Spręsdami grandinės problemas, kartais reikia atsisakyti transformatorių naudojimo siekiant padidinti išėjimo įtampą. To priežastis dažniausiai yra tai, kad neįmanoma į įrenginius įtraukti pakopinių keitiklių dėl jų svorio ir dydžio rodiklių. Esant tokiai situacijai, sprendimas yra naudoti daugiklio grandinę.
Įtampos daugiklio apibrėžimas
Įrenginys, ty elektros daugiklis, yra grandinė, leidžianti kintamąją arba pulsuojančią įtampą konvertuoti į nuolatinę, bet didesnės vertės įtampą. Parametrų vertės padidėjimas įrenginio išvestyje yra tiesiogiai proporcingas grandinės pakopų skaičiui. Elementariausią egzistuojantį įtampos daugiklį išrado mokslininkai Cockcroft ir W alton.
Šiuolaikiniai kondensatoriai, sukurti elektronikos pramonės, pasižymi mažu dydžiu ir santykinai didele talpa. Tai leido atkurti daugybę grandinių ir įvesti gaminį į skirtingus įrenginius. Įtampos daugiklis buvo sumontuotas ant diodų ir kondensatorių, prijungtų sava tvarka.
Be elektros energijos didinimo funkcijos, daugikliai vienu metu ją konvertuoja iš kintamosios srovės į nuolatinę. Tai patogu tuo, kad bendra įrenginio schema supaprastinama ir tampa patikimesnė bei kompaktiškesnė. Prietaiso pagalba galima padidinti iki kelių tūkstančių voltų.
Kur naudojamas įrenginys
Daugikliai buvo pritaikyti įvairių tipų įrenginiuose, tai yra: lazerinės siurbimo sistemos, rentgeno bangų spinduliavimo prietaisai jų aukštos įtampos blokuose, skystųjų kristalų ekranų foniniam apšvietimui, jonų tipo siurbliai, keliaujančių bangų lempos, oro jonizatoriai, elektrostatinės sistemos, dalelių greitintuvai, kopijavimo aparatai, televizoriai ir osciloskopai su kineskopais, taip pat ten, kur reikia didelės, žemos srovės nuolatinės srovės.
Įtampos daugiklio principas
Norint suprasti, kaip veikia grandinė, geriau pažvelgti į vadinamojo universalaus įrenginio veikimą. Čia pakopų skaičius nėra tiksliai nurodytas, o išėjimo elektros energija nustatoma pagal formulę: nUin=Uout, kur:
- n yra esamų grandinės pakopų skaičius;
- Uin yra įrenginio įvesties įtampa.
Pirmuoju laiko momentu, kai į grandinę ateina pirmoji, tarkime, teigiama pusbanga, įvesties pakopos diodas perduoda ją į savo kondensatorių. Pastaroji įkraunama pagal gaunamos elektros amplitudę. Su antruoju neigiamupusiau banga, pirmasis diodas yra uždarytas, o antrosios pakopos puslaidininkis leidžia jį į savo kondensatorių, kuris taip pat yra įkrautas. Be to, pirmojo kondensatoriaus, nuosekliai sujungto su antruoju, įtampa pridedama prie paskutiniojo, o kaskados išėjimas jau yra dvigubai didesnis.
Tas pats vyksta kiekvienoje paskesnėje pakopoje – toks yra įtampos daugiklio principas. O pažiūrėjus progresą iki galo, paaiškėja, kad išėjimo elektros energija tam tikru skaičiumi viršija įvestą. Bet kaip ir transformatoriuje, čia srovės stipris mažės didėjant potencialų skirtumui – veikia ir energijos tvermės dėsnis.
Daugiklio sudarymo schema
Visa grandinės grandinė yra surinkta iš kelių grandžių. Viena kondensatoriaus įtampos daugiklio grandis yra pusės bangos tipo lygintuvas. Norint gauti įrenginį, būtina turėti dvi nuosekliai sujungtas nuorodas, kurių kiekviena turi diodą ir kondensatorių. Tokia grandinė padvigubina elektros energiją.
Grafinis įtampos daugiklio įtaiso vaizdas klasikinėje versijoje atrodo atsižvelgiant į diodų padėtį įstrižai. Puslaidininkių įjungimo kryptis lemia, koks potencialas – neigiamas ar teigiamas – bus daugiklio išvestyje, palyginti su jo bendruoju tašku.
Sujungus grandines su neigiamu ir teigiamu potencialu, įrenginio išvestyje gaunama bipolinė įtampos dvigubinimo grandinė. Šios konstrukcijos ypatybė yra ta, kad jei matuojate lygįelektra tarp poliaus ir bendrojo taško ir ji 4 kartus viršija įėjimo įtampą, tada amplitudės tarp polių dydis padidės 8 kartus.
