, hava iyonlaştırıcıları, elektrostatik sistemler parçacık hızlandırıcılar, fotokopi makineleri, televizyonlar ve resim tüplü osiloskopların yanı sıra düşük akımlı yüksek doğrudan elektriğin gerekli olduğu yerler.

Gerilim çarpanının çalışma prensibi

Devrenin nasıl çalıştığını anlamak için evrensel cihaz denilen cihazın çalışmasına bakmak daha iyidir. Burada aşama sayısı kesin olarak belirtilmemiştir ve çıkış elektriği şu formülle belirlenir: n*Uin = Uout, burada:

• n, mevcut devre aşamalarının sayısıdır;
• Uin, cihaz girişine sağlanan voltajdır.

Zamanın ilk anında, diyelim ki ilk pozitif yarım dalga devreye ulaştığında, giriş katı diyotu onu kapasitörüne iletir. İkincisi, gelen elektriğin genliğine göre ücretlendirilir. İkinci negatif yarı dalgada, birinci diyot kapatılır ve ikinci kademenin yarı iletkeni onu yine yüklü olan kapasitörüne gönderir. Ayrıca, ikinciye seri bağlanan ilk kapasitörün voltajı sonuncuyla toplanır ve kademenin çıkışı iki kat elektrik üretir.

Aynı şey sonraki her aşamada olur - bu, voltaj çarpanının prensibidir. Ve sonuna kadar ilerleyişine bakarsanız, çıkış elektriğinin giriş elektriğini belirli sayıda aştığı ortaya çıkıyor. Ancak bir transformatörde olduğu gibi, potansiyel fark arttıkça buradaki akım gücü azalacaktır - enerjinin korunumu yasası da işe yarar.

Çarpan yapım şeması

Tüm devre devresi birkaç bağlantıdan monte edilir. Kapasitör üzerindeki bir voltaj çarpanı bağlantısı yarım dalga doğrultucudur. Cihazı elde etmek için, her biri bir diyot ve bir kapasitöre sahip olan iki seri bağlı bağlantıya sahip olmanız gerekir. Bu devre bir elektrik katlayıcıdır.

Klasik versiyondaki voltaj çarpanı cihazının grafiksel gösterimi, diyotların çapraz konumu ile görünür. Yarı iletkenlerin açıldığı yön, çarpanın çıkışında ortak noktasına göre hangi potansiyelin (negatif veya pozitif) bulunacağını belirler.

Cihazın çıkışında negatif ve pozitif potansiyelli devreler birleştirildiğinde iki kutuplu bir devre elde edilir.Bu tasarımın özelliği, kutup ile ortak nokta arasındaki elektrik seviyesini ölçerseniz ve giriş voltajını aşıyor olmasıdır. 4 kat daha sonra kutuplar arasındaki genlik 8 kat artacaktır.

Çarpanda, ortak nokta (ortak kabloya bağlı), güç kaynağının çıkışının, seri bağlı diğer kapasitörlerle bir grupta birleştirilen kapasitörün çıkışına bağlandığı nokta olacaktır. Bunların sonunda, çıkış elektriği çift katsayılı, tek katsayılı, tek katsayılı, çift katsayılı elemanlardan alınır.

Çarpanda kapasitörlerin pompalanması

Başka bir deyişle, sabit voltaj çarpanının cihazında, beyan edilene karşılık gelen çıkış parametresinin oluşturulması için belirli bir geçici süreç vardır. Bunu görmenin en kolay yolu elektriğin iki katına çıkarılmasıdır. C1 kapasitörü D1 yarı iletkeni aracılığıyla tam değerine şarj edildiğinde, bir sonraki yarım dalgada elektrik kaynağıyla birlikte ikinci kapasitörü aynı anda şarj eder. C1'in yükünü C2'ye tamamen bırakacak zamanı yoktur, bu nedenle ilk başta çıkışta çift potansiyel farkı yoktur.

Üçüncü yarım dalgada ilk kapasitör yeniden şarj edilir ve ardından C2'ye potansiyel uygulanır. Ancak ikinci kapasitördeki voltaj zaten birincinin tersi yöndedir. Bu nedenle çıkış kapasitörü tam olarak şarj edilmemiştir. Her yeni çevrimde, C1 elemanındaki elektrik giriş voltajına yönelecek ve C2'deki voltaj değerini iki katına çıkarma eğiliminde olacaktır.

Çarpan nasıl hesaplanır

Çarpma cihazını hesaplarken, yük için gereken akım (In), çıkış voltajı (Uout) ve dalgalanma faktörü (Kp) gibi başlangıç ​​verilerinden başlamak gerekir. μF cinsinden ifade edilen kapasitör elemanlarının minimum kapasitans değeri şu formülle belirlenir: C(n)=2,85*n*In/(Kp*Uout), burada:

• n, giriş elektriğinin kaç kat arttığının sayısıdır;
• Yükte akan akım (mA);
• Kp - nabız katsayısı (%);
• Uout, cihaz çıkışında (V) alınan voltajdır.

Hesaplamalarla elde edilen kapasitans iki veya üç kat artırılarak C1 devresinin girişindeki kapasitörün kapasitans değeri elde edilir. Bu eleman değeri, belirli sayıda süre geçene kadar beklemek yerine, çıkıştaki tam voltaj değerini anında almanızı sağlar. Yük çalışması, elektriğin nominal çıkışa artış oranına bağlı olmadığında, kapasitörün kapasitansı hesaplanan değerlerle aynı alınabilir.

