هنگام حل مشکلات مدار، مواقعی وجود دارد که لازم است از ترانسفورماتورها برای افزایش ولتاژ خروجی دوری کنید. دلیل این امر اغلب عدم امکان گنجاندن مبدل های افزایش دهنده در دستگاه ها به دلیل وزن و اندازه آنها است. در چنین شرایطی راه حل استفاده از مدار ضرب کننده است.
تعریف ضریب ولتاژ
دستگاه، که به معنی ضریب الکتریسیته است، مداری است که به شما امکان می دهد ولتاژ متناوب یا ضربان دار را به DC تبدیل کنید، اما مقدار بیشتری دارد. افزایش مقدار پارامتر در خروجی دستگاه با تعداد مراحل مدار رابطه مستقیم دارد. ابتدایی ترین ضریب ولتاژ موجود توسط دانشمندان کاکرافت و والتون اختراع شد.
خازن های مدرن توسعه یافته توسط صنعت الکترونیک با اندازه کوچک و ظرفیت نسبتاً بزرگ مشخص می شوند. این امر امکان بازسازی بسیاری از مدارها و معرفی محصول به دستگاه های مختلف را فراهم کرد. یک ضرب‌کننده ولتاژ روی دیودها و خازن‌های متصل به ترتیب خود مونتاژ شد.
علاوه بر عملکرد افزایش الکتریسیته، ضرب‌کننده‌ها به طور همزمان آن را از AC به DC تبدیل می‌کنند. این از این جهت راحت است که مدار کلی دستگاه ساده شده و قابل اعتمادتر و فشرده تر می شود. با کمک دستگاه می توان تا چند هزار ولت افزایش داد.
محل استفاده از دستگاه
ضرب‌کننده‌ها کاربرد خود را در انواع مختلف دستگاه‌ها پیدا کرده‌اند، این موارد عبارتند از: سیستم‌های پمپاژ لیزری، دستگاه‌های تابش امواج اشعه ایکس در واحدهای ولتاژ بالا، برای نور پس‌زمینه نمایشگرهای کریستال مایع، پمپ‌های نوع یونی، لامپ‌های موج سفر، یونیزرهای هوا، سیستم‌های الکترواستاتیک، شتاب‌دهنده‌های ذرات، دستگاه‌های کپی، تلویزیون‌ها و اسیلوسکوپ‌های با کینسکوپ، و همچنین در جاهایی که به جریان الکتریکی DC زیاد و کم نیاز است.
اصل ضریب ولتاژ
برای درک نحوه عملکرد مدار، بهتر است به عملکرد دستگاه به اصطلاح جهانی نگاه کنید. در اینجا تعداد مراحل دقیقاً مشخص نشده است و برق خروجی با فرمول تعیین می شود: nUin=Uout، جایی که:
- n تعداد مراحل مدار موجود است؛
- Uin ولتاژ اعمال شده به ورودی دستگاه است.
در لحظه اولیه زمانی، زمانی که اولین مثلاً نیم موج مثبت به مدار می آید، دیود مرحله ورودی آن را به خازن خود منتقل می کند. دومی به دامنه برق ورودی شارژ می شود. با منفی دومنیمه موج، دیود اول بسته است و نیمه هادی مرحله دوم آن را به خازن خود می دهد که شارژ نیز دارد. بعلاوه، ولتاژ خازن اول که به صورت سری به خازن دوم متصل است، به خازن آخر اضافه می شود و خروجی آبشار از قبل دوبرابر برق است.
همین چیز در هر مرحله بعدی اتفاق می افتد - این اصل یک ضرب کننده ولتاژ است. و اگر به پیشرفت تا انتها نگاه کنید، معلوم می شود که الکتریسیته خروجی به تعداد معینی از ورودی بیشتر می شود. اما مانند یک ترانسفورماتور، قدرت جریان در اینجا با افزایش اختلاف پتانسیل کاهش می یابد - قانون بقای انرژی نیز کار می کند.
طرح ساخت ضریب
کل زنجیره مدار از چندین لینک مونتاژ شده است. یکی از پیوندهای ضریب ولتاژ روی خازن، یکسو کننده از نوع نیمه موج است. برای به دست آوردن دستگاه نیاز به دو پیوند سری متصل است که هر کدام دارای یک دیود و یک خازن هستند. چنین مداری دو برابر کننده الکتریسیته است.
نمایش گرافیکی دستگاه ضرب کننده ولتاژ در نسخه کلاسیک با موقعیت مورب دیودها به نظر می رسد. جهت روشن شدن نیمه هادی ها تعیین می کند که کدام پتانسیل - منفی یا مثبت - در خروجی ضریب نسبت به نقطه مشترک آن وجود خواهد داشت.
با ترکیب مدارها با پتانسیل منفی و مثبت، مدار دوقطبی دو برابر کننده ولتاژ در خروجی دستگاه به دست می آید. یکی از ویژگی های این ساخت و ساز این است که اگر سطح را اندازه گیری کنیدالکتریسیته بین قطب و نقطه مشترک و 4 برابر بیشتر از ولتاژ ورودی است، سپس مقدار دامنه بین قطب ها 8 برابر افزایش می یابد.
