Kada se rješavaju problemi u krugu, postoje slučajevi kada je potrebno pobjeći od korištenja transformatora za povećanje izlaznog napona. Razlog tome najčešće se ispostavlja nemogućnost uključivanja step-up pretvarača u uređaje zbog njihovih pokazatelja težine i veličine. U takvoj situaciji rješenje je korištenje kruga množenja.
Definicija množitelja napona
Uređaj, što znači množitelj električne energije, je krug koji vam omogućuje pretvaranje izmjeničnog ili pulsirajućeg napona u istosmjerni, ali veće vrijednosti. Povećanje vrijednosti parametra na izlazu uređaja izravno je proporcionalno broju stupnjeva kruga. Najelementarniji množitelj napona koji postoji izumili su znanstvenici Cockcroft i W alton.
Moderne kondenzatore koje je razvila elektronska industrija karakterizira mala veličina i relativno veliki kapacitet. To je omogućilo ponovnu izgradnju mnogih sklopova i uvođenje proizvoda u različite uređaje. Multiplikator napona sastavljen je na diode i kondenzatore spojene svojim redoslijedom.
Pored funkcije povećanja električne energije, množitelji ju istovremeno pretvaraju iz AC u istosmjernu. To je prikladno jer je cjelokupni sklop uređaja pojednostavljen i postaje pouzdaniji i kompaktniji. Uz pomoć uređaja može se postići povećanje do nekoliko tisuća volti.
Gdje se uređaj koristi
Množitelji su pronašli svoju primjenu u raznim vrstama uređaja, a to su: laserski pumpni sustavi, uređaji za zračenje rendgenskih valova u svojim visokonaponskim jedinicama, za pozadinsko osvjetljenje zaslona s tekućim kristalima, ionske pumpe, lampe s putujućim valovima, ionizatori zraka, elektrostatički sustavi, akceleratori čestica, strojevi za kopiranje, televizori i osciloskopi s kineskopom, kao i tamo gdje je potrebna istosmjerna struja visoke, niske struje.
Princip množitelja napona
Da biste razumjeli kako sklop funkcionira, bolje je pogledati rad takozvanog univerzalnog uređaja. Ovdje broj stupnjeva nije točno određen, a izlazna električna energija određena je formulom: nUin=Uout, gdje je:
- n je broj prisutnih stupnjeva kruga;
- Uin je napon primijenjen na ulaz uređaja.
U početnom trenutku vremena, kada prvi, recimo, pozitivni poluval dođe u krug, dioda ulaznog stupnja predaje ga svom kondenzatoru. Potonji se naplaćuje do amplitude dolazne električne energije. Uz drugi negativpoluvalna, prva dioda je zatvorena, a poluvodič drugog stupnja pušta je do svog kondenzatora koji je također nabijen. Plus, napon prvog kondenzatora, spojenog u seriji s drugim, dodaje se posljednjem i izlaz kaskade je već udvostručena električna energija.
Ista stvar se događa u svakom sljedećem stupnju - ovo je princip množitelja napona. A ako pogledate progresiju do kraja, ispada da izlazna električna energija premašuje ulaznu za određeni broj puta. Ali kao i u transformatoru, ovdje će se jačina struje smanjivati s povećanjem razlike potencijala - zakon očuvanja energije također djeluje.
Shema za konstruiranje množitelja
Cijeli lanac kruga sastavljen je iz nekoliko karika. Jedna karika množitelja napona na kondenzatoru je poluvalni ispravljač. Za dobivanje uređaja potrebno je imati dvije serijski spojene veze od kojih svaka ima diodu i kondenzator. Takav sklop je udvostruč električne energije.
Grafički prikaz uređaja za množenje napona u klasičnoj verziji izgleda s dijagonalnim položajem dioda. Smjer uključivanja poluvodiča određuje koji će potencijal - negativan ili pozitivan - biti prisutan na izlazu množitelja u odnosu na njegovu zajedničku točku.
Kombiniranjem krugova s negativnim i pozitivnim potencijalima, na izlazu uređaja dobiva se krug bipolarnog udvostručavanja napona. Značajka ove konstrukcije je da ako mjerite razinuelektricitet između pola i zajedničke točke i on premašuje ulazni napon za 4 puta, tada će se veličina amplitude između polova povećati za 8 puta.