Diyotlardaki voltaj çarpanının dalgalanma faktörünün %0,1'i geçmemesi yük için en iyisidir. %3'e varan titreşimlerin varlığı da tatmin edicidir. Devrenin tüm diyotları, yükteki değerinin iki katı akım gücüne kolaylıkla dayanabilecek şekilde seçilmiştir. Cihazı büyük bir doğrulukla hesaplamaya yönelik formül şuna benzer: n*Uin - (In*(n3 + 9*n2/4 + n/2)/(12 *f* C))=Uout, burada:

• f, cihaz girişindeki voltaj frekansıdır (Hz);
• C - kapasitör kapasitansı (F).

Avantajlar ve dezavantajlar

Gerilim çarpanının avantajlarından bahsederken aşağıdakilere dikkat çekilebilir:

• Çıkışta önemli miktarda elektrik elde etme yeteneği - zincirdeki bağlantı sayısı arttıkça çarpma faktörü de artar.

• Tasarımın basitliği - her şey standart bağlantılar ve nadiren arızalanan güvenilir radyo elemanları kullanılarak birleştirilir.
• Ağırlık ve boyutlar - Güç transformatörü gibi hantal elemanların bulunmaması devrenin boyutunu ve ağırlığını azaltır.

Herhangi bir çarpan devresinin en büyük dezavantajı, yüke güç sağlamak için büyük bir çıkış akımı üretememesidir.

Çözüm

Belirli bir cihaz için voltaj çarpanının seçilmesi. Simetrik devrelerin dalgalanma katsayısı açısından asimetrik devrelerden daha iyi parametrelere sahip olduğunu bilmek önemlidir. Bu nedenle hassas cihazlar için daha kararlı çarpanların kullanılması daha tavsiye edilir. Asimetrik olanların üretimi kolaydır ve daha az eleman içerir.

Doğrultucu cihazların çeşitli devreleri arasında özel bir grup, doğrultucu elemanların ve kapasitörlerin uygun şekilde dahil edilmesiyle sadece düzeltmenin gerçekleştirilmediği, aynı zamanda düzeltilmiş voltajın çoğaltılmasının da gerçekleştirildiği devrelerden oluşur.

Bu tür devrelerin avantajı, yalnızca kenotronların filaman devrelerine güç sağlamak için yüksek voltajlı transformatörsüz doğrultucular ve transformatörlü doğrultucular inşa etme olasılığıdır. Güç transformatöründe yükseltici sargının bulunmaması, üretimini büyük ölçüde basitleştirir ve redresörün performansını artırır. Bu devrelerin dezavantajları, düzeltilmiş voltajın yük akımına nispeten güçlü bağımlılığını ve yüksek güç elde etmenin göreceli zorluğunu içerir.

Gerilim çoğaltmalı redresör devreleri en yaygın olarak X-ışını ekipmanında kullanılır. Radyo mühendisliği uygulamalarında, esas olarak yaklaşık 200 V'luk bir voltajda 50-70 mA'dan fazla olmayan bir akım tüketen düşük güçlü ekipmanlara güç sağlamak için kullanılırlar. Bununla birlikte, burada bile, uygulamalarının kapsamı, örneğin voltajı üç katına veya dört katına çıkaran bir devre kullanan oldukça güçlü transformatörsüz redresörler inşa edilerek önemli ölçüde genişletilebilir. 110, 127 veya 220 V'luk bir AC şebeke voltajındaki bu tür redresörler, alıcıların ve düşük voltajlı anot devrelerine güç sağlayan 100-150 mA'ya kadar bir akımda 300-400 V'luk sabit bir voltaj elde etmeyi mümkün kılar. orta güçte frekans yükselteçleri.

Gerilim çoğaltıcı redresörlerin çalışmasının bir özelliği, bir süre elektrik enerjisini biriktirmek ve depolamak için kapasitörlerin özelliklerinin kullanılmasıdır. Doğrultucu, geleneksel 50 periyotlu alternatif akım ağından çalıştırıldığında, kapasitörün şarjını koruması gereken süre 0,02 saniyeyi geçmez. Kapasitans ne kadar büyük olursa (devreye dahil olan kapasitörlerin), depoladıkları elektrik enerjisi miktarı o kadar büyük olur ve aynı yükte düzeltilmiş voltaj o kadar yüksek olur.Bu nedenle, bu tür redresörlerde elektrolitik kapasitörlerin kullanılması en uygunudur, boyutları küçük olduğundan önemli bir kapasiteye sahiptir.

Aşağıda bir dizi pratik voltaj çoğaltıcı doğrultucu devre anlatılmıştır ve bunların çoğu için çeşitli depolama kapasitör kapasitelerinde alınan yük özellikleri verilmiştir. Bu özellikler, belirli bir devrenin olası uygulama alanlarını oldukça tam olarak değerlendirmenin yanı sıra, verilen doğrultulmuş akım, düzeltilmiş voltaj ve besleme voltajına dayanarak bir doğrultucu devresi seçmesine ve parçalarının temel verilerini belirlemesine olanak tanır.

