A l'hora de resoldre problemes de circuits, hi ha moments en què cal allunyar-se de l'ús de transformadors per augmentar la tensió de sortida. La raó d'això sovint resulta ser la impossibilitat d'incloure convertidors intensius als dispositius a causa dels seus indicadors de pes i mida. En aquesta situació, la solució és utilitzar un circuit multiplicador.
Definició del multiplicador de voltatge
Un dispositiu, que vol dir multiplicador d'electricitat, és un circuit que permet convertir la tensió alterna o pulsatòria en corrent continu, però d'un valor superior. L'augment del valor del paràmetre a la sortida del dispositiu és directament proporcional al nombre d'etapes del circuit. El multiplicador de tensió més elemental que existeix el van inventar els científics Cockcroft i W alton.
Els condensadors moderns desenvolupats per la indústria electrònica es caracteritzen per una mida petita i una capacitat relativament gran. Això va permetre reconstruir molts circuits i introduir el producte en diferents dispositius. Es va muntar un multiplicador de tensió en díodes i condensadors connectats en el seu propi ordre.
A més de la funció d'augmentar l'electricitat, els multiplicadors la converteixen simultàniament de CA a CC. Això és convenient perquè el circuit general del dispositiu es simplifica i es torna més fiable i compacte. Amb l'ajuda del dispositiu, es pot aconseguir un augment de fins a diversos milers de volts.
On s'utilitza el dispositiu
Els multiplicadors han trobat la seva aplicació en diversos tipus de dispositius, aquests són: sistemes de bombeig làser, dispositius de radiació d'ones de raigs X en les seves unitats d' alta tensió, per a la retroil·luminació de pantalles de cristall líquid, bombes de tipus iònic, làmpades d'ona mòbil, ionitzadors d'aire, sistemes electrostàtics, acceleradors de partícules, fotocopiadores, televisors i oscil·loscopis amb cinescopis, així com on es requereixi electricitat de corrent continu alta i baixa.
El principi del multiplicador de tensió
Per entendre com funciona el circuit, és millor mirar el funcionament de l'anomenat dispositiu universal. Aquí el nombre d'etapes no s'especifica exactament i l'electricitat de sortida es determina per la fórmula: nUin=Uout, on:
- n és el nombre d'etapes del circuit presents;
- Uin és la tensió aplicada a l'entrada del dispositiu.
En el moment inicial de temps, quan la primera, per exemple, mitja ona positiva arriba al circuit, el díode de l'etapa d'entrada la passa al seu condensador. Aquest últim es carrega a l'amplitud de l'electricitat entrant. Amb un segon negatiumitja ona, el primer díode està tancat i el semiconductor de la segona etapa el deixa anar al seu condensador, que també està carregat. A més, la tensió del primer condensador, connectat en sèrie amb el segon, s'afegeix a l'últim i la sortida de la cascada ja es duplica l'electricitat.
El mateix passa a cada etapa posterior: aquest és el principi d'un multiplicador de tensió. I si ens fixem en la progressió fins al final, resulta que l'electricitat de sortida supera l'entrada un cert nombre de vegades. Però com en un transformador, la força del corrent aquí disminuirà amb un augment de la diferència de potencial; la llei de conservació de l'energia també funciona.
Esquema per construir un multiplicador
Tota la cadena del circuit està muntada a partir de diversos bauls. Un enllaç del multiplicador de tensió del condensador és un rectificador de mitja ona. Per obtenir el dispositiu, cal tenir dos enllaços connectats en sèrie, cadascun dels quals té un díode i un condensador. Aquest circuit és un duplicador d'electricitat.
La representació gràfica del dispositiu multiplicador de tensió en la versió clàssica es veu amb la posició diagonal dels díodes. La direcció d'encesa dels semiconductors determina quin potencial (negatiu o positiu) estarà present a la sortida del multiplicador en relació amb el seu punt comú.
En combinar circuits amb potencials negatius i positius, s'obté un circuit duplicador de voltatge bipolar a la sortida del dispositiu. Una característica d'aquesta construcció és que si es mesura el nivellelectricitat entre el pol i el punt comú i supera la tensió d'entrada en 4 vegades, llavors la magnitud de l'amplitud entre els pols augmentarà 8 vegades.
