moltiplicatori di tensione. Schema, descrizione

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Moltiplicatori di tensione

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L'articolo descrive le principali opzioni per i moltiplicatori di tensione utilizzati in un'ampia varietà di dispositivi elettronici e fornisce i rapporti calcolati. Questo materiale sarà di interesse per i radioamatori coinvolti nello sviluppo di apparecchiature che utilizzano moltiplicatori.

I moltiplicatori sono ampiamente utilizzati nei moderni dispositivi elettronici. Sono utilizzati nelle apparecchiature televisive e mediche (sorgenti di tensione anodica per cinescopi, alimentazione per laser a bassa potenza), nelle apparecchiature di misurazione (oscilloscopi, dispositivi per misurare il livello e le dosi di radiazioni radioattive), nei dispositivi per la visione notturna e nei dispositivi di elettroshock, dispositivi elettronici per la casa e l'ufficio (ionizzatori, "lampadario di Chizhevsky", fotocopiatrici) e molte altre aree della tecnologia. Ciò è accaduto a causa delle principali proprietà dei moltiplicatori: la capacità di generare tensioni elevate, fino a diverse decine e centinaia di migliaia di volt, con dimensioni e peso ridotti. Un altro vantaggio importante è la facilità di calcolo e fabbricazione.

Il moltiplicatore di tensione è costituito da diodi e condensatori collegati in un certo modo ed è un convertitore della tensione CA di una sorgente a bassa tensione in una tensione CC elevata.

Il principio del suo funzionamento è chiaro dalla Fig. 1, che mostra un diagramma di un moltiplicatore a semionda. Considera i processi che si svolgono in esso in più fasi.

Moltiplicatori di tensione

Durante l'azione del semiperiodo negativo della tensione, il condensatore C1 viene caricato attraverso il diodo aperto VD1 al valore di ampiezza della tensione applicata U. Quando viene applicata una tensione semiperiodo positiva all'ingresso del moltiplicatore, il il condensatore C2 viene caricato ad una tensione di 2Ua attraverso il diodo aperto VD2. Durante la fase successiva - il semiciclo negativo - il condensatore C3 viene caricato attraverso il diodo VD2 ad una tensione di 3U. E infine, al successivo mezzo ciclo positivo, il condensatore C2 viene caricato a una tensione di 4U.

È ovvio che l'inizio del moltiplicatore avviene in diversi periodi di tensione alternata. La tensione di uscita costante è la somma delle tensioni sui condensatori C2 e C4 collegati in serie e costantemente ricaricati ed è 4Ua.

Mostrato in fig. 1 moltiplicatore si riferisce ai moltiplicatori seriali. Esistono anche moltiplicatori di tensione paralleli che richiedono meno capacità per stadio di moltiplicazione. Sulla fig. 2 mostra un diagramma di un tale moltiplicatore a semionda.

Moltiplicatori di tensione

I moltiplicatori seriali più comunemente usati. Sono più versatili, la tensione attraverso i diodi e i condensatori è distribuita uniformemente e può essere implementato un numero maggiore di passaggi di moltiplicazione. Hanno i loro vantaggi e moltiplicatori paralleli. Tuttavia il loro svantaggio, come aumento della tensione sui condensatori con aumento del numero di stadi di moltiplicazione, ne limita l'utilizzo ad una tensione di uscita di circa 20 kV.

Sulla fig. Le figure 3 e 4 mostrano i diagrammi dei moltiplicatori a onda intera. I vantaggi del primo (Fig. 3) includono quanto segue: ai condensatori C1, C3 viene applicata solo la tensione di ampiezza, il carico sui diodi è uniforme e si ottiene una buona stabilità della tensione di uscita. Il secondo moltiplicatore, il cui circuito è mostrato in Fig. 4. si distinguono per qualità come la possibilità di fornire elevata potenza, facilità di fabbricazione, distribuzione uniforme del carico tra i componenti, un gran numero di passaggi di moltiplicazione.

Moltiplicatori di tensione

La tabella mostra i valori tipici dei parametri e la portata dei moltiplicatori di tensione.

Moltiplicatori di tensione

Quando si calcola il moltiplicatore, è necessario impostare i suoi parametri principali: tensione di uscita, potenza di uscita, tensione CA in ingresso, dimensioni richieste, condizioni operative (temperatura, umidità).

Inoltre, è necessario tenere conto di alcune restrizioni: la tensione di ingresso non può essere superiore a 15 kV, la frequenza della tensione alternata è limitata entro 5 ... 100 kHz. tensione di uscita - non più di 150 kV, intervallo di temperatura operativa da -55 a +125 * C e umidità - 0 ... 100%. In pratica, vengono sviluppati e utilizzati moltiplicatori con una potenza di uscita fino a 50 W, sebbene siano realisticamente raggiungibili valori di 200 W o più.

La tensione di uscita del moltiplicatore dipende dalla corrente di carico. A condizione che la tensione e la frequenza di ingresso siano costanti, è determinata dalla formula: Uout = N · Nin - [1 (N3 + 9N2/4 + N/2)]/12FC, dove I è la corrente di carico. UN; N è il numero di stadi moltiplicatori; F è la frequenza della tensione di ingresso. Hz; C è la capacità del condensatore dello stadio, f. Impostazione della tensione di uscita, corrente. frequenza e numero di gradini, da cui viene calcolata la capacità richiesta del condensatore di gradino.

Questa formula è data per calcolare il moltiplicatore seriale. In parallelo, per ottenere la stessa corrente di uscita, la capacità richiesta è inferiore. Quindi, se la capacità in serie è 1000 pF, un moltiplicatore parallelo a tre stadi richiederà una capacità di 1000 pF / 3 = 333 pF. In ogni fase successiva di tale moltiplicatore, dovrebbero essere utilizzati condensatori con una tensione nominale elevata.

La tensione inversa sui diodi e la tensione operativa dei condensatori nel moltiplicatore in serie è uguale all'oscillazione completa della tensione di ingresso.

Nell'implementazione pratica del moltiplicatore, è necessario prestare particolare attenzione alla scelta dei suoi elementi, al loro posizionamento e ai materiali isolanti. Il design deve fornire un isolamento affidabile per evitare il verificarsi di scariche a corona, che riducono l'affidabilità del moltiplicatore e ne portano al guasto.

Se si desidera modificare la polarità della tensione di uscita, è necessario invertire la polarità dei diodi.

Autore: D.Sadchenkov, Mosca

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