GERİLİM ÇARPANLI DOĞRULTUCU ŞEMALARI

Gerilim katlama devreleri. Amatör radyo uygulamalarında en yaygın olarak kullanılan voltaj katlama doğrultucu devreleri Şekil 1'de gösterilmektedir. 1.

İncir. 1. Gerilim katlama redresörlerinin şematik diyagramları.
a - tam dalga doğrultucunun devresi; b - yarım dalga doğrultucunun devresi.

Her iki planın avantajlarını ve dezavantajlarını yeterince karşılaştırabilmek ve değerlendirebilmek için, Şekil 1. Şekil 2 bunların yük özelliklerini göstermektedir. Özellikler C1 ve C2 kapasitörlerinin farklı kapasitansları ile alınmıştır. Doğrultucularda, her biri 45 mm çapında 13 rondeladan oluşan selenyum sütunları B1 ve B2 kullanıldı. Besleme voltajı 120 V'ta tutuldu. Yükün kapasitif yapısından dolayı önemli değerlere ulaşabilen ani akımı sınırlamak için, güç devresine seri olarak 20 Ohm'a eşit bir R direnci bağlanmıştır. Bu sayede redresörlerin çalışması için daha uygun koşullar yaratılmıştır.

İncir. 2. Gerilim iki katına çıkan redresörlerin yük özellikleri (120 V besleme geriliminde alınmıştır).
a - tam dalga doğrultucunun özellikleri; b - yarım dalga doğrultucunun özellikleri.

Her iki redresörün yük özelliklerini, C1 ve C2 kapasitörlerinin aynı kapasitans değerleriyle karşılaştırıldığında, tam dalga doğrultma devresi için bunların yarım dalga doğrultma devresinden belirgin şekilde daha yüksek olduğunu fark edebiliriz. aynı akımda yükteki düzeltilmiş voltaj, birinci şema için (Şekil 1, a) ikinciden (Şekil 1, b) daha yüksektir.

Verilen özellikler aynı zamanda devre kapasitörlerinin çalıştığı gerçek çalışma voltajlarını değerlendirmemize de olanak tanır.

Tam dalga doğrultma ile dalgalanma frekansının yarım dalga doğrultma ile iki kat daha yüksek olması nedeniyle, birinci devre için (Şekil 1, a) düzeltilmiş voltajın daha fazla filtrelenmesi büyük ölçüde kolaylaştırılmıştır ve ek olarak, dalgalanma katsayısı, çıkış doğrultucusunda düzeltilmiş voltajın ne kadarının bu voltajın değişken bileşeninin genliği olduğunu gösterir) aynı yük için ve C1 ve C2 kapasitörlerinin kapasitansının aynı değerleri biraz daha küçüktür. Yani, örneğin, 2000 Ohm'luk bir yük direnci ve her biri 48 μF'lik C1 ve C2 kapasitörlerinin kapasitansı ile, ilk devre için dalgalanma katsayısı% 6,5 ve ikinci için -% 7,6 idi (gerçi ilk devrede doğrultucunun toplam çıkış kapasitansı ikinciye göre iki kat daha azdır).

Ayrıca, birinci devredeki kapasitörlerin çalışma voltajlarının aynı ve düzeltilmiş voltajın yarısına eşit olduğu, yani 150 V'u (doğrultucu yüksüz çalışmadığı sürece) aşmadığı, ikinci devrede ise yalnızca unutulmamalıdır. C1 a kondansatörü bu voltajda çalışır C2 kondansatörü tam doğrultulmuş voltajdadır ve bu nedenle en az 300 V'luk bir çalışma voltajı için tasarlanmalıdır.

Doğrultucular yüksüz, yani yüksüz voltajın iki katı değerinde çalıştığında, doğrultulan voltaj yaklaşık olarak besleme voltajının genlik değerinin iki katına eşit olur ve bu nedenle 350 V'u aşabilir (etkin besleme voltajı 127 V ise). Voltajdaki bu tür bir artış, kapasitörlerin, selenyum pulların veya kenotronlardaki filaman ile katot arasındaki yalıtımın bozulmasına yol açabilir. Bu nedenle, teknik şartlara göre redresörün yüksüz veya çok yüksek dirençli bir yükle çalışması gerekiyorsa, içinde kullanılan parçaların uygun çalışma voltajına göre tasarlanması gerekir. Son koşul, broşürün sonraki bölümlerinde verilen diyagramlar için de geçerlidir.

Yarım dalga devresinin bazı avantajları, onu 220 V'luk bir ağdan güce çok basit bir şekilde geçirebilme yeteneğidir. Böyle bir anahtar yapmak için, B1 ve B2 doğrultucu elemanlarını seri olarak bağlamanız ve C1 kapasitörünü kısa devre etmeniz gerekir. Bu durumda doğrultucu, voltajı iki katına çıkarmadan yarım dalga doğrultma şemasını kullanarak çalışacaktır. Doğrultucunun yük özellikleri neredeyse değişmeden kalacaktır.

Yukarıda açıklanan doğrultucu devrelerin uygulama kapsamı, 4...5 tüplü alıcıların (çıkış gücü 2-3 W'tan fazla olmayan), düşük güçlü düşük frekanslı amplifikatörlerin ve küçük tüplü ölçüm ekipmanlarının güç kaynağıdır. .

