Онлайн калькуляторы

На нашем сайте собрано более 100 бесплатных онлайн калькуляторов по математике, геометрии и физике.

Справочник

Основные формулы, таблицы и теоремы для учащихся. Все что нужно, чтобы сделать домашнее задание!

Заказать решение

Не можете решить контрольную?!
Мы поможем! Более 20 000 авторов выполнят вашу работу от 100 руб!

Умножитель напряжения на диодах и конденсаторах

Определение умножителя напряжения

ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Умножитель напряжения – это система, которая призвана преобразовывать напряжение переменного тока источника небольшого напряжения в высокое напряжение постоянного тока.

Их применяют в радиоэлектронике: медицинской и телевизионной аппаратуре, измерительной технике, бытовой технике и др. Умножитель напряжения составляют диоды и конденсаторы, которые соединяют специальным образом. Умножители способны сформировать напряжение до {10}^5 вольт, при этом имеют небольшую массу и размер. Умножители просты в изготовлении, их несложно рассчитываются.

Однополупериодный умножитель

На рис.1 приведена схема однополупериодного последовательного умножителя.

Умножитель напряжения на диодах и конденсаторах, рисунок 1

В течение отрицательного полупериода напряжения происходит зарядка конденсатора C_1 через диод VD_1, который открыт. Конденсатор заряжается до амплитудной величины приложенного напряжения U_m . В течение положительного полупериода заряжается конденсатор C_2 через диод VD_2 до разности потенциалов {2U}_m. Далее в отрицательный полупериод конденсатор C_3 заряжается через диод VD_3 до разности потенциалов {2U}_{m{2U}_m}. В очередной положительный полупериод конденсатор C_4 заряжается до напряжения {2U}_m. При этом умножитель запускается за несколько периодов изменения напряжения. Напряжение на выходе постоянное и оно является суммой напряжений на конденсаторах C_2 и C_4, которые постоянно заряжаются, то есть составляет величину, равную {4U}_m.

Обратное напряжение на диодах и рабочее напряжение конденсаторов в таком умножителе равно полной амплитуде входного напряжения. При практической реализации умножителя следует обращать внимание на изоляцию элементов, чтобы не допускать коронного разряда, который может вывести прибор из строя. Если необходимо изменить полярность напряжения на выходе, то меняют полярность диодов при соединении.

Последовательные умножители применяют особенно часто, так как они универсальны, имеют равномерное распределение напряжения на диодах и конденсаторах. С их помощью можно реализовать большое количество ступеней умножения.

Применяют, также параллельные умножители напряжения. Для них необходима меньшая емкость конденсатора на одну ступень умножения. Но, их недостатком считают увеличение напряжения на конденсаторах с ростом количества ступеней умножения, что создает ограничение в их использовании до напряжения выхода около 20 кВ. На рис. 2 приведена схема однополупериодного параллельного умножителя напряжения.

Умножитель напряжения на диодах и конденсаторах, рисунок 2

Для того чтобы рассчитать умножитель следует знать основные параметры: входное переменное напряжение, напряжение и мощность выхода, необходимые размеры (или ограничения в размерах), условия при которых умножитель будет работать. При этом следует учесть, что напряжение входа должно быть менее чем 15 кВ, частота от 5 до 100 кГц, напряжение выхода менее 150 кВ. Температурный интервал обычно составляет -55\div 125{\rm^\circ\!C}. Обычно мощность умножителя составляет до 50 Вт, но встречаются и более 200 Вт.

Для последовательного умножителя, если частота на входе в умножитель постоянна, то выходное напряжение вычисляют при помощи формулы:

    \[U=NU_{vh}-\frac{I\left(N^3+{9N^2}/{4}+{N}/{2}\right)}{12\nu C} \qquad (1) \]

где U_{vh} — входное напряжение; \nu – частота напряжения на входе; N – число ступеней умножения; C – емкость конденсатора ступени; I – сила тока нагрузки.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1
Задание Какова должна быть емкость (C) ступени последовательного умножителя напряжения, если требуется получить напряжение на выходе U=800 В, при частоте \nu =50Гц, силе тока I=10 А, используя N=4 ступени умножения?
Решение Для последовательного умножителя напряжения будем использовать расчётную формулу вида:

    \[U=NU_{vh}-\frac{I\left(N^3+{9N^2}/{4}+{N}/{2}\right)}{12\nu C} \qquad (1.1) \]

Из нее выразим искомую емкость:

    \[NU_{vh}-U=\frac{I\left(N^3+{9N^2}/{4}+{N}/{2}\right)}{12\nu C}\to 12\nu C=\frac{I\left(N^3+{9N^2}/{4}+{N}/{2}\right)}{NU_{vh}-U}\to \]

    \[C=\frac{I\left(N^3+{9N^2}/{4}+{N}/{2}\right)}{12\nu (NU_{vh}-U)}\]

Проведем вычисления емкости, используя заданные параметры:

    \[C=\frac{10\left(4^3+{9\cdot 4^2}/{4}+{4}/{2}\right)}{12\cdot 50(4\cdot 220-800)}=0,021\ (\Phi)\]

Ответ C=0,021 Ф
ПРИМЕР 2
Задание Изобразите схему двухполупериодного последовательного умножителя. Какие его качества относят к достоинствам?
Решение Схема двухполупериодного последовательного умножителя изображена на рис. 3. К его достоинствам относят то, что на конденсаторы C_1 и C_3 попадает только напряжение равное амплитудному. При этом нагрузка на диоды распределяется равномерно. С помощью данного умножителя достигают хорошей стабильности напряжения.
Умножитель напряжения на диодах и конденсаторах, пример 1
Нужна помощь с
решением задач?
Более 500 авторов онлайн и готовы помочь тебе прямо сейчас! Цена от 20 рублей за задачу. Сейчас у нас проходит акция, мы дарим 100 руб на первый заказ.