Saat memecahkan masalah rangkaian, ada kalanya Anda perlu menghindari penggunaan trafo untuk meningkatkan tegangan keluaran. Alasan untuk ini paling sering adalah ketidakmungkinan memasukkan konverter step-up ke perangkat karena indikator berat dan ukurannya. Dalam situasi seperti itu, solusinya adalah dengan menggunakan rangkaian pengali.
Definisi Pengganda Tegangan
Perangkat, yang berarti pengganda listrik, adalah sirkuit yang memungkinkan Anda mengubah tegangan AC atau pulsa ke DC, tetapi nilainya lebih tinggi. Peningkatan nilai parameter pada output perangkat berbanding lurus dengan jumlah tahapan rangkaian. Pengganda tegangan paling dasar yang pernah ada ditemukan oleh ilmuwan Cockcroft dan W alton.
Kapasitor modern yang dikembangkan oleh industri elektronik dicirikan oleh ukuran kecil dan kapasitansi yang relatif besar. Ini memungkinkan untuk membangun kembali banyak sirkuit dan memperkenalkan produk ke perangkat yang berbeda. Pengganda tegangan dipasang pada dioda dan kapasitor yang terhubung sesuai urutannya masing-masing.
Selain fungsi menaikkan listrik, pengganda sekaligus mengubahnya dari AC ke DC. Ini nyaman karena keseluruhan sirkuit perangkat disederhanakan dan