Násobiče napětí

Multiplikátory napětí jsou obvody, kde získáváme velmi vysoké stejnosměrné napětí ze zdroje nízkého střídavého napětí, obvod multiplikátoru napětí generuje napětí v násobku špičkového vstupního napětí střídavého proudu, jako když je špičkové napětí střídavého napětí 5 voltů, dostaneme 15 volt DC na výstupu, v případě obvodu napěťového tripleru. Multimetr čte pouze RMS (root střední napětí) hodnotu střídavého napětí, musíme znásobit RMS hodnotu na 1,414 (root 2), abychom dostali Peak hodnotu.

Obecně jsou zde transformátory, které zvyšují napětí, ale někdy nejsou transformátory proveditelné kvůli jejich velikosti a ceně. Obvody multiplikátoru napětí lze sestavit pomocí několika diod a kondenzátorů, proto jsou levné a velmi účinné ve srovnání s transformátory. Obvody multiplikátoru napětí jsou velmi podobné obvodům usměrňovače, které se používají k převodu střídavého proudu na stejnosměrný proud, ale obvody násobiče napětí nejen převádějí střídavé napětí na stejnosměrné, ale mohou také generovat velmi vysoké stejnosměrné napětí.

Tyto obvody jsou velmi užitečné tam, kde je třeba generovat vysoké stejnosměrné napětí s nízkým střídavým napětím a je vyžadován nízký proud, například v mikrovlnných troubách, monitorech CRT (katodové trubice) v televizi a počítačích. Monitor CRT vyžaduje vysoké stejnosměrné napětí s nízkým proudem.

Zdvojovač napětí plné vlny

Jak název napovídá, vstupní napětí se v tomto obvodu zdvojnásobí. Operace je Zdvojovač plného vlnového napětí je velmi jednoduchý:

Během kladného polovičního cyklu sinusové vlny AC se dioda D1 dostane dopředu předpjatá a D2 dostane dopředu předpjatá, takže kondenzátor C1 se nabíjí přes D1 na špičkovou hodnotu sinusové vlny (Vpeak). A během záporného polovičního cyklu sinusové vlny je D2 předpjatý dopředu a D1 reverzně předpjatý, takže kondenzátor C2 dostane náboj přes D2 na Vpeak.

Nyní jsou oba kondenzátory nabité na Vpeak, takže dostaneme 2 Vpeak (Vpeak + Vpeak), přes C1 a C2, bez připojené zátěže. Pojmenoval to podle usměrňovače plné vlny.

Obvod zdvojnásobení napětí poloviny vlny

Dříve jsme také vytvořili obvod Napětí Doubler s časovačem 555 v Astabilním režimu a zdrojem stejnosměrného proudu. Tentokrát používáme transformátor 220v AC a transformátor 9-0-9 ke snížení napětí 220v AC, abychom mohli demonstrovat multiplikátor napětí na prkénku.

Během první kladné poloviny cyklu sinusové vlny (AC) se dioda D1 dostane dopředu předpjatá a kondenzátor C1 se nabije přes D1. Kondenzátor C1 se nabije až na špičkové napětí AC, tj. Vpeak.

Během záporné poloviny cyklu sinusové vlny vede dioda D2 a předpětí D1 je předpjato. D1 blokuje vybití kondenzátoru C1. Nyní se kondenzátor C2 nabíjí kombinovaným napětím kondenzátoru C1 (Vpeak) a záporným vrcholem střídavého napětí, které je také Vpeak. Kondenzátor C2 se tedy nabíjí až na 2V špičkový volt. Proto je napětí na kondenzátoru C2 dvojnásobkem Vpeak AC.

V příštím kladném cyklu se kondenzátor C2 vybije do zátěže, pokud je zátěž připojena, a v dalším cyklu se dobije. Vidíme tedy, že se nabije v jednom cyklu a vybije se v dalším cyklu, takže zvlněná frekvence se rovná frekvenci vstupního signálu, tj. 50 Hz (střídavý proud).

Obvod trojitého napětí

Chcete-li vytvořit napěťový triplerový obvod, stačí přidat 1 další diodu a kondenzátor do výše uvedeného obvodu zdvojnásobení napěťového zdvojnásobení poloviny vlny podle níže uvedeného schématu zapojení.

Jak jsme viděli v obvodu zdvojovače napětí, že v první kladné polovině cyklu se kondenzátor C1 nabije na Vpeak a kondenzátor C2 nabitý na 2Vpeak v záporném půl cyklu.

Nyní během druhého kladného polovičního cyklu dioda D1 a D3 vede a D2 je zpětně předpjatý. Tímto způsobem kondenzátor C2 nabíjí kondenzátor C3 až na stejné napětí jako sám, což je 2 Vpeak.

Nyní jsou kondenzátory C1 a C3 v sérii a napětí napříč C1 je Vpeak a napětí napříč C3 je 2 Vpeak, takže napětí v sériovém zapojení C1 a C3 je Vpeak + 2Vpeak = 3 Vpeak a dostaneme trojnásobné napětí vstupu Vpeak volt.

Napěťový čtyřnásobný obvod

Protože jsme vytvořili napěťový triplerový obvod přidáním jedné diody a kondenzátoru do obvodu polovičního napěťového zdvojovače, opět stačí přidat ještě jednu diodu a kondenzátor do napěťového trojitého obvodu, abychom vytvořili čtyřnásobný napěťový obvod (4násobek vstupního napětí).

V obvodu napěťového tripleru jsme viděli, že kondenzátor C1 nabitý na Vpeak v první kladné polovině cyklu, C2 nabitý na 2Vpeak v záporné polovině cyklu a C3 také nabitý na 2Vpeak ve druhé kladné polovině cyklu.

Nyní během druhého záporného polovičního cyklu dioda D2 a D4 vede a kondenzátor C4 je nabíjen na 2Vpeak kondenzátorem C3, který je také na 2 Vpeak. A dostaneme čtyřikrát Vpeak (4Vpeak) přes kondenzátor C2 a C4, protože oba kondenzátory mají 2 Vpeak.

V obvodech napěťového multiplikátoru prakticky napětí není přesně násobkem špičkového napětí, výsledné napětí je menší než násobky kvůli určitému poklesu napětí přes diody, takže výsledné napětí by bylo:

Vout = Multiplikátor * Vpeak - napětí klesá na diody

Nevýhodou tohoto typu multiplikačních obvodů je vysoká frekvence zvlnění a je velmi obtížné vyhladit výstup, i když použití velké hodnoty kondenzátorů může pomoci omezit vlnění. Výhodou obvodu je, že můžeme generovat velmi vysoké napětí ze zdroje nízkého napětí.

Můžeme generovat mnohem vyšší napětí a můžeme získat 5krát, 6krát, 7krát a více napětí špičkového střídavého napětí přidáním dalších diod a kondenzátorů. Můžeme také generovat vysoké záporné napětí pouhou obrácenou polaritou diod a kondenzátorů v tomto obvodu. Teoreticky můžeme napětí nekonečně znásobit, ale prakticky to není možné kvůli kapacitě kondenzátorů, nízkému proudu, vysokému zvlnění a mnoha dalším faktorům.

Video:

Poznámky:

• Napětí se nebude znásobovat okamžitě, ale bude se zvyšovat pomalu a po nějaké době se nastaví na Třikrát vstupního napětí.
• Jmenovité napětí kondenzátorů by mělo být alespoň dvojnásobek vstupního napětí.
• Výstupní napětí není přesně vstupním napětím Multiple of Peak, bude menší než vstupní napětí.