Как выглядит элемент умножитель напряжения

Инверторы, умножители напряжения: схемы, принцип работы, диаграммы

Инверторы— это устройства, преобразующие постоянный ток в переменный. Изобразим упрощенную схему инвертора на биполярных транзисторах (рис. 2.87), где имеет место соотношение u_c1 = u_c2 = ½ u_вх

В схеме часто используют электролитические конденсаторы (большой емкости). Транзисторы работают в ключевом режиме:

включаются и выключаются поочередно. На выходе схемы возникает переменное напряжение.

Умножители напряжения

Рассмотрим схему симметричного удвоителя напряжения (схему Латура) (рис. 2.88). Диоды включаются в разные полупериоды входного напряжения. В те полупериоды, когда u_вх

Аналогичным образом строят утроители (рис. 2.90, а), учетверители (рис. 2.90, б) и другие умножители напряжения.
В этих схемах напряжение на конденсаторе С₁ равно амплитудному значению входного напряжения, а на всех остальных конденсаторах — удвоенному амплитудному значению входного напряжения. Входное напряжение на такие умножители поступает обычно с вторичной обмотки трансформатора, и тогда такое устройство называют выпрямителем с умножением напряжения. Обычно они применяются в высоковольтных выпрямителях, потребляющих небольшой ток (единицы миллиампер), например для питания кинескопов телевизоров.

Рассмотренные ранее выпрямители являлись нерегулируемыми, так как величина выходного постоянного напряжения однозначно определялась входным напряжением выпрямителя.

Управляемые выпрямители позволяют регулировать выходное напряжение. Они, как правило, построены на основе однооперационных (обычных, незапираемых) тиристоров.

Для примера рассмотрим схему однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя со средней точкой (рис. 2.91).

Однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя

Если импульсы управления подаются сразу после появления на тиристорах положительных напряжений, то схема будет работать точно так же, как схема на диодах.
Изобразим временную диаграмму выходного напряжения для случая, когда импульсы управления подаются с некоторой задержкой по отношению к указанным моментам времени (рис. 2.92, жирная линия).

Угол α_вкл называют углом управления. Для рассматриваемой схемы угол управления, как легко заметить, может изменяться в пределах от 0 до π (от 0 до 180 град.). Чем больше угол управления, тем меньше среднее напряжение на выходе выпрямителя.

Пунктиром изображена временная диаграмма, соответствующая отсутствию задержки.

Источник

Как выглядит элемент умножитель напряжения

Принципы построения и работы схем умножения напряжения.

В последнее время радиолюбители все чаще и чаще интересуются схемами питания построенным по принципу умножения напряжения. Причин этому можно назвать много, одни из самых главных – появление на рынке малогабаритных конденсаторов большой емкости и резкое удорожание медного провода, использовавшегося при намотке трансформаторов. Немаловажно и то, что схемы с умножением напряжения позволяют значительно снизить вес и габариты аппаратуры. Однако многие попытки выбора радиолюбителями таких схем заканчиваются неудачей, поскольку не соблюдаются несколько непременных условий для достаточно надежной и качественной работы таких, казалось бы, простых схем. Для того чтобы понять, как правильно выбрать схему и элементы умножителя, рассмотрим принципы работы таких устройств.

Схемы умножителей напряжения разделяются на симметричные и несимметричные. Для начала рассмотрим принцип работы и построения несимметричных схем. Несимметричные схемы умножителей подразделяются на два типа: Схемы умножителей первого рода и схемы умножителей второго рода.

Схема умножения первого рода представлена на рисунке.

В следующий полупериод напряжения конденсатор С2, заряженный до удвоеннного напряжения Uo, будет включен последовательно и по цепи “С” – VD3 –“D”- C3 – “А” – Источник – “F” зарядит конденсатор С3 почти до утроенного напряжения Uo. А конденсатор С1 будет подзаряжен до напряжения Uo.

