Risinot ķēdes problēmas, ir reizes, kad ir jāatsakās no transformatoru izmantošanas, lai palielinātu izejas spriegumu. Iemesls tam visbiežāk izrādās neiespējamība ierīcēs iekļaut pakāpju pārveidotājus to svara un izmēra indikatoru dēļ. Šādā situācijā risinājums ir izmantot reizinātāja ķēdi.
Sprieguma reizinātāja definīcija
Ierīce, kas nozīmē elektroenerģijas reizinātāju, ir ķēde, kas ļauj pārveidot maiņstrāvas vai pulsējošo spriegumu līdzstrāvā, bet ar lielāku vērtību. Parametra vērtības pieaugums ierīces izejā ir tieši proporcionāls ķēdes posmu skaitam. Viselementārāko sprieguma reizinātāju izgudroja zinātnieki Kokkrofts un Voltons.
Mūsdienu elektronikas industrijas izstrādātajiem kondensatoriem ir raksturīgi mazi izmēri un salīdzinoši liela kapacitāte. Tas ļāva atjaunot daudzas shēmas un ieviest produktu dažādās ierīcēs. Sprieguma reizinātājs tika samontēts uz diodēm un kondensatoriem, kas savienoti savā secībā.
Papildus elektroenerģijas palielināšanas funkcijai reizinātāji to vienlaikus pārveido no maiņstrāvas uz līdzstrāvu. Tas ir ērti, jo ierīces kopējā shēma ir vienkāršota un kļūst uzticamāka un kompaktāka. Ar ierīces palīdzību var panākt palielinājumu līdz pat vairākiem tūkstošiem voltu.
Kur ierīce tiek lietota
Reizinātāji ir atraduši savu pielietojumu dažāda veida ierīcēs, tās ir: lāzera sūknēšanas sistēmas, rentgena viļņu starojuma ierīces to augstsprieguma blokos, šķidro kristālu displeju fona apgaismošanai, jonu tipa sūkņi, ceļojošo viļņu lampas, gaisa jonizatori, elektrostatiskās sistēmas, daļiņu paātrinātāji, kopēšanas iekārtas, televizori un osciloskopi ar kineskopiem, kā arī vietās, kur nepieciešama liela, zema strāva līdzstrāva.
Sprieguma reizinātāja princips
Lai saprastu, kā darbojas ķēde, labāk aplūkot tā sauktās universālās ierīces darbību. Šeit pakāpju skaits nav precīzi norādīts, un izejas elektroenerģiju nosaka pēc formulas: nUin=Uout, kur:
- n ir esošo ķēdes posmu skaits;
- Uin ir spriegums, kas tiek pievadīts ierīces ieejai.
Sākotnējā brīdī, kad ķēdē nonāk pirmais, teiksim, pozitīvais pusvilnis, ieejas posma diode to nodod savam kondensatoram. Pēdējais tiek uzlādēts atbilstoši ienākošās elektroenerģijas amplitūdai. Ar otru negatīvupusviļņu, pirmā diode ir aizvērta, un otrā posma pusvadītājs ļauj tai iet uz savu kondensatoru, kas arī ir uzlādēts. Turklāt pirmā kondensatora spriegums, kas savienots virknē ar otro, tiek pievienots pēdējam, un kaskādes izeja jau ir dubultota elektrība.
Tas pats notiek katrā nākamajā posmā - tas ir sprieguma reizinātāja princips. Un, ja paskatās uz progresu līdz beigām, izrādās, ka izvadītā elektrība noteiktu skaitu reižu pārsniedz ievadīto. Bet kā jau transformatorā, arī šeit strāvas stiprums samazināsies, palielinoties potenciālajai starpībai - darbojas arī enerģijas nezūdamības likums.
Shēma reizinātāja izveidošanai
Visa ķēdes ķēde ir salikta no vairākiem posmiem. Viena sprieguma reizinātāja saite uz kondensatora ir pusviļņa tipa taisngriezis. Lai iegūtu ierīci, ir jābūt divām sērijveidā savienotām saitēm, no kurām katrai ir diode un kondensators. Šāda ķēde dubulto elektrību.
Sprieguma reizinātāja ierīces grafiskais attēlojums klasiskajā versijā izskatās ar diožu novietojumu pa diagonāli. Pusvadītāju ieslēgšanas virziens nosaka, kurš potenciāls - negatīvs vai pozitīvs - būs reizinātāja izejā attiecībā pret tā kopējo punktu.
Apvienojot ķēdes ar negatīvu un pozitīvu potenciālu, ierīces izejā tiek iegūta bipolāra sprieguma dubultotāja ķēde. Šīs konstrukcijas iezīme ir tāda, ka, mērot līmenielektrība starp stabu un kopējo punktu un tas 4 reizes pārsniedz ieejas spriegumu, tad amplitūdas lielums starp poliem palielināsies 8 reizes.