Daugikliu bendras taškas (kuris yra prijungtas prie bendro laido) bus tas, kuriame maitinimo š altinio išėjimas yra prijungtas prie kondensatoriaus, sugrupuoto su kitais nuosekliai sujungtais kondensatoriais, išvestimi. Jų pabaigoje išėjimo elektra paimama ant lyginių elementų - esant lyginiam koeficientui, ant nelyginių kondensatorių, atitinkamai, nelyginiu koeficientu.
Kondensatorių siurbimas daugiklyje
Kitaip tariant, nuolatinės įtampos daugiklio įrenginyje vyksta tam tikras pereinamasis deklaruojamąjį atitinkančio išėjimo parametro nustatymo procesas. Lengviausias būdas tai pamatyti yra padvigubinti elektros energiją. Kai per puslaidininkį D1 kondensatorius C1 įkraunamas iki visos vertės, tada kitoje pusbangėje jis kartu su elektros š altiniu vienu metu įkrauna antrąjį kondensatorių. C1 neturi laiko visiškai atiduoti savo krūvio C2, todėl išėjimas iš pradžių neturi dvigubo potencialų skirtumo.
Trečiosios pusės bangos metu pirmasis kondensatorius įkraunamas ir tada įjungiamas potencialas C2. Tačiau antrojo kondensatoriaus įtampa jau turi priešingą kryptį nei pirmasis. Todėl išėjimo kondensatorius nėra visiškai įkrautas. Su kiekvienu nauju ciklu C1 elemento elektra bus nukreipta į įvestį, C2 įtampa padidės dvigubai.
Kaipapskaičiuokite daugiklį
Skaičiuojant daugybos įrenginį, reikia pradėti nuo pradinių duomenų, kurie yra: apkrovai reikalinga srovė (In), išėjimo įtampa (Uout), pulsacijos koeficientas (Kp). Mažiausia kondensatoriaus elementų talpos vertė, išreikšta uF, nustatoma pagal formulę: С(n)=2, 85nIn/(KpUout), kur:
- n yra elektros įvado padidinimo kartų skaičius;
- In – apkrovoje teka srovė (mA);
- Kp – pulsacijos koeficientas (%);
- Uout – įtampa gaunama įrenginio išvestyje (V).
Padidinus skaičiavimais gautą talpą du ar tris kartus, gaunama kondensatoriaus talpos vertė grandinės C1 įėjime. Ši elemento vertė leidžia iš karto gauti visą išėjimo įtampos vertę, o ne laukti, kol praeis tam tikras laikotarpių skaičius. Kai apkrovos darbas nepriklauso nuo elektros kilimo greičio iki vardinės išėjimo, kondensatoriaus talpa gali būti laikoma identiška apskaičiuotoms vertėms.
Geriausia apkrovai, jei diodo įtampos daugiklio pulsacijos koeficientas neviršija 0,1%. Taip pat patenkinama, kad raibuliavimas yra iki 3%. Visi grandinės diodai parenkami iš skaičiavimo taip, kad jie galėtų laisvai atlaikyti srovės stiprumą, dvigubą už jo vertę apkrovoje. Prietaiso didelio tikslumo skaičiavimo formulė atrodo taip: nUin - (In(n3 + 9n2/4 + n/2)/(12 f C))=Uout, kur:
- f – įtampos dažnis įrenginio įėjime (Hz);
- C – kondensatoriaus talpa (F).
Privalumai irtrūkumai
Kalbėdami apie įtampos daugiklio pranašumus, galime atkreipti dėmesį į šiuos dalykus:
Galimybė gauti didelį elektros energijos kiekį išėjime – kuo daugiau grandžių grandinėje, tuo didesnis bus dauginimo koeficientas
- Paprastas dizainas – viskas sumontuota ant standartinių jungčių ir patikimų radijo elementų, kurie retai sugenda.
- Svoris – nesant didelių gabaritų elementų, tokių kaip galios transformatorius, sumažėja grandinės dydis ir svoris.
Didžiausias bet kurios daugiklio grandinės trūkumas yra tai, kad iš jos neįmanoma gauti didelės išėjimo srovės, kad būtų galima maitinti apkrovą.
Išvada
Įtampos daugiklio pasirinkimas konkrečiam įrenginiui. svarbu žinoti, kad subalansuotos grandinės turi geresnius pulsacijos parametrus nei nesubalansuotos. Todėl jautriems įrenginiams tikslingiau naudoti stabilesnius daugiklius. Asimetriškas, lengvai pagaminamas, jame yra mažiau elementų.