В следующий полупериод конденсатор С2 будет заряжен так же как уже было описано, до удвоенного напряжения, а конденсатор С(N) будет заряжен по цепи D – VD(N) – E – C(N) –F – Источник – А – С3. Причем за счет утроенного напряжения на конденсаторе С3 и напряжения на входе конденсатор С(N) зарядится до учетверенного Uo. Если наращивать ступени умножения и дальше, их работа ничем не будет отличаться от работы первых стtпеней умножения. Следует отметить, что в один из полупериодов будут заряжаться конденсаторы, подключенные одним выводом к точке “А”, а в другой – конденсаторы, подключенные одним выводом к точке “F”, поэтому частота пульсаций на выходе схемы умножения первого рода равна частоте питающего напряжения.

Минимально допустимую величину конденсатора на выходе схемы умножения С(N) можно посчитать, исходя из заданного уровня пульсаций выпрямленного напряжения. Для начала определим сопротивление нагрузки:

Для питания анодной цепи усилителя мощности на 3-х ГУ-50 зададим: напряжение на выходе умножителя 1200 Вольт при токе 400 мА.

Подставляя данные в формулу, получим сопротивление нагрузки выпрямителя Rн = 3 Ком.

(Далее все практические расчеты будут сделаны именно для усилителя этого типа.)

Теперь определим емкость конденсатора на выходе схемы умножения.

Для того, чтобы получить как можно более пологую статическую характеристику важно соблюдать определенные пропорции в емкостях конденсаторов, которые обеспечат равенство энергий, накапливаемых каждым конденсатором при работе на реальную нагрузку. Наилучшие результаты дает ряд емкостей, для которого:

Где: C(N) –емкость конкретного конденсатора, С(n) – емкость конденсатора на выходе схемы, М – коэффициент увеличения емкости, определяемый по таблице:

Источник

Как выглядит элемент умножитель напряжения

В реальных схемах любая нагрузка будет уменьшать полученное напряжение. Умножитель содержит в себе конденсаторы и диоды. Нагрузочная способность умножителя пропорциональна частоте, величине емкости входящих в его состав конденсаторов и обратно пропорциональна числу звеньев.

Особенности: хорошая нагрузочная способность.

Несимметричный умножитель напряжения (Кокрофта-Уолтона)

Особенности: универсальность, низкая нагрузочная способность.

Генераторы Кокрофта-Уолтона применяются во многих областях техники, в частности, в лазерных системах, в источниках высокого напряжения, в системах рентгеновского излучения, подсветке жидкокристаллических экранов, лампах бегущей волны, ионных насосах, электростатических системах, ионизаторах воздуха, ускорителях частиц, копировальных аппаратах, осциллографах, телевизорах и во многих других устройствах, где необходимо одновременно высокое напряжение и постоянный ток.

Особенности: хорошая нагрузочная способность.

Утроитель, 2-й вариант

Особенности: хорошая нагрузочная способность.

Утроитель, 3-й вариант

Особенности: хорошая нагрузочная способность.

Умножитель на 4, 1-й вариант

Особенности: симметричная схема, хорошая нагрузочная способность.

Умножитель на 4, 2-й вариант

Особенности: симметричная схема, хорошая нагрузочная способность.

Умножитель на 4, 3-й вариант

Особенности: симметричная схема, хорошая нагрузочная способность, две полярности относительно общей точки.

Умножитель на 5, 1-й вариант

Особенности: хорошая нагрузочная способность.

Умножитель на 6, 1-й вариант

Особенности: хорошая нагрузочная способность.

Умножитель на 6, 2-й вариант

Особенности: симметричная схема, хорошая нагрузочная способность, две полярности относительно общей точки.

Умножитель на 8, 1-й вариант

Особенности: симметричная схема, хорошая нагрузочная способность.

Умножитель на 8, 2-й вариант

Особенности: симметричная схема, хорошая нагрузочная способность, две полярности относительно общей точки.

Умножитель напряжения Шенкеля – Вилларда

Особенности: симметричная схема, превосходная нагрузочная способность, ступенчатое увеличение напряжения на каждом звене.

Умножитель со ступенчатой нагрузочной способностью

Выпрямитель с вольтодобавкой

Особенности: наличие дополнительного маломощного выхода с удвоенным напряжением питания.

Умножитель из диодных мостов

Особенности: хорошая нагрузочная способность. Одна из классических схем умножения напряжения в высоковольтных источниках питания для физических экспериментов. На рисунке изображен удвоитель напряжения, но число каскадов в умножителе может быть увеличено.