En el multiplicador, el punt comú (que està connectat al cable comú) serà aquell on la sortida de la font d'alimentació està connectada a la sortida d'un condensador agrupat amb altres condensadors connectats en sèrie. Al final d'ells, l'electricitat de sortida es pren en elements parells: amb un coeficient parell, en condensadors senars, respectivament, amb un coeficient senar.
Condensadors de bombeig al multiplicador
En altres paraules, en el dispositiu del multiplicador de tensió constant, hi ha un cert procés transitori d'establir el paràmetre de sortida corresponent al declarat. La manera més fàcil de veure-ho és duplicant l'electricitat. Quan, a través del semiconductor D1, el condensador C1 es carrega al seu valor total, llavors en la següent mitja ona, juntament amb la font d'electricitat, carrega simultàniament el segon condensador. C1 no té temps de cedir completament la seva càrrega a C2, de manera que la sortida no té inicialment una diferència de potencial doble.
A la tercera mitja ona, el primer condensador es recarrega i després aplica un potencial a C2. Però el voltatge del segon condensador ja té una direcció oposada al primer. Per tant, el condensador de sortida no està completament carregat. Amb cada nou cicle, l'electricitat de l'element C1 tendirà a l'entrada, la tensió C2 es duplicarà.
Comcalcula el multiplicador
A l'hora de calcular el dispositiu multiplicador, cal partir de les dades inicials, que són: el corrent requerit per a la càrrega (In), la tensió de sortida (Uout), el coeficient d'ondulació (Kp). El valor mínim de capacitat dels elements del condensador, expressat en uF, ve determinat per la fórmula: С(n)=2, 85nIn/(KpUout), on:
- n és el nombre de vegades que augmenta l'electricitat d'entrada;
- In - corrent que flueix a la càrrega (mA);
- Kp – factor de pulsació (%);
- Uout: tensió rebuda a la sortida del dispositiu (V).
Augmentant dues o tres vegades la capacitat obtinguda per càlculs, s'obté el valor de la capacitat del condensador a l'entrada del circuit C1. Aquest valor de l'element us permet obtenir immediatament el valor total de la tensió a la sortida i no esperar fins que hagi passat un cert nombre de períodes. Quan el treball de la càrrega no depèn de la velocitat d'augment de l'electricitat a la sortida nominal, la capacitat del condensador es pot prendre idèntica als valors calculats.
El millor per a la càrrega si el factor d'ondulació del multiplicador de tensió del díode no supera el 0,1%. També és satisfactòria la presència d'ondes de fins a un 3%. Tots els díodes del circuit es seleccionen del càlcul perquè puguin suportar lliurement una intensitat de corrent el doble del seu valor a la càrrega. La fórmula per calcular el dispositiu amb alta precisió és la següent: nUin - (In(n3 + 9n2/4 + n/2)/(12 f C))=Uout, on:
- f: freqüència de tensió a l'entrada del dispositiu (Hz);
- C: capacitat del condensador (F).
Beneficis idesavantatges
Parlant dels avantatges del multiplicador de tensió, podem observar el següent:
La capacitat d'aconseguir quantitats importants d'electricitat a la sortida: com més baules de la cadena, més gran serà el factor de multiplicació
- Simplicitat de disseny: tot està muntat en enllaços estàndard i elements de ràdio fiables que rarament fallen.
- Pes: l'absència d'elements voluminosos, com ara un transformador de potència, redueix la mida i el pes del circuit.
El major desavantatge de qualsevol circuit multiplicador és que és impossible obtenir-ne un gran corrent de sortida per alimentar la càrrega.
Conclusió
Elecció d'un multiplicador de tensió per a un dispositiu concret. és important saber que els circuits equilibrats tenen millors paràmetres en termes de ondulació que els desequilibrats. Per tant, per a dispositius sensibles és més convenient utilitzar multiplicadors més estables. Asimètric, fàcil de fer, conté menys elements.
