Množilniki napetosti

Napetostni multiplikatorji so vezja, kjer dobimo zelo visoko enosmerno napetost iz oskrbe z nizko izmenično napetostjo, vezje multiplikatorja napetosti generira napetost v večkratniku največje vhodne napetosti izmeničnega toka, kot če je največja napetost izmenične napetosti 5 voltov, bomo dobili volt enosmerni tok na izhodu, v primeru napetostnega triplerja. Multimeter bere samo vrednost RMS (korenska srednja napetost) izmenične napetosti, vrednost RMS moramo pomnožiti na 1,414 (koren 2), da dobimo vršno vrednost.

Na splošno so transformatorji namenjeni povečanju napetosti, včasih pa transformatorji zaradi svoje velikosti in stroškov niso izvedljivi. Vezja za množenje napetosti je mogoče zgraditi z nekaj diodami in kondenzatorji, zato so poceni in zelo učinkovita v primerjavi s transformatorji. Vezja napetostnega pomnoževalnika so precej podobna usmerniškim vezjem, ki se uporabljajo za pretvorbo izmeničnega toka v enosmerni tok, toda vezja ojačevalnika napetosti ne samo pretvarjajo izmenični tok v enosmerni tok, temveč lahko generirajo tudi VELIKO enosmerno napetost.

Ta vezja so zelo uporabna tam, kjer je treba ustvariti visoko enosmerno napetost z nizko izmenično napetostjo in je potreben nizek tok, na primer v mikrovalovnih pečicah, monitorjih s CRT (katodnimi cevmi) v televizorju in računalnikih. Monitor CRT zahteva visoko enosmerno napetost z nizkim tokom.

Polnovalni napetostni dvojnik

Kot že ime pove, se vhodna napetost skozi to vezje podvoji. Delovanje je polnopolni podvojitelj napetosti je zelo preprosto:

Med pozitivnim polovičnim ciklom sinusoidnega vala izmeničnega toka se dioda D1 usmeri naprej, D2 pa obrne, zato se kondenzator C1 napolni skozi D1 do najvišje vrednosti sinusnega vala (Vpeak). In med negativnim polovičnim ciklusom sinusnega vala je D2 pristranski in D1 spoštovan, zato kondenzator C2 napolni D2 do Vpeak.

Zdaj sta oba kondenzatorja napolnjena na Vpeak, tako da dobimo 2 Vpeak (Vpeak + Vpeak), preko C1 in C2, brez priključene obremenitve. Ime je dobil po polnovalnem usmerniku.

Napetostni dvojni tokokrog s polovičnim valom

Prej smo ustvarili tudi vezje Voltage Doubler s 555 časovnikom v nastavljivem načinu in enosmernim virom. Tokrat uporabljamo 220v AC in transformator 9-0-9, da odstopimo 220v AC, tako da lahko na plošči predstavimo multiplikator napetosti.

Med prvim pozitivnim polovičnim ciklom sinusoidnega vala (AC) se dioda D1 nagne naprej in kondenzator C1 napolni skozi D1. Kondenzator C1 se napolni do največje napetosti izmeničnega toka, tj. Vpeak.

Med negativnim polovičnim ciklom sinusnega vala dioda D2 prevaja in D1 vzvratno pristransko. D1 blokira praznjenje kondenzatorja C1. Zdaj se kondenzator C2 polni s kombinirano napetostjo kondenzatorja C1 (Vpeak) in negativnim vrhom izmenične napetosti, ki je prav tako Vpeak. Tako se kondenzator C2 napolni do 2Vpeak volt. Zato je napetost na kondenzatorju C2 dvakrat večja od Vpeak AC.

V naslednjem pozitivnem ciklu se kondenzator C2 izprazni v obremenitev, če je obremenitev priključena, in se v naslednjem ciklu napolni. Tako lahko vidimo, da se v enem ciklu napolni in v naslednjem ciklu izprazni, zato je frekvenca valovanja enaka frekvenci vhodnega signala, tj. 50 Hz (AC omrežje).

Napetostni trojni vezje

Če želite zgraditi napetostno vezje Tripler, moramo zgoraj dodati še 1 diodo in kondenzator v zgornje vezje polprevodniškega napetostnega dvojnika v skladu s spodnjim vezjem.

Kot smo videli v vezju z dvojnim napetostjo, se v prvem pozitivnem polkurnem kondenzatorju C1 napolni v Vpeak in in kondenzator C2, napolnjenem na 2Vpeak v negativnem polovičnem ciklu.

Zdaj med drugim pozitivnim polovičnim ciklom diode D1 in D3 prevajata in D2 dobiva obratno pristranskost. Na ta način kondenzator C2 napolni kondenzator C3 do enake napetosti kot sam, kar je 2 Vpeak.

Zdaj sta kondenzatorja C1 in C3 zaporedno in napetost na C1 je Vpeak, napetost na C3 pa 2 Vpeak, zato je napetost na serijski povezavi C1 in C3 Vpeak + 2Vpeak = 3 Vpeak in dobimo Triple the voltage of Input Vpeak volt.

Napetostni štiristenski krog

Ker smo zgradili napetostno vezje Tripler z dodajanjem ene diode in kondenzatorja v polvalnem vezju polprevodniške napetosti, moramo spet dodati še eno diodo in kondenzator v vezje Tripler napetosti, da zgradimo napetostno četverno vezje (4-krat večja od vhodne napetosti).

V napetostnem Tripler vezju smo videli, da je kondenzator C1 napolnjen na Vpeak v prvem pozitivnem polciklu, C2 napolnjen na 2Vpeak v negativnem polovičnem ciklu in C3 tudi napolnjen na 2Vpeak v drugem pozitivnem polovičnem ciklu.

Zdaj med drugim negativnim polovičnim ciklom diode D2 in D4 prevajata, kondenzator C4 pa se napolni na 2Vpeak s kondenzatorjem C3, ki je prav tako na 2 Vpeak. In dobimo štirikrat Vpeak (4Vpeak), čez kondenzator C2 in C4, saj sta oba kondenzatorja pri 2 Vpeak.

V tokokrogih multiplikatorja napetosti praktično napetost ni ravno večkratnik vršne napetosti, posledična napetost je manjša od večkratnika zaradi nekega padca napetosti na diodah, zato bi nastala napetost bila:

Vout = multiplikator * Vpeak - napetost pade na diodah

Pomanjkljivost tovrstnih multiplikacijskih vezij je visokofrekvenčna frekvenca in izhod je zelo težko zgladiti, čeprav lahko uporaba velike vrednosti kondenzatorjev pomaga zmanjšati valovanje. In prednost vezja je, da lahko iz nizkonapetostnega vira energije ustvarimo zelo visoko napetost.

Z dodajanjem več diod in kondenzatorjev lahko ustvarimo veliko višjo napetost in dobimo 5-krat, 6-krat, 7-krat in več napetost najvišje izmenične napetosti. Visoko negativno napetost lahko ustvarimo tudi tako, da samo spremenimo polarnost diod in kondenzatorjev v tem vezju. Teoretično lahko napetost množimo neskončno, vendar to praktično ni mogoče zaradi kapacitivnosti kondenzatorjev, nizkega toka, velikega valovanja in številnih drugih dejavnikov.

Video:

Opombe:

• Napetost se ne bo večkrat istočasno povečala, počasi pa se bo povečevala in čez nekaj časa bo nastavljena na Trikratno vhodno napetost.
• Napetostna napetost kondenzatorjev mora biti vsaj dvakrat večja od vhodne napetosti.
• Izhodna napetost ni ravno vhodna napetost Multiple of Peak, bo manjša od vhodne napetosti.