در ضریب، نقطه مشترک (که به سیم مشترک متصل است) نقطه ای خواهد بود که خروجی منبع تغذیه به خروجی یک خازن گروه بندی شده با خازن های دیگر متصل به سری متصل می شود. در انتهای آنها، الکتریسیته خروجی بر روی عناصر زوج گرفته می شود - به ترتیب با ضریب زوج، در خازن های فرد، با ضریب فرد.
خازن پمپاژ در ضریب
به عبارت دیگر، در دستگاه ضریب ولتاژ ثابت، یک فرآیند گذرا مشخص برای تنظیم پارامتر خروجی مطابق با پارامتر اعلام شده وجود دارد. ساده ترین راه برای دیدن این دو برابر کردن برق است. هنگامی که از طریق نیمه هادی D1، خازن C1 به مقدار کامل خود شارژ می شود، سپس در نیم موج بعدی، همراه با منبع الکتریسیته، خازن دوم را به طور همزمان شارژ می کند. C1 وقت ندارد شارژ خود را به طور کامل به C2 واگذار کند، بنابراین خروجی در ابتدا اختلاف پتانسیل دو برابری ندارد.
در نیمه موج سوم، اولین خازن شارژ می شود و سپس یک پتانسیل به C2 اعمال می کند. اما ولتاژ خازن دوم در حال حاضر جهت مخالف با اولی دارد. بنابراین، خازن خروجی به طور کامل شارژ نمی شود. با هر چرخه جدید، الکتریسیته موجود در عنصر C1 به ورودی تمایل پیدا می کند، ولتاژ C2 دو برابر می شود.
چگونهمحاسبه ضریب
هنگام محاسبه دستگاه ضرب، باید از داده های اولیه شروع کرد که عبارتند از: جریان مورد نیاز برای بار (In)، ولتاژ خروجی (Uout)، ضریب ریپل (Kp). حداقل مقدار خازن عناصر خازن، که بر حسب uF بیان می شود، با فرمول: С(n)=2، 85nIn/(KpUout)، که در آن: تعیین می شود.
- n تعداد دفعاتی است که برق ورودی افزایش می یابد؛
- In - جریان در بار (mA)؛
- Kp - ضریب ضربان (%)؛
- Uout - ولتاژ دریافتی در خروجی دستگاه (V).
با افزایش دو یا سه برابر ظرفیت خازن به دست آمده از محاسبات، مقدار ظرفیت خازن در ورودی مدار C1 به دست می آید. این مقدار عنصر به شما امکان می دهد بلافاصله مقدار کامل ولتاژ را در خروجی دریافت کنید و منتظر نمانید تا تعداد معینی از دوره ها سپری شود. هنگامی که کار بار به سرعت افزایش الکتریسیته به خروجی اسمی بستگی ندارد، ظرفیت خازن را می توان با مقادیر محاسبه شده یکسان در نظر گرفت.
اگر ضریب ریپل ضریب ولتاژ دیود از 0.1% تجاوز نکند برای بار بهتر است. وجود امواج تا 3 درصد نیز رضایت بخش است. تمام دیودهای مدار از محاسبات انتخاب می شوند تا بتوانند آزادانه قدرت جریان دو برابر مقدار آن را در بار تحمل کنند. فرمول محاسبه دستگاه با دقت بالا به این صورت است: nUin - (In(n3 + 9n2/4 + n/2)/(12 f C))=Uout، جایی که:
- f - فرکانس ولتاژ در ورودی دستگاه (Hz)؛
- C - ظرفیت خازن (F).
مزایا ومعایب
در مورد مزایای ضریب ولتاژ، می توانیم به موارد زیر توجه کنیم:
توانایی دریافت مقادیر قابل توجهی الکتریسیته در خروجی - هرچه تعداد حلقه های زنجیره بیشتر باشد، ضریب ضرب بیشتر خواهد بود
- سادگی طراحی - همه چیز بر روی پیوندهای استاندارد و عناصر رادیویی قابل اعتماد که به ندرت از کار می افتند مونتاژ شده است.
- وزن - عدم وجود عناصر حجیم مانند ترانسفورماتور قدرت، اندازه و وزن مدار را کاهش می دهد.
بزرگترین عیب هر مدار ضریب این است که دریافت جریان خروجی زیاد از آن برای تامین بار غیرممکن است.
نتیجه گیری
انتخاب یک ضرب کننده ولتاژ برای یک دستگاه خاص. دانستن این نکته مهم است که مدارهای متعادل دارای پارامترهای بهتری از نظر ریپل نسبت به مدارهای نامتعادل هستند. بنابراین، برای دستگاه‌های حساس، استفاده از ضرب‌کننده‌های پایدارتر مناسب‌تر است. نامتقارن، ساخت آسان، حاوی عناصر کمتری است.
