10.4. Удвоитель напряжения

Схемы удвоения напряжения применяются в тех случаях, ког­да требуется получить более высокое напряжение, чем при ис­пользовании трансформатора или сети переменного тока. Удвое­ние напряжения — удобное средство для исключения трансфор­матора из схемы источника питания при сохранении при этом возможности получения существенно более высокого напряже­ния, чем может обеспечить сеть. Таким образом, схемой удвое­ния напряжения можно воспользоваться для повышения напря­жения сети в два раза или для увеличения напряжения, сни­маемого с трансформатора. На рис. 10.3 показана схема удвое­ния напряжения с трансформатором. Здесь назначение транс­форматора состоит в изоляции схемы от сети в целях безопасно­сти. Как показано на рисунке, напряжение сети подается на первичную обмотку L_b в цепи которой имеется выключатель. Параллельно сети и обмотке подключен конденсатор Ci емко­стью 0,02 мкФ, который шунтирует помехи, не пропуская их в схему удвоения. Поэтому такой конденсатор иногда называют фильтрующим.

Рис. 10.3. Схема удвоения напряжения.

Вторичная обмотка трансформатора соединена с двумя полу­проводниковыми диодами Д1 и Д₂. Конденсаторы С₂ и С₃ слу­жат для накопления зарядов и передачи их на выход выпрями­теля.

Работу схемы легче понять, если предположить, что на об­мотке LI имеется сигнал определенной полярности, и просле­дить, как при этом протекают электроны в схеме. Если, напри­мер, на L₂ действует положительная полуволна напряжения, направленного от верхнего вывода к нижнему, то электроны пе­ремешаются от нижнего вывода через цепь выпрямителя к верхнему выводу обмотки. При этом электроны проходят через конденсатор С₂ и заряжают его до напряжения, близкого к максимальному напряжению, действующему на L₂. От верхней об­кладки С₂ электроны протекают через диод Д1 к верхнему вы­воду L₂. Таким образом, в течение положительного полупериода переменного напряжения ток будет протекать только через ди­од Д_ь а диод Д₂ в этом полупериоде будет закрыт. Во время действия следующей полуволны питающего напряжения потен­циал верхнего вывода обмотки L₂ отрицателен относительно нижнего вывода. Теперь поток электронов будет проходить че­рез диод Д₂ и конденсатор С₃, заряжая его также почти до мак­симального напряжения, действующего на вторичной обмотке трансформатора. Далее электроны будут протекать от верхней обкладки конденсатора С₃ к нижнему выводу обмотки L₂. Та­ким образом, в течение каждого полупериода переменного на­пряжения конденсаторы С₂ и С₃ будут поочередно заряжаться.

Заметим, что выходное напряжение снимается с выхода сгла­живающего дросселя ls. Конденсаторы С₂ и С₃ являются эле­ментами фильтра, который служит для сглаживания пульса­ций. Так как отрицательный выходной зажим заземлен, выход­ное напряжение снимается фактически с последовательно вклю­ченных конденсаторов С₂ и С₃. Следовательно, выходное напря­жение равно сумме напряжений на конденсаторах С₂ и С₃. Та­ким образом, схема действует как удвоитель напряжения, пода­ваемого на ее вход. Однако величина выходного напряжения зависит от регулирующих свойств схемы. При большем токе нагрузки потребляется больший ток от конденсаторов С₂ и С₃. Если этот ток достаточно велик, то выпрямители не успевают подзаряжать конденсаторы для поддержания на них амплитуд­ного значения напряжения и выходное напряжение падает. При отсутствии нагрузки выходное напряжение получается макси­мальным.

Регулировочные свойства схемы (т. е. способность сохранять выходное напряжение близким к постоянной величине при изме­нении сопротивления нагрузки) улучшаются при увеличении ем­кости конденсаторов. В этом случае они могут запасать боль­ший заряд и, следовательно, позволяют отбирать от выпрями­теля ток большей величины без существенного уменьшения вы­ходного напряжения.