Умножители напряжения.
Умножителями напряжения (УН) называют выпрямители, обеспечивающие на выходе постоянное напряжение, в кратное число раз превышающее входное переменное напряжение.
Умножители напряжения применяются для питания высокоомных (слаботочных) потребителей (анодов электронных лучевых трубок, ионизаторов воздуха и т.д.).
Преимущество УН по сравнению с трансформатором – малые габариты, масса и стоимость.
Недостаток – большое внутреннее сопротивление, из-за чего его внешняя нагрузочная характеристика является круто ниспадающей, т.е. выходное напряжение резко уменьшается с ростом тока нагрузки.
Используются две основные схемы УН:
параллельная и последовательная.
Двухполупериодный (параллельный) удвоитель напряжения.
Двухполупериодный удвоитель напряжения свободен от некоторых недостатков однополупериодного удвоителя напряжения. На рисунке изображена схема цепи, которая работает как двухполупериодный удвоитель напряжения.
В течение положительного полупериода входного сигнала конденсатор Cj заряжается через диод Dj до максимального значения входного сигнала переменного тока.
В течение отрицательного полупериода конденсатор С2 заряжается через диод D2 до максимального значения входного сигнала.
Когда входной сигнал переменного тока меняет знак, конденсаторы C1 и С2 последовательно разряжаются через нагрузку. Поскольку каждый конденсатор заряжен до максимального значения входного сигнала, полное напряжение на нагрузке будет в два раза больше максимального значения входного сигнала.
Конденсаторы C1 и С2 заряжаются до достижения максимумов входного сигнала. Так как оба конденсатора заряжаются в течение обоих полупериодов, то частота пульсаций полученного напряжения будет 100 герц. Конденсаторы C1 и С2 суммируют свое напряжение на нагрузке.
Утроитель напряжения.
На рисунке показано, как положительный полупериод открывает диод D1, и он начинает проводить. В результате конденсатор заряжается до максимального значения входного сигнала и создает положительный потенциал на диоде D2.
Действие отрицательного полупериода входного сигнала.
Так как диод D2 теперь смещен в прямом направлении, через него течет ток к конденсатору C1 через конденсатор С2. Поскольку на конденсаторе C1 сохранилось напряжение, конденсатор С2 заряжается до удвоенного максимального значения.
На рисунке показан следующий положительный полупериод.
В течение этого полупериода на конденсаторе С2 создается разность потенциалов, которая в три раза больше максимального входного значения. Верхняя обкладка конденсатора С2 заряжена положительно до удвоенного максимального значения напряжения. Анод диода D2 имеет положительный потенциал, равный утроенному значению максимального значения напряжения по отношению к земле, следовательно, конденсатор С3 заряжен до утроенного значения максимального значения напряжения. Это напряжение и прикладывается к нагрузке.
Последовательная (однополупериодная) схема удвоения.
В отрицательный полупериод С1 заряжается через диод VD1 до Uc1=√2UII.
В положительный полупериод напряжение, накопленное на конденсаторе С1 складывается с напряжение положительного полупериода и через VD2 заряжает С2 до значения Uc2=2√2UII (при Rн →∞). Следовательно, при выборе диодов следует учитывать, что они должны выдерживать удвоенное напряжение.
Из схемы последовательного удвоения можно построить схемы учетверения, увосьмерения и т.д.
Uн
≈ 4√2 UII;
(при Rн
→∞).
С помощью умножителя можно получить напряжение порядка нескольких десятков кВ при токах нагрузки в несколько мА.