3.3. Схемы умножения напряжения

Схемы умножения напряжения (далее - умножители) выгодны тем, что представляют собой наиболее простой и дешевый способ получения высоких напряжений одной полярности (выпрямленных или пульсирующих), не используя для этой цели дорогостоящие высоковольтные трансформаторы на большее напряжение. Элементами цепи умножения напряжения являются однотипные конденсаторы и выпрямительные приборы (диоды). Рассмотрим ряд схем умножителей, используемых при проведении испытаний и в других областях.

1. Схема получения удвоенного пульсирующего напряжения на активной нагрузке.

Рис. 3.9. Схема получения удвоенного пульсирующего напряжения.

В первый полупериод, когда полярности напряжения на вторичной обмотке таковы, как указаны на рис. 3.9, происходит заряд конденсатора через диод до амплитудного значения U_m. Во второй полупериод полярность вторичной обмотки меняется и к нагрузке прикладывается сумма напряжений: заряженного конденсатора и вторичной обмотки. На нагрузке имеем однополярное пульсирующее напряжение, которое меняется от 0 до 2U_m. Схема работает в таком режиме лишь при весьма высоких значениях сопротивлениях нагрузки. Следует отметить, что диод во время второго полупериода, когда он закрыт, находится под двойным обратным напряжением, что следует учитывать при выборе типа диода.

2. Схема удвоения и стабилизации напряжения (схема Грейнахера).

Рис. 3.10. Схема Грейнахера.

Во время действия одного полупериода напряжения вторичной обмотки емкость С₁ заряжается через диод D₁ до напряжения U_m , а во время второго полупериода через диод D₂ заряжается конденсатор С₂. Полярности заряда на конденсаторах показаны на рисунке 3.10. Напряжение на выходе равно сумме напряжений на обоих конденсаторах - примерно 2U_m. Схема симметрична и ее средняя точка может быть заземлена. Напряжение на выходе близко к 2U_m при высоких сопротивлениях нагрузки. При уменьшении сопротивления и росте отбора мощности напряжение на выходе становится пульсирующим. Таким образом, стабилизация напряжения на нагрузке наступает при ее высоком сопротивления (режим «стабиливольт»).

3. Схема получения утроенного пульсирующего напряжения на нагрузке.

Используя те же два конденсатора и два диода можно получить в пульсирующем режиме утроенное напряжение (см. рис. 3.11).

Когда в нижней точке вторичной обмотки трансформатора напряжение имеет знак плюс, оба конденсатора заряжаются через диоды по цепям, указанным на рисунке, при этом напряжение на нагрузке достигает максимального напряжения вторичной обмотки трансформатора. Во второй полупериод, когда напряжение имеет знак плюс в верхней точке обмотки, последовательно включаются три источника: два заряженных до максимального напряжения конденсатора и сам трансформатор, при этом напряжение на нагрузке достигает значения 3U_m при больших сопротивлениях нагрузки.

Рис. 3.11. Схема утроения напряжения на нагрузке.

Напряжение на нагрузке пульсирующее, и в идеальном случае может быть описано уравнением:

(3.13)