Tüm bu durumlarda, filamanı cihazdaki diğer lambaların filamanlarıyla seri olarak bağlanan bir doğrultucu eleman olarak 30Ts6S kenotron kullanmak en uygunudur. Bu kenotron ve 20-40 mikrofarad kapasiteli C1 ve C2 kapasitörlerine sahip bir doğrultucu, yaklaşık 70 mA akımda 200-220 V voltaj üretir. 30Ts6S kenotron yerine, 35 veya 45 mm çapında rondelalardan monte edilmiş selenyum sütunları ve daha büyük kapasiteli kapasitörler kullanarak, düzeltilmiş voltajı biraz artırabilir ve iki kat daha büyük bir akım elde edebilirsiniz (çaplı rondelalar için) 35 mm) ve üç kat daha büyük (45 mm çapındaki pullar için). Bu durumda, redresörler daha güçlü alıcılara (4 W'a kadar çıkış gücüne), düşük frekanslı amplifikatörlere, küçük tüplü TV'lere vb. güç sağlayabilir.

İncir. 3. Gerilimi üçe katlayan bir doğrultucunun şematik diyagramı.

İncir. 4. Gerilimi üçe katlayan doğrultucunun yük özellikleri (120 V besleme geriliminde alınmıştır).

Gerilim üçleme devresi. Gerilimi üçe katlayan bir doğrultucu devresi Şekil 1'de gösterilmektedir. 3. İki yarım dalga doğrultucu devresinin birleşimidir: bir voltaj ikiye katlama devresi ve bir çarpmayan devre. Her iki devre de besleme ağına paralel olarak bağlanır ve çıkışları (düzeltilmiş gerilimler) seri olarak birbirine bağlanır. Böylece, doğrultucunun çıkışındaki voltajın, düzeltilmiş voltajların toplamına eşit olması (C2 kondansatöründeki şebeke voltajının iki katı ve C3 kondansatöründeki tek voltaj), ağ voltajının yaklaşık üç katına eşit olduğu ortaya çıkar.

Şekil 2'de gösterilen doğrultucunun yük özellikleri. Şekil 4, yaklaşık 200 mA'lık bir akımda böyle bir doğrultucunun 300 V'un üzerinde bir voltaj sağlayabildiğini göstermektedir. Özellikler, her biri 45 mm çapında 13 rondela halinde monte edilen özdeş selenyum sütunlarının B1, B2 ve B3 doğrultucu elemanları olarak kullanıldığı bir doğrultucudan R = 10 Ohm dirençte alınmıştır.

Besleme voltajı 120 V'ta tutuldu ve C1, C2 ve C3 kapasitörlerinin kapasitansları 32 ila 100 μF arasında değişiyordu.

Bu devrenin düzeltilmiş voltajının dalgalanmasının doğası, her üç kapasitörün kapasitansının eşit değerleri ile tam dalga doğrultma devresindeki ile aynıdır ve doğrultucu 2000 dirençle yüklendiğinde dalgalanma katsayısı ohm ve 50 μF kapasitörler yaklaşık% 7'dir. C1 ve C3 kapasitörlerindeki çalışma voltajları 150 V'u ve C2 - 300 V kapasitördeki çalışma voltajlarını aşmaz.

Gerilimi üçe katlayan bir devrede, yük olmadığında ve besleme gerilimi 120-127 V olduğunda, düzeltilmiş gerilimin 500 V'u aştığı unutulmamalıdır.

Yukarıdaki veriler, voltajı üçe katlayan bir doğrultucunun iki katına göre daha yaygın olarak kullanılabileceğini göstermektedir. Böyle bir doğrultucu için doğrultucu elemanların seçilmesi sorunu aşağıda tartışılacaktır.

Gerilimi dört katına çıkaran devreler. Gerilimi dört katına çıkaran doğrultucu devresi iki tipte olabilir: simetrik ve asimetrik.

Şekil 2'de gösterilen simetrik devre. Şekil 5, besleme voltajının farklı yarım döngülerinde çalışan, iki katına çıkan iki yarım dalga doğrultucu devresinin bir kombinasyonudur. Bu devrenin çalışması şu şekilde gerçekleşir: Aynı işaretin yarım döngüsü sırasında, C1 ve C4 kapasitörleri şarj edilir ve C1 kapasitöründeki voltaj yaklaşık olarak bire ulaşır ve C4 kapasitöründe besleme voltajının etkin değerinin iki katıdır ( C4 kondansatörü, C2 kondansatöründe mevcut olan yük kullanılarak şarj edilir. Ters işaretin yarım döngüsü sırasında, C2 ve C3 kapasitörleri aynı şekilde şarj edilir. Düzeltilmiş voltaj, seri bağlı C3 ve C4 kapasitörlerinin karşılık gelen kutuplarından çıkarılır. Böylece ikinci kez ikiye katlanır.

İncir. 5. Gerilimi dört katına çıkaran simetrik doğrultucu devresi.

C1 ve C2 kapasitörlerinin yüklendiği voltaj, yük direnci ne kadar büyükse veya başka bir deyişle doğrultucu tarafından sağlanan güç o kadar az olur. Şarj gerilimi, yükün redresörden ayrılmasıyla maksimum değerine ulaşarak, C1 ve C2 kapasitörleri üzerindeki şebeke geriliminin genlik değerine (etkin değerin 1,41 katı) ve genlik değerinin iki katına (etkin değerin 2,82 katı) eşit olur. C3 ve C4 kapasitörlerinde.