Источник

Как выглядит элемент умножитель напряжения

Назначение умножителей напряжения, структура и нагрузочная способность

На вход умножителей напряжения подается переменное напряжение, на выходе получаем умноженное постоянное. Любой умножитель содержит в себе два типа элементов – конденсаторы и диоды. По структуре электрической схемы умножители делятся на несимметричные и симметричные. Отличие заключается в том, что в симметричных схемах ток, потребляемый от источника переменного напряжения, одинаков по форме в течение обоих полупериодов, а в несимметричных схемах формы импульсов тока при отрицательном и положительном полупериодах различны. Это может вызвать «вылет» рабочего режима магнитопровода в область насыщения. Кроме этого частота пульсаций в симметричных умножителях напряжения в два раза меньше по сравнению с несимметричными, что обеспечивает их лучшую нагрузочную способность. Поэтому при большой выходной мощности высоковольтного источника целесообразно применять симметричные умножители. При этом важно понимать, что симметричный умножитель состоит из двух несимметричных.

Факторы, влияющие на нагрузочную способность умножителя напряжения:

Структура схемы определяет нагрузочную способность умножителя, симметричные схемы умножения напряжения имеют несколько большую нагрузочную способность по сравнению с несимметричными.

Частота напряжения на входе умножителя. Нагрузочная способность прямо пропорциональна частоте, с ограничениями по верхней её величине накладываемым паразитными элементами схемы – емкостями диодов, индуктивностями проводников схемы и обкладок конденсаторов. Кроме этого, конденсаторы имеют некоторую пороговую частоту, выше которой снижается максимально допустимая величина напряжения.

Величина емкости входящих в его состав конденсаторов. Нагрузочная способность прямо пропорциональна емкости конденсаторов в звеньях умножителя.

Число звеньев умножителя. Нагрузочная способность обратно пропорциональна числу звеньев умножителя.

Форма напряжения в теории может быть любой, однако максимальная нагрузочная способность при прочих равных факторах достигается, при напряжении, имеющем форму разнополярных прямоугольных импульсов одинаковой амплитуды.

Ниже представлены типовые схемы умножителей напряжения различных типов.

Несимметричный умножитель напряжения (Villard cascade)

Принцип работы: В течение отрицательного полупериода конденсатор C1 заряжается от источника переменного напряжения до амплитудного значения; в течение положительной полуволны к конденсатору C2 прикладывается суммарное напряжение источника питания и конденсатора C2 и за нескольких периодов он заряжается до удвоенного напряжения. Аналогично ступенчато происходит заряд последующих конденсаторов: заряд конденсатора C3 происходит, начиная со второго отрицательного периода, конденсатора C4 – начиная со второго положительного и так далее. Так, за несколько периодов умножитель выходит на квазистационарный режим и суммарное выходное напряжение на каждом из конденсаторов, кроме первого равно удвоенному амплитудному значению источника. Максимальное обратное напряжение на диодах также равно удвоенному амплитудному значению.

Особенности: универсальность, низкая нагрузочная способность. Эффективность резко снижается с увеличением числа звеньев умножителя. Общая «земля».

Величина пульсаций на выходе умножителя ∆V для синусоидальной формы выходного напряжения определяется по формуле [E. Kuffel, W.S. Zaengl and J. Kuffel. High Voltage Engineering Fundamentals (Second Edition). Newnes. 2000. 539 p.; http://www.kronjaeger.com/hv/hv/src/mul/ ]:

при 0.5 C1=C2=C3 =… Cn (то есть при удвоенном значении емкости C1 относительно остальных).

где n – число звеньев умножителя.

Симметричный умножитель напряжения (Double Villard cascade)

Данный симметричный умножитель напряжения фактически представляет собой два соединенных несимметричных умножителя с различными полярностями напряжения относительно общей точки.

Рисунок MULT.2 Электрическая схема симметричного умножителя напряжения (последовательный тип)

Принцип работы: аналогичен принципу работы несимметричного умножителя напряжения (Villard cascade).

