Pri reševanju težav z vezjem obstajajo časi, ko se je treba izogniti uporabi transformatorjev za povečanje izhodne napetosti. Razlog za to se najpogosteje izkaže v nezmožnosti vključitve pretvornikov v naprave zaradi njihove teže in velikosti. V takšni situaciji je rešitev uporaba multiplikatorskega vezja.
Opredelitev množitelja napetosti
Naprava, kar pomeni množitelj električne energije, je vezje, ki omogoča pretvorbo izmenične ali pulzirajoče napetosti v enosmerno, vendar višje vrednosti. Povečanje vrednosti parametra na izhodu naprave je neposredno sorazmerno s številom stopenj vezja. Najbolj elementarni množitelj napetosti, ki obstaja, sta izumila znanstvenika Cockcroft in W alton.
Za sodobne kondenzatorje, ki jih je razvila elektronska industrija, je značilna majhna velikost in razmeroma velika kapacitivnost. To je omogočilo obnovo številnih vezij in uvedbo izdelka v različne naprave. Napetostni multiplikator je bil sestavljen na diodah in kondenzatorjih, povezanih v svojem vrstnem redu.
Poleg funkcije povečanja električne energije jo množitelji hkrati pretvarjajo iz AC v enosmerni. To je priročno, ker je celotno vezje naprave poenostavljeno in postane bolj zanesljivo in kompaktno. S pomočjo naprave je mogoče doseči povečanje do nekaj tisoč voltov.
Kje se naprava uporablja
Množitelji so našli svojo uporabo v različnih vrstah naprav, to so: laserski črpalni sistemi, naprave za sevanje rentgenskih valov v svojih visokonapetostnih enotah, za osvetlitev zaslonov s tekočimi kristali, ionske črpalke, svetilke s potujočimi valovi, ionizatorji zraka, elektrostatični sistemi, pospeševalniki delcev, kopirni stroji, televizorji in osciloskopi s kineskopi, pa tudi tam, kjer je potrebna močna, nizkotočna enosmerna elektrika.
Načelo množitelja napetosti
Da bi razumeli, kako deluje vezje, je bolje pogledati delovanje tako imenovane univerzalne naprave. Tukaj število stopenj ni natančno določeno, izhodna električna energija pa je določena s formulo: nUin=Uout, kjer je:
- n je število prisotnih stopenj vezja;
- Uin je napetost, uporabljena na vhodu naprave.
V začetnem trenutku, ko prvi, recimo, pozitivni polovični val pride v vezje, ga dioda vhodne stopnje preda svojemu kondenzatorju. Slednji se napolni z amplitudo vhodne električne energije. Z drugim negativompolvalovna, je prva dioda zaprta, polprevodnik druge stopnje pa jo spusti do svojega kondenzatorja, ki je prav tako napolnjen. Poleg tega se napetost prvega kondenzatorja, ki je zaporedno povezan z drugim, doda zadnjemu in izhod kaskade je že podvojena električna energija.
Enako se zgodi na vsaki naslednji stopnji - to je princip množitelja napetosti. In če pogledate napredovanje do konca, se izkaže, da izhodna električna energija za določeno število krat presega vhodno. Toda tako kot v transformatorju se bo trenutna moč tudi tukaj zmanjšala s povečanjem potencialne razlike - deluje tudi zakon o ohranjanju energije.
Shema za konstruiranje množitelja
Celotna veriga vezja je sestavljena iz več členov. Ena povezava množitelja napetosti na kondenzatorju je polvalovni usmernik. Za pridobitev naprave je potrebno imeti dve serijsko povezani povezavi, od katerih ima vsak diodo in kondenzator. Takšno vezje je podvojnik električne energije.
Grafični prikaz naprave za pomnoževanje napetosti v klasični izvedbi izgleda z diagonalno lego diod. Smer vklopa polprevodnikov določa, kateri potencial - negativni ali pozitivni - bo prisoten na izhodu množitelja glede na njegovo skupno točko.
S kombiniranjem vezij z negativnimi in pozitivnimi potenciali se na izhodu naprave dobi vezje za bipolarno podvojitev napetosti. Značilnost te konstrukcije je, da če merite nivoelektrike med polom in skupno točko in preseže vhodno napetost za 4-krat, potem se bo velikost amplitude med polima povečala za 8-krat.