İncir. 6. Gerilimi dört katına çıkaran bir doğrultucunun yük özellikleri (120 V besleme geriliminde alınmıştır).

Şekil 2'deki C1, C2, C3 ve C4 kapasitörlerinin gerekli kapasitanslarını hızlı bir şekilde belirlemek için. Şekil 6, bu kapasitansların çeşitli değerlerinde doğrultucudan alınan yük özelliklerini göstermektedir (tüm durumlarda C1 = C2 ve C3 = C4). Verilen özellikler, 60 μF kapasiteli C1 ve C2 kapasitörleri ve 16 μF kapasiteli C3 ve C4 kapasitörleriyle, 150 mA akımda doğrultucu çıkışındaki voltajın 400 V'a ulaştığını göstermektedir.

Kondansatörler C1 ve C2, 150 V'tan az olmayan ve C3 ve C4 - 250 V'tan az olmayan bir çalışma voltajı için tasarlanmalıdır.

3000 Ohm dirençli bir doğrultucu yükü durumunda doğrultulmuş voltajın dalgalanma katsayısı yaklaşık% 6 olarak ortaya çıkar ve yük üzerindeki voltajın şekli tam dalga doğrultma ile aynıdır.

Simetrik voltaj çoğaltıcı doğrultucu devrelerde şasinin toprağa ve besleme kaynağına göre nispeten yüksek bir potansiyelde olduğu unutulmamalıdır.

İncir. 7. Gerilimi dört katına çıkaran asimetrik doğrultucu devresi.

Asimetrik voltajı dört katına çıkaran doğrultucu devresi Şekil 2'de gösterilmektedir. 7. Öncekinden biraz farklı bir prensiple çalışır. Burada, ilgili işaretin yarım döngüsü sırasında, kapasitör C1, doğrultucu eleman B1 ve direnç R aracılığıyla yaklaşık olarak şebeke voltajına kadar şarj edilir. Bir sonraki yarım çevrimde, doğrultucu eleman B2 ve direnç R aracılığıyla, C1 kondansatörünün yükünü kullanarak, C3 kondansatörü şebeke voltajının yaklaşık iki katına kadar şarj edilir. Kondansatör C2, sonraki yarım döngüde doğrultucu eleman B3 aracılığıyla aynı voltaja yüklenir. Aynı zamanda C1 kondansatörü tekrar şarj edilir. Daha sonra C2 kapasitörünün B4 doğrultucu elemanı aracılığıyla şarj edilmesi, C4 kapasitörünü şarj eder. Düzeltilen voltaj seri bağlı kapasitörler C3 ve C4'ten çıkarılır. Tüm devre yarım dalga doğrultma prensibiyle çalışır.

İncir. 8. Asimetrik dörtlü doğrultucunun yük özellikleri (120 V besleme geriliminde alınmıştır).

Doğrultucudan alınan yük özellikleri (Şekil 8) önemli bir eğime sahiptir. Bu, bu tür devrelerin yüksek güçlü radyo cihazları için kullanılmasının imkansızlığını göstermektedir. Çalışma voltajı kapasitörler arasında çok benzersiz bir şekilde dağıtılır ve dağıtımın niteliği yükün boyutuna bağlıdır. Masada Şekil 1'de iki farklı yükte ve yüksüz olarak kapasitörlerin çalışma gerilimleri gösterilmektedir.

tablo 1

Not. Besleme gerilimi 120 V.

Böyle düzensiz bir voltaj dağılımına çok düzensiz bir dalgalanma şekli eşlik eder ve bu nedenle doğrultucunun çıkışındaki dalgalanma katsayısı 5000 Ohm yük direncinde yaklaşık %10'dur ve 1700 Ohm yük direncinde %23'e yükselir. Sonuç olarak voltajı dört katına çıkaran asimetrik bir doğrultucu devresi ancak yüksek yük dirençlerinde, yani düşük akım tüketiminde kullanılabilir.

Selenyum doğrultucu elemanları kullanan simetrik dörtlü devreye göre monte edilen doğrultucular, 150-200 mA akımlarda oldukça yüksek voltaj gerektiren çeşitli radyo cihazlarına güç sağlamak için yaygın olarak kullanılabilir.

Çoklu gerilim çarpımına sahip devreler. Yukarıda özetlenen voltajın dört katına çıkarılmasıyla düzeltme ilkesi, herhangi bir çift çarpma faktörü için geçerlidir. Şebeke voltajının iki katı kadar doğrultulmuş voltajda sonraki her artış için, doğrultucu devresinin, Şekil 2'de gösterildiği gibi yalnızca iki doğrultucu eleman ve iki kapasitör ile desteklenmesi gerekir. 9.