U množitelju, zajednička točka (koja je spojena na zajedničku žicu) bit će ona u kojoj je izlaz izvora napajanja spojen na izlaz kondenzatora grupiranog s drugim serijski spojenim kondenzatorima. Na kraju njih, izlazna električna energija uzima se na parne elemente - na parnom koeficijentu, na neparnim kondenzatorima, odnosno na neparnom koeficijentu.
Pumpanje kondenzatora u množitelj
Drugim riječima, u uređaju množitelja konstantnog napona postoji određeni prolazni proces postavljanja izlaznog parametra koji odgovara deklariranom. Najlakši način da to vidite je udvostručenje struje. Kada se kroz poluvodič D1 kondenzator C1 napuni do svoje pune vrijednosti, tada u sljedećem poluvalu on, zajedno s izvorom električne energije, istovremeno puni drugi kondenzator. C1 nema vremena potpuno odustati od naboja C2, tako da izlaz u početku nema dvostruku potencijalnu razliku.
U trećem poluvalu, prvi kondenzator se puni, a zatim primjenjuje potencijal na C2. Ali napon na drugom kondenzatoru već ima suprotan smjer od prvog. Stoga izlazni kondenzator nije potpuno napunjen. Sa svakim novim ciklusom, električna energija na elementu C1 će težiti ulazu, napon C2 će se udvostručiti.
Kakoizračunaj množitelj
Pri proračunu uređaja za množenje potrebno je poći od početnih podataka, a to su: struja potrebna za opterećenje (In), izlazni napon (Uout), koeficijent valovitosti (Kp). Minimalna vrijednost kapacitivnosti elemenata kondenzatora, izražena u uF, određena je formulom: S(n)=2, 85nIn/(KpUout), gdje je:
- n je broj puta povećanja ulazne električne energije;
- In - struja koja teče u opterećenju (mA);
- Kp – faktor pulsiranja (%);
- Uout - napon primljen na izlazu uređaja (V).
Povećanjem kapacitivnosti dobivene proračunima za dva ili tri puta, dobiva se vrijednost kapacitivnosti kondenzatora na ulazu kruga C1. Ova vrijednost elementa omogućuje vam da odmah dobijete punu vrijednost napona na izlazu, a ne čekate da prođe određeni broj razdoblja. Kada rad opterećenja ne ovisi o brzini porasta električne energije do nazivne snage, kapacitet kondenzatora može se uzeti identičan izračunatim vrijednostima.
Najbolje za opterećenje ako faktor mreškanja množitelja napona diode ne prelazi 0,1%. Zadovoljavajuća je i prisutnost mreškanja do 3%. Sve diode kruga odabrane su iz proračuna tako da mogu slobodno izdržati jačinu struje koja je dvostruko veća od vrijednosti u opterećenju. Formula za izračunavanje uređaja s visokom preciznošću izgleda ovako: nUin - (In(n3 + 9n2/4 + n/2)/(12 f C))=Uout, gdje je:
- f – frekvencija napona na ulazu uređaja (Hz);
- C - kapacitet kondenzatora (F).
Prednosti inedostaci
Govoreći o prednostima množitelja napona, možemo primijetiti sljedeće:
Mogućnost dobivanja značajnih količina električne energije na izlazu - što je više karika u lancu, veći će biti faktor množenja
- Jednostavnost dizajna - sve je sastavljeno na standardnim vezama i pouzdanim radio elementima koji rijetko pokvare.
- Težina – odsutnost glomaznih elemenata kao što je energetski transformator smanjuje veličinu i težinu kruga.
Najveći nedostatak bilo kojeg kruga množenja je to što je nemoguće dobiti veliku izlaznu struju iz njega za napajanje opterećenja.
Zaključak
Odabir množitelja napona za određeni uređaj. važno je znati da balansirani sklopovi imaju bolje parametre u smislu valovitosti od neuravnoteženih. Stoga je za osjetljive uređaje svrsishodnije koristiti stabilnije množitelje. Asimetričan, jednostavan za izradu, sadrži manje elemenata.