V množitelju bo skupna točka (ki je povezana s skupno žico) tista, kjer je izhod napajalnega vira povezan z izhodom kondenzatorja, združenega z drugimi serijsko povezanimi kondenzatorji. Na koncu njih se izhodna električna energija vzame na sode elemente - pri sodnem koeficientu, na lihih kondenzatorjih oziroma pri lihem koeficientu.
črpanje kondenzatorjev v množitelju
Z drugimi besedami, v napravi množitelja konstantne napetosti poteka določen prehodni proces nastavitve izhodnega parametra, ki ustreza deklariranemu. To najlažje vidite tako, da podvojite elektriko. Ko se skozi polprevodnik D1 kondenzator C1 napolni do svoje polne vrednosti, nato v naslednjem polovičnem valu skupaj z virom električne energije istočasno napolni drugi kondenzator. C1 nima časa, da bi popolnoma prepustil svoj naboj C2, zato izhod na začetku nima dvojne potencialne razlike.
Pri tretjem polovičnem valu se prvi kondenzator napolni in nato uporabi potencial na C2. Toda napetost na drugem kondenzatorju ima že nasprotno smer od prvega. Zato izhodni kondenzator ni popolnoma napolnjen. Z vsakim novim ciklom bo elektrika na elementu C1 težila k vhodu, napetost C2 se bo podvojila.
Kakoizračunaj množitelj
Pri izračunu naprave za množenje je treba izhajati iz začetnih podatkov, ki so: tok, potreben za obremenitev (In), izhodna napetost (Uout), koeficient valovanja (Kp). Najmanjša kapacitivnost elementov kondenzatorja, izražena v uF, je določena s formulo: С(n)=2, 85nIn/(KpUout), kjer je:
- n je, kolikokrat se poveča vhodna električna energija;
- In - tok, ki teče v bremenu (mA);
- Kp – faktor pulzacije (%);
- Uout - napetost, prejeta na izhodu naprave (V).
Če kapacitivnost, pridobljeno z izračuni, povečamo za dva ali trikrat, dobimo vrednost kapacitivnosti kondenzatorja na vhodu vezja C1. Ta vrednost elementa vam omogoča, da takoj dobite celotno vrednost napetosti na izhodu in ne čakate, dokler ne mine določeno število obdobij. Kadar delo bremena ni odvisno od stopnje dviga električne energije do nazivne moči, lahko kapacitivnost kondenzatorja vzamemo identično izračunanim vrednostim.
Najboljše za obremenitev, če faktor valovanja diodnega napetostnega množitelja ne presega 0,1%. Zadovoljiva je tudi prisotnost valovanja do 3%. Vse diode vezja so izbrane iz izračuna tako, da lahko prosto prenesejo jakost toka, dvakrat večjo od vrednosti v obremenitvi. Formula za izračun naprave z visoko natančnostjo izgleda takole: nUin - (In(n3 + 9n2/4 + n/2)/(12 f C))=Uout, kjer je:
- f – frekvenca napetosti na vhodu naprave (Hz);
- C - kapacitivnost kondenzatorja (F).
Ugodnosti inslabosti
Ko že govorimo o prednostih množitelja napetosti, lahko omenimo naslednje:
Možnost pridobivanja znatnih količin električne energije na izhodu - več členov v verigi, večji bo faktor množenja
- Enostavnost oblikovanja - vse je sestavljeno na standardnih povezavah in zanesljivih radijskih elementih, ki redko odpovejo.
- Teža – odsotnost obsežnih elementov, kot je močnostni transformator, zmanjša velikost in težo vezja.
Največja pomanjkljivost katerega koli množilnega vezja je, da iz njega ni mogoče dobiti velikega izhodnega toka za napajanje bremena.
Sklep
Izbira množitelja napetosti za določeno napravo. Pomembno je vedeti, da imajo uravnotežena vezja boljše parametre glede valovanja kot neuravnotežena. Zato je za občutljive naprave bolj smotrno uporabiti stabilnejše množitelje. Asimetrična, enostavna za izdelavo, vsebuje manj elementov.