Şekil 2'de gösterilen diyagram. 9, yalnızca çok düşük akım tüketimiyle iyi çalışır, ancak çok yüksek bir düzeltilmiş voltaj üretebilir. Bir kineskopun vb. anotuna güç sağlamak için televizyonlarda kullanılması uygundur. İzin verilen ters voltajın, alternatif tarafından verilen voltajın çift genliğine eşit olacak şekilde sütunlar halinde monte edilen en küçük çaplı selenyum rondelaları. gerilim kaynağı, doğrultucu eleman olarak kullanılabilir. Tek genlikli kaynak voltajı altında bulunan C1 kondansatörü dışında devrenin tüm kapasitörleri aynı çalışma voltajına göre tasarlanmalıdır.Devre düşük çalışma akımları için tasarlandığından,

İncir. 9. Çoklu voltaj çarpımlı asimetrik doğrultucu devresi.

kapasitör kapasiteleri 0,25 ila 0,5 µF arasında değişen küçük olabilir. Büyük yük direncinden dolayı doğrultucu çıkışındaki dalgalanma faktörü bu kadar küçük kapasitans değerlerinde bile önemsizdir. Doğrultucu tarafından sağlanan toplam voltaj, yüksüz bir doğrultucu için alternatif voltajın genliğinin devre elemanları çiftlerinin sayısıyla çarpılmasıyla hesaplanır. Bir kapasitör ve bir doğrultucu eleman bir çift eleman olarak alınır.

İncirde. Şekil 10, çoklu voltaj çarpımı için simetrik bir devreyi göstermektedir; bu devre ile karşılaştırıldığında,

İncir. 10. Çoklu voltaj çarpımına sahip simetrik doğrultucu devresi.

incir. Şekil 9, asimetrik devreyle karşılaştırıldığında gerilimi dört katına çıkaran simetrik devreyle aynı avantajlara sahiptir. Bu devre, amatör kısa dalga vericilerin çıkış aşamalarına güç veren redresörler ve yüksek gerilim ve nispeten yüksek akım gerektiren cihazlar için önerilebilir. Bu durumda elbette doğrultucu elemanların ve doğrultucu kondansatörlerin buna göre seçilmesi gerekir.

Yukarıdaki doğrultucu devreler için yük özelliklerinin niteliği, kullanılan kapasitörlerin kapasitansları tarafından belirlenir. Bu kapasitanslar ne kadar büyük olursa, karakteristiğin eğimi o kadar küçük olur ve dolayısıyla belirli bir yükteki voltaj da o kadar büyük olur.

Doğrultucunun yüksüz çalışması durumunda, voltaj çoğaltma devrelerinin çalışmayı durdurduğu belirli minimum kapasitör kapasitans değerleri vardır. Doğrultucudan onlarca veya yüzlerce miliamperlik bir akım elde edilmesinin gerekli olduğu durumlarda, mümkün olan en büyük kapasiteye sahip kapasitörler alınmalıdır. Bu aynı zamanda düzeltilmiş voltajın filtrelenmesinin iyileştirilmesine de yardımcı olur. Ayrıca kapasitör kapasitelerini seçerek güç kaynağı modu için gereken anot voltajını etkili bir şekilde ayarlayabilirsiniz.

Endüstriyel ve amatör televizyonlarda, resim tüplerinin anotlarına güç sağlamak için Şekil 1'de gösterilen voltaj çoğaltma devresi kullanılmıştır. 11. Bu devre, ek dirençlerin ve kapasitansların varlığıyla daha önce sunulanlardan farklıdır. Aşağıdaki gibi çalışır. Besleme geriliminin pozitif yarı döngüsü sırasında, C1 kondansatörü, doğrultucu eleman B1 üzerinden genlik voltaj değerine kadar şarj edilir ve negatif yarım döngü sırasında, C2 kondansatörü R1 direnci üzerinden şarj edilir.

İncir. 11. Dirençli gerilim çarpma devresi.

Sonraki pozitif yarı döngüde, C2 kapasitöründeki voltaj besleme voltajına eklenir ve bu kapasitör, doğrultucu eleman B2 aracılığıyla seri bağlı kapasitörler C1 ve C3'e boşaltılır ve uçlarından elde edilen çift doğrultulmuş voltaj sağlanır. yüke. Şekil 2'de noktalı çizgiyle gösterildiği gibi diyagramdaki bağlantıları artırarak. 11, herhangi bir faktörün voltaj çarpımını elde edebilirsiniz.

Böyle bir şemanın avantajları, doğrultucu elemanların ve kapasitörlerin çalışma koşullarının kolaylaştırılmasında yatmaktadır, çünkü her doğrultucu eleman üzerindeki ters voltaj iki katını aşmamaktadır ve her kapasitörde - tek genlikli bir voltaj, onu doğrultucuya besliyoruz. R1, R2 vb. dirençler, selenyum kolonlarının kullanılması durumunda ters dirençlerinde önemli bir yayılmaya izin verir.

Dikkate alınan devre yalnızca yüksek yük direncine sahip bir doğrultucuyu çalıştırmak için uygundur. Kondansatörler yaklaşık 500...1000 nF kapasiteye ve yaklaşık 2...4 mOhm dirence sahip olabilir. Doğrultucu elemanlar olarak karşılık gelen selenyum sütunları veya kenotronlar kullanılabilir, ancak güç transformatöründeki ikincisinin filamanlarına güç sağlamak için ayrı iyi yalıtılmış sargılara sahip olmak gerekir.