Особенности: универсальность, низкая нагрузочная способность. Эффективность резко снижается с увеличением числа звеньев умножителя. Общая «земля». Возможность реализации двух полярностей напряжения относительно общей точки. Различные варианты подключения источника питающего переменного напряжения к умножителю (рисунок MULT.2). Преимуществом схемы является одинаковое падение напряжения на конденсаторах, что позволяет использовать конденсаторы одного типа (рассчитанных на одинаковое напряжение).

Величина пульсаций на выходе умножителя ΔV рассчитывается по выше приведенным соотношениям, умноженным на два (поскольку фактически умножителей в структуре схемы два).

Симметричный умножитель напряжения Шенкеля – Вилларда

Принцип работы: в течение первого положительного полупериода происходит заряд емкостей С1, С3, … Сn (нечетные) до напряжения питания, во время последующей отрицательной полуволны заряжаются емкости С2, С4, … С(n-1) (четные) заряжаются до напряжения питания через четные емкости уменьшая их напряжение практически до нуля. В течение следующего положительного периода заряд каждого нечетного конденсатора происходит удвоенным напряжением последовательного соединения источника питания и четного конденсатора умножителя. При этом нечетные конденсаторы заряжаются до напряжения большего амплитудного. В процессе работы происходит ступенчатый рост напряжения на конденсаторах умножителя начиная с Сn.

Особенности: симметричная схема, превосходная нагрузочная способность, ступенчатое увеличение напряжения на каждом звене. Общая «земля».

Гибридный умножитель напряжения последовательно-параллельного типа

Принцип работы: в течение первого положительного полупериода происходит заряд емкостей последовательного столба С2, С4, … Сn (четные) главным образом через емкость С1 заряжающейся в течение первого положительного полупериода противоположно. В течение следующего отрицательного полупериода происходит заряд нечетных емкостей С1, С3, … С(n-1) до уровней напряжений превышающих амплитудное, поскольку к ним прикладывается суммарное напряжение источника питания и емкостей последовательного столба С2, С4, соединенных последовательно. При этом С(n-1) емкость имеет максимальное напряжение, поскольку к ней прикладывается напряжение полного столба и источника питания, а «нижние» емкости заряжаются до меньшего напряжения поскольку к ним прикладывается напряжение только части последовательного столба. В этот полупериод емкости последовательного столба несколько разряжаются.

В течение следующего положительного периода емкости последовательного столба С2, С4 заряжаются до большего чем в предыдущем положительном полупериоде уровня напряжения, так как к ним прикладывается суммарное напряжение источник питания и напряжений на емкостях С1, С3, … С(n-1). Так в процессе работы происходит ступенчатый рост напряжения на конденсаторах и соответствующее увеличение выходного напряжения.

Особенности: гибридная схема, обеспечивающая высокую нагрузочную способность симметричных схем. Преимуществом схемы является возможность использования в правом ёмкостном «столбе» одинаковых (рассчитанных на одинаковое напряжение) конденсаторов большой емкости качестве накопительно-фильтрующих элементов и применение конденсаторов меньшей емкости в левой части схемы, но рассчитанных на существенно большее напряжение (по причине ступенчатого увеличения напряжения на каждом звене). Общая «земля».

Симметричный умножитель на основе диодных мостов

Принцип работы: в целом аналогичен принципу работы симметричного умножителя напряжения Шенкеля – Вилларда.

Особенности: хорошая нагрузочная способность. Одна из классических схем умножения напряжения в высоковольтных источниках питания для физических экспериментов.

Симметричный двухполупериодный умножитель Кокрофта-Уолтона

Особенности: хорошая нагрузочная способность. Схема широко используется высоковольтных источниках питания для физических экспериментов.

Величина пульсаций на выходе умножителя для синусоидальной формы выходного напряжения определяется по формуле [А.А. Ровдо Полупроводниковые диоды и схемы с диодами. Лайт Лтд. 2000. 286 с.]:

Удвоитель напряжения Латура-Делона-Гренашера

Фактически схема является удвоенным однополупериодным выпрямителем напряжения, верхнее плечо которого выпрямляет положительную полуволну, нижнее – отрицательную.

Принцип работы: в течение положительного полупериода через диод VD1 заряжается конденсатор C1, в течение отрицательного полупериода через диод VD2 заряжается конденсатор C2. К нагрузке прикладывается удвоенное напряжение.