Reizinātājā kopējais punkts (kas ir savienots ar kopējo vadu) būs tas, kurā barošanas avota izeja ir savienota ar kondensatora izeju, kas sagrupēta ar citiem sērijveidā savienotiem kondensatoriem. To beigās izvadītā elektroenerģija tiek ņemta uz pāra elementiem - pie pāra koeficienta, uz nepāra kondensatoriem, attiecīgi, ar nepāra koeficientu.
Kondensatoru sūknēšana reizinātājā
Citiem vārdiem sakot, pastāvīgā sprieguma reizinātāja ierīcē notiek zināms pārejošs process, kurā tiek iestatīts deklarētajam atbilstošs izejas parametrs. Vienkāršākais veids, kā to redzēt, ir dubultot elektrību. Kad caur pusvadītāju D1 kondensators C1 tiek uzlādēts līdz pilnai vērtībai, tad nākamajā pusviļņā tas kopā ar elektroenerģijas avotu vienlaikus uzlādē otro kondensatoru. C1 nav laika pilnībā atdot savu lādiņu C2, tāpēc izvadei sākotnēji nav dubultas potenciālu starpības.
Trešajā pusviļņā pirmais kondensators tiek uzlādēts un pēc tam tiek pielietots potenciāls C2. Bet otrā kondensatora spriegumam jau ir pretējs virziens pirmajam. Tāpēc izejas kondensators nav pilnībā uzlādēts. Ar katru jaunu ciklu C1 elementa elektrība virzīsies uz ieeju, C2 spriegums dubultosies.
Kāaprēķināt reizinātāju
Aprēķinot reizināšanas ierīci, jāsāk no sākuma datiem, kas ir: slodzei nepieciešamā strāva (In), izejas spriegums (Uout), pulsācijas koeficients (Kp). Kondensatora elementu minimālo kapacitātes vērtību, kas izteikta uF, nosaka pēc formulas: С(n)=2, 85nIn/(KpUout), kur:
- n ir elektroenerģijas ievades palielināšanas reižu skaits;
- In - strāva, kas plūst slodzē (mA);
- Kp – pulsācijas koeficients (%);
- Uout - ierīces izejā saņemtais spriegums (V).
Palielinot ar aprēķiniem iegūto kapacitāti divas vai trīs reizes, iegūst kondensatora kapacitātes vērtību pie ķēdes C1 ieejas. Šī elementa vērtība ļauj nekavējoties iegūt pilnu sprieguma vērtību izejā, nevis gaidīt, līdz ir pagājis noteikts periodu skaits. Ja slodzes darbs nav atkarīgs no elektroenerģijas pieauguma ātruma līdz nominālajai jaudai, kondensatora kapacitāti var uzskatīt par identisku aprēķinātajām vērtībām.
Vislabāk slodzei, ja diodes sprieguma reizinātāja pulsācijas koeficients nepārsniedz 0,1%. Apmierinoša ir arī viļņošanās klātbūtne līdz 3%. Visas ķēdes diodes ir atlasītas no aprēķina tā, lai tās varētu brīvi izturēt strāvas stiprumu, kas ir divreiz lielāks par vērtību slodzē. Ierīces aprēķina formula ar augstu precizitāti izskatās šādi: nUin - (In(n3 + 9n2/4 + n/2)/(12 f C))=Uout, kur:
- f – sprieguma frekvence ierīces ieejā (Hz);
- C - kondensatora kapacitāte (F).
Ieguvumi untrūkumi
Runājot par sprieguma reizinātāja priekšrocībām, mēs varam atzīmēt sekojošo:
Iespēja iegūt ievērojamu daudzumu elektrības pie izejas - jo vairāk ķēdes posmu, jo lielāks būs reizināšanas koeficients
- Dizaina vienkāršība - viss ir samontēts uz standarta saitēm un uzticamiem radioelementiem, kas reti neizdodas.
- Svars - apjomīgu elementu, piemēram, strāvas transformatora, neesamība samazina ķēdes izmēru un svaru.
Ikvienas reizinātāja ķēdes lielākais trūkums ir tas, ka no tās nav iespējams iegūt lielu izejas strāvu, lai darbinātu slodzi.
Secinājums
Sprieguma reizinātāja izvēle konkrētai ierīcei. ir svarīgi zināt, ka līdzsvarotām shēmām ir labāki parametri pulsācijas ziņā nekā nelīdzsvarotām. Tāpēc jutīgām ierīcēm lietderīgāk ir izmantot stabilākus reizinātājus. Asimetrisks, viegli izgatavojams, satur mazāk elementu.