Gerilim çarpanları- bunlar voltaj seviyesini artışa dönüştüren özel devrelerdir. Bu tür devreler genellikle iki işlevi birleştirir: düzeltme ve voltaj çoğaltma. Çarpanların kullanımı, ek bir yükseltici transformatörün varlığının istenmediği (bir yükseltici transformatör, özellikle yüksek voltaj frekanslarında oldukça karmaşık bir elemandır ve büyüktür) veya gerekli voltaj seviyesini sağlayamadığı durumlarda en çok haklı çıkar. (yüksek voltajlarda, transformatörün sekonder sargısının dönüşleri arasında yüksek bir arıza olasılığı vardır) .

Çarpan devreleri tipik olarak kapasitif bir yükü çalıştıran tek fazlı, yarım dalga doğrultucunun özellikleri kullanılarak oluşturulur. Çalışması sırasında bu doğrultucu, değeri giriş voltajının değerinden daha büyük olan belirli noktalar arasında bir voltaj oluşturabilir. Önceki bölümde verilen tek fazlı, yarım dalga doğrultucunun kapasitif yük ile çalışmasının analizini dikkate alırsak, “belirli noktaların” doğrultucu diyotun terminalleri olduğunu anlayabiliriz. Bu noktalara başka bir tek fazlı yarım dalga doğrultucu bağlanırsa Şekil deki devre elde edilecektir. 3.4-16 (sözde tek uçlu voltaj katlayıcı).

Pirinç. 3.4-16. Asimetrik voltaj çiftleyicinin devre şeması (a) ve çalışmasını açıklayan zamanlama şemaları (b)

Kapasitif filtreli iki tek fazlı yarım dalga doğrultucudan oluşan başka bir voltaj çiftleyici devre, Şekil 1'de gösterilmektedir. 3.4-17. Onu aradılar simetrik voltaj katlayıcı(veya Latour'un planı). Devrede bulunan doğrultucular girişte paralel, çıkışta seri olarak bağlanır.

Pirinç. 3.4-17. Simetrik voltaj çiftleyici (Latour devresi)

Giriş voltajının pozitif bir yarım dalgasıyla, VD1 diyotundaki doğrultucu çalışır, C1 kondansatörünü şarj eder ve negatif bir yarım dalgayla, VD2 diyotundaki doğrultucu çalışır, C2 kondansatörünü şarj eder. Sonuç olarak hem C1 hem de C2 giriş voltajı seviyesine kadar şarj edilir ve seri bağlandıklarında toplam voltaj giriş voltajının iki katına eşit olur.

Latour devresinin asimetrik voltaj çiftleyiciye göre ana avantajı (Şekil 3.4-16), her iki kapasitörün çalışma voltajının \(U_(maksimum olarak)\) olmasıdır.

Bu tür devrelerin çarpma katsayısı, çarpma birimlerinin sayısı arttırılarak arttırılabilir. İncirde. Şekil 3.4-18, "iki diyot - iki kapasitör" tipindeki bağlantı sayısı \(n\)'ye eşit olan asimetrik bir çarpanın devresini gösterir.

Pirinç. 3.4-18. Asimetrik n-bağlantı voltaj çarpanının devresi

Yük olmadığında, bu devrenin çıkışında \(U_(out1) = 2nU_(in max)\) veya \(U_(out2) = (2n‑1)U_(in max)\) voltajı üretilir. . Bir yük bağlandığında, kapasitörler periyodik olarak deşarj olur ve şarj olur. Sonuç olarak devrenin çıkışındaki voltaj biraz daha düşük olacak ve sabit kalmayacaktır. Genel olarak aşağıdaki ilişki gözlenir:

\(U_(çıkış1) = 2 n U_(maksimum olarak) - \cfrac(I_н)(fC) \left(\cfrac(2)(3) n^3 + \cfrac(1)(4) n^2 - \cfrac(1)(6) n \sağ) \),

burada \(f\) giriş voltajının frekansıdır.

Yukarıdaki formül, yukarıda açıklanan asimetrik voltaj katlayıcı devresi için de geçerlidir.

\(U_(çıkış) = 2nU_(maksimum olarak) - \cfrac(I_н)(fC) \left(\cfrac(1)(6) n^3 + \cfrac(1)(4) n^2 + \cfrac (1)(3)n\sağ)\)

Pirinç. 3.4-19. Simetrik n-bar voltaj çarpanı devresi

Küçük n değerlerinde çıkış voltajının neredeyse aşama sayısıyla orantılı olarak arttığı not edilebilir. N arttıkça bu büyüme yavaşlar ve daha sonra tamamen durur. Açıkçası, maksimum çarpmanın elde edildiği basamaktan daha fazla sayıda basamaklı çarpanlar oluşturmanın hiçbir anlamı yoktur. Simetrik çarpan devresi için n'nin bu sınırlayıcı değeri aşağıdaki formül kullanılarak bulunabilir:

\(n_max = 2 \sqrt(\cfrac(fCU_(maksimum olarak))(I_n)) \)

Diğer her şey eşit olduğunda, asimetrik çarpan devresi için maksimum aşama sayısı bunun yarısı kadar olacaktır. Gerilim çarpanlarının verimliliğini arttırmak için, besleme geriliminin frekansının ve çarpanda kullanılan kapasitörlerin kapasitansının arttırılması tavsiye edilir. Dikkate alınan devrelerde, çalışma sırasında tüm diyotlar ters voltaja \(U_(rev max) = 2U_(in max)\) tabidir.