Особенности: хорошая нагрузочная способность. Симметричная схема. Классика.

Примеры схемотехнических реализаций умножителей напряжения

Далее представлены несколько частных случаев умножителей напряжения.

Утроители напряжения

Умножители на 4

Умножитель на 6

Умножитель на 8

Требования к диодам и конденсаторам умножителей напряжения

– максимально допустимая величина обратного напряжения диода должна с запасом (как минимум на 20 %) превышать рабочее напряжение в схеме;

— быстрое восстановление изолирующих свойств при смене полярности напряжения. С этой целью рекомендуется использование диодов класса Ultra-Fast с временем обратного восстановления порядка 10-50 нс;

— малая паразитная емкость. В связи с этим не является целесообразным использование диодов с большим запасом по току, т.к. у них большая емкость.

Как правило, средние значения тока протекающего через диоды умножителей напряжения не превышает сотен миллиампер, поэтому в умножителях напряжениях используются диоды, рассчитанные на малый ток и большое напряжение (таблица MULT.1). При необходимости обеспечения большего значения обратного напряжения допустимо использование последовательного соединения диодов, но при этом необходимо, чтобы диоды были одинакового типа и желательно одной партии.

Марка диода

Корпус

Максимальное обратное напряжение, В

Средний ток, А

Время обратного восстановления, нс

Источник

Как выглядит элемент умножитель напряжения

В данном документе затрагиваются вопросы схемотехники умножителей напряжения, описывается принцип действия умножителей, исследуются их характеристики, приводятся формулы для расчёта. Здесь рассматривается один тип умножителей, но умножители этого типа используются чаще всего. Они лучше всего подходят для получения высоких напряжений, но в целом, достаточно универсальны. О других типах умножителей и возможных областях их применения речь идёт в документе «Типы однофазных умножителей напряжения».

Рис. %img:i1

Введение

Как правило, умножители напряжения применяются в высоковольтной технике, обычно в тех случаях, когда ток нагрузки мал. Ранее использовались в качестве источников анодного напряжения для кинескопов (в телевизорах, мониторах) и электронно-лучевых трубок (в аналоговых осциллографах). Могут использоваться, например, в качестве источников напряжения для счётчиков Гейгера в дозиметрах, для питания рентгеновских трубок малой мощности.

Но было бы ошибкой полагать, что областью применения умножителей являются исключительно высоковольтные маломощные источники питания. При правильном подборе схемы и параметров элементов вполне возможно использовать умножители в схемах бестрансформаторных повышающих источников напряжения самого разного назначения, в том числе и в области низких напряжений при достаточно больших мощностях нагрузки. Подробнее о разных типах умножителей, некоторые из которых могут быть более предпочтительными при низких напряжениях, смотрите в документе «Типы однофазных умножителей напряжения».

С другой стороны, умножители становятся предметом рассмотрения целых диссертаций. А профессиональные разработчики электроники, случается, умудряются допустить ошибки в простейших умножителях и запускают дефектные устройства в серийное производство (proof)!

На самом деле, принцип действия умножителя описать нетрудно, гораздо более сложен точный анализ в аналитической форме. Даже для случая идеализированного умножителя, анализ требует довольно громоздких математических выкладок.

Схемы умножителей напряжения и принцип действия

Умножитель напряжения состоит из нескольких звеньев, каждое из которых содержит один диод и один конденсатор. Коэффициент умножения равен количеству звеньев. В вырожденном случае с коэффициентом умножения 1, получаем просто однополупериодный выпрямитель, рис. %img:i2.

Рис. %img:i2

Во время того полупериода, когда диод D1 открывается, конденсатор C1 заряжается через диод до напряжения U₁, равного амплитуде напряжения U_a питающего выпрямитель источника u (если считать элементы цепи идеальными). К конденсатору C1 можно подключить какую-то нагрузку, на схеме обозначена как R. Если потребляемый нагрузкой ток равен нулю, то зарядившись до амплитудного напряжения, конденсатор C1 в дальнейшем сохраняет своё напряжение неизменным, а диод D1 в таком случае остаётся всё время закрытым; потребляемый от источника ток равен 0.