Yukarıda açıklanan ilkeleri kullanarak çok sayıda farklı voltaj çoğaltma devresi oluşturmak mümkündür. Bu tür şemaların birkaç örneği Şekil 1'de gösterilmektedir. 3.4‑20...3.4-23 ve Şek. 3.4-24, bir diyot çarpanı kullanan düşük güçlü bir DC-DC dönüştürücünün diyagramını göstermektedir.

Pirinç. 3.4-20. Üç şemayla çarpma

Pirinç. 3.4-21. Dört şemayla çarpma

Pirinç. 3.4-22. Altı şemayla çarpma

Radyo amatörleri, voltajın çoğaltılması ilkesine dayanan güç devreleriyle giderek daha fazla ilgilenmeye başladı. Bu ilgi, yüksek kapasitanslı minyatür kapasitörlerin piyasada ortaya çıkması ve transformatör bobinlerini sarmak için kullanılan bakır telin artan maliyeti ile ilişkilidir. Bahsedilen cihazların ek bir avantajı, tasarlanan ekipmanın son boyutlarını önemli ölçüde azaltan küçük boyutlarıdır. Gerilim çarpanı nedir? Bu cihaz belirli bir şekilde bağlanan kapasitörlerden ve diyotlardan oluşur. Temel olarak, alternatif voltajın düşük voltajlı bir kaynaktan yüksek doğrudan voltaja dönüştürülmesidir. Neden bir DC voltaj çarpanına ihtiyacınız var?

Uygulama alanı

Böyle bir cihaz, televizyon ekipmanlarında (resim tüplerinin anot voltaj kaynaklarında), tıbbi ekipmanlarda (yüksek güçlü lazerlere güç sağlamak için) ve ölçüm teknolojisinde (radyasyon ölçüm cihazları, osiloskoplar) geniş uygulama alanı bulmuştur. Ayrıca gece görüş cihazlarında, elektroşok cihazlarında, ev ve ofis ekipmanlarında (fotokopi makineleri) vb. Kullanılır. Voltaj çarpanı, onlarca hatta yüzbinlerce volta kadar voltaj üretme yeteneği nedeniyle bu kadar popülerlik kazanmıştır ve bu, cihazın küçük boyutları ve ağırlığı ile sağlanır. Bahsi geçen cihazların bir diğer önemli avantajı ise imalat kolaylığıdır.

Devre türleri

Söz konusu cihazlar simetrik ve asimetrik olarak birinci ve ikinci türden çarpanlara bölünmüştür. İki asimetrik devrenin bağlanmasıyla simetrik bir voltaj çarpanı elde edilir. Böyle bir devrede kapasitörlerin (elektrolitler) polaritesi ve diyotların iletkenliği değişir. Simetrik çarpan en iyi özelliklere sahiptir. Ana avantajlardan biri, düzeltilmiş voltajın dalgalanma frekansının iki katına çıkarılmasıdır.

Çalışma prensibi

Fotoğraf yarım dalga cihazının en basit devresini göstermektedir. Çalışma prensibini ele alalım. Negatif bir yarı-döngülü voltaj uygulandığında, C1 kondansatörü açık diyot D1 üzerinden uygulanan voltajın genlik değerine kadar şarj olmaya başlar. Pozitif dalga periyodunun başladığı anda, C2 kapasitörü (D2 diyotu aracılığıyla) uygulanan voltajın iki katına kadar şarj edilir. Negatif yarı döngünün bir sonraki aşamasının başlangıcında, C3 kondansatörü de voltaj değerinin iki katına kadar şarj edilir ve yarım döngü değiştiğinde, C4 kondansatörü de belirtilen değere kadar şarj edilir. Cihaz, alternatif akım voltajının birkaç tam periyodunda çalışmaya başlar. Çıkış, ardışık, sürekli şarj edilen C2 ve C4 kapasitörlerinin voltaj göstergelerinin toplamı olan sabit bir fiziksel miktardır. Sonuç olarak girişteki değerin dört katı daha büyük bir değer elde ediyoruz. Bu, voltaj çarpanının çalışma prensibidir.

Devre hesaplaması

Hesaplarken gerekli parametreleri ayarlamak gerekir: çıkış voltajı, güç, alternatif giriş voltajı, boyutlar. Bazı kısıtlamalar göz ardı edilmemelidir: giriş voltajı 15 kV'u geçmemeli, frekans aralığı 5-100 kHz arasında olmalı, çıkış değeri 150 kV'u geçmemelidir. Pratikte çıkış gücü 50 W olan cihazlar kullanılmaktadır, ancak çıkış değeri 200 W'a yaklaşan bir voltaj çarpanı tasarlamak gerçekçi olacaktır. Çıkış voltajının değeri doğrudan yük akımına bağlıdır ve aşağıdaki formülle belirlenir:

U çıkış = N*U giriş - (I (N3 + +9N2 /4 + N/2)) / 12FC, burada

I - yük akımı;

N - adım sayısı;

F - giriş voltajı frekansı;

C jeneratör kapasitesidir.

Böylece çıkış voltajı, akımı, frekansı ve adım sayısı değerini ayarlarsanız gerekli hesaplamayı yapmak mümkün olur.