Поэтому, если к точкам A1, B1 подключим ещё одну D-C цепочку, как показано на рис. %img:i3, то, в установившемся режиме импульсы напряжения между этими точками зарядят конденсатор C2 до напряжения 2*U_a. Диод D2 предотвращает разряд конденсатора C2 в те моменты времени, когда напряжение U_A1B1 меньше напряжения U₂ на конденсаторе C2. Конденсатор C1, как и в предыдущем случае, заряжен до напряжения U_a (в установившемся режиме без нагрузки).

Рис. %img:i3

Рис. %img:i4

Рис. %img:i5

С учётом сказанного, становится понятно, что при подборе элементной базы для умножителя, конденсаторы следует выбирать рассчитанными на двойное амплитудное напряжение источника питания, кроме первого по схеме, который должен быть рассчитан на амплитудное напряжение источника. Все диоды должны быть рассчитаны на двойное амплитудное обратное напряжение. Естественно, необходимо выбирать элементы с достаточным запасом по напряжению для обеспечения высокой надёжности (обычно не менее 20% запаса).

Как можно увидеть из приведённых схем, при использовании умножителя напряжения с любым чётным коэффициентом умножения, отсутствует постоянная составляющая потребляемого от источника питания тока (хотя бы потому, что подключение осуществляется через конденсатор C1, который просто не может пропустить постоянную составляющую). В случае умножителя с нечётным коэффициентом, постоянная составляющая тока через источник присутствует. Можно показать, что в установившемся режиме она равна току через нагрузку.

Очень часто схему умножителя изображают с диагональным расположением диодов. Можно сказать, это «классический» вариант изображения умножителей. Например, на рис. %img:i6 в таком виде приведена схема для умножителя на чётное число m.

Рис. %img:i6

На схеме один из выводов источника питания подключён к общему проводу, этот же общий провод используется для подключения нагрузки.

Если изменить направление включения диодов на противоположное, то получим умножитель с отрицательным потенциалом на выходе относительно общего провода. Такая схема изображена на рис. %img:i7.

Рис. %img:i7

Можно объединить схемы с положительным и отрицательным потенциалами выхода и получить двухполярную схему, как это показано на рис %img:i8. Напряжение между каждым из полюсов и общим проводом в этой схеме в 4 раза больше амплитуды входного напряжения. Соответственно, напряжение между полюсами будет в 8 раз больше амплитуды входного напряжения.

Рис. %img:i8

Рис. %img:i9

Рис.%img:i10a

Рис. %img:i10b

На рис. %img:i11, для сравнения, показан неправильный вариант, здесь напряжение на выходе равно u(t)+m*U_a, т.е. кроме требуемой постоянной составляющей, выходное напряжение содержит очень большую переменную составляющую, равную переменному напряжению на входе умножителя. Теоретически, эта составляющая может быть отфильтрована сглаживающим фильтром, например, RC-цепью, обязательно с высоким входным сопротивлением для переменной составляющей (иначе будет нарушен режим работы умножителя и постоянная составляющая выходного напряжения упадёт в разы относительно номинального значения). Практически же, подобные ухищрения лишены какого-либо смысла.

Рис. %img:i11

С другой стороны, бывают ситуации, когда первостепенное значение имеет величина пикового напряжения на выходе умножителя и наличие переменной составляющей допустимо. В таких случаях использовать схему включения, изображённую на рис. %img:i11 возможно и даже выгодно, поскольку она позволяет сэкономить на одном D-C звене: с помощью цепи из m звеньев, получаем выходное пиковое напряжение, равное (m+1)*U_a.

Кроме уже рассмотренных, традиционных, возможен ещё один вариант изображения тех же самых схем умножителей, но с линейным расположением диодов на схемах (рис. %img:i12). Данный вариант изображения схемы также отражает регулярность структуры умножителя, благодаря чему схема умножителя на любой коэффициент может быть получена состыковкой друг с другом требуемого количества одинаковых звеньев.

Рис. %img:i12

В заключение этого пункта отметим, что в документе «Типы однофазных умножителей напряжения» даётся другой вариант объяснения принципа действия умножителя, который является более универсальным, он применим к умножителям любого типа с любой структурой.

Переходный процесс в умножителе напряжения

После включения умножителя, установлению окончательного выходного напряжения предшествует переходный процесс. Вначале рассмотрим его на примере удвоителя напряжения. После заряда конденсатора C1 через диод D1 во время отрицательной полуволны, во время положительной полуволны конденсатор C1, соединённый последовательно с источником, заряжает конденсатор C2 через диод D2. Сам конденсатор C1 при этом частично разряжается, так что в процессе первого цикла работы удвоителя на выходе устанавливается напряжение, меньшее величины 2*U_a.

Рис. %img:i13

Далее D2 закрывается, потом снова происходит подзаряд C1, затем, во время следующей положительной волны, источник и C1 снова заряжают C2 (через диод D2). Но теперь C2 уже имеет начальное напряжение, приложенное встречно по отношению к u+U₁, поэтому от C1 к C2 перейдёт меньший по величине заряд по сравнению с предыдущим циклом. Соответственно, напряжение на C2 увеличится, а на C1 уменьшится, но изменения напряжений на конденсаторах будут меньше, чем во время предыдущего цикла.

Рис. %img:i14

Рис. %img:i15

Справочник по формулам умножителя

На рис. %img:i16 изображён построенный по формуле (10) график переходного процесса для умножителя на 8 (красная линия) и график реального переходного процесса (синяя линия).

Рис. %img:i16

Расчёт умножителя напряжения

Если потребляемый нагрузкой ток крайне мал, следует оценить и учесть связанные с монтажом токи утечки, утечки конденсаторов, обратные токи диодов. Если получаемые напряжения являются очень высокими, требуется учитывать специфические для высоковольтной техники потери. В любом случае, выбранная ёмкость конденсаторов должна во много раз превышать паразитные монтажные ёмкости и ёмкости диодов.

Данные значения указаны для установившегося режима, а в момент включения возможен многократно превышающий их бросок тока. Очень больших значений, определяемых только внутренним сопротивлением диодов и источника, может достигать ток при осуществлении коммутации в момент, когда мгновенное напряжение источника существенно отлично от нуля. В наиболее тяжёлых условиях в момент включения оказываются диоды в начале схемы. Учитывая сказанное, следует либо выбирать диоды с большим запасом по току, либо принимать меры по ограничению тока при включении (например, использовать плавный запуск с постепенным нарастанием амплитуды напряжения источника питания или использовать какую либо схему ограничения входного тока умножителя).

Если импульсный ток в установившемся режиме оказывается слишком большим, можно попытаться снизить его за счёт уменьшения ёмкости конденсаторов, пересмотрев и смягчив требования к стабильности выходного напряжения под нагрузкой и к уровню пульсаций на выходе.

4. После того, как параметры элементов выбраны, рассчитываем окончательные характеристики умножителя (выходное напряжение, падение напряжения под нагрузкой, уровень пульсаций).

Пример расчёта умножителя

Будем считать, что действующее значение напряжения в сети составляет
U=220 В±10% (198..242 В),
что соответствует амплитуде в пределах
U_a=280..342 В.

Итак, исходные данные и требования к умножителю:
U_a=280..342 В (амплитуда питающего напряжения);
F=50 Гц, T=20 мс (частота, период питающего переменного напряжения);
U_out=2000 В (напряжение на выходе);
|ε_out|=2% (максимально допустимое падение выходного напряжения под полной нагрузкой);
U

Что касается максимально допустимого напряжения конденсаторов, то если приняты меры по стабилизации амплитуды питающего напряжения на уровне 250 В, то можно выбрать значение в районе 600 В (для первого конденсатора достаточно 300..400 В). Если же амплитуда может достигать изначально указанных 342 В, то следует выбирать конденсаторы с рабочим напряжением не менее 800 В (не менее 400 В для первого).

=h/2 около 3 В, что существенно лучше максимально допустимого по заданию уровня.

Нетрудно заметить, что использование умножителей с питанием от низкочастотных источников является невыгодным: в таких случаях требуются конденсаторы большой ёмкости (которые имеют большой объём и высокую цену); переходный процесс при включении является очень длительным даже в случае умножителей с весьма умеренным коэффициентом умножения.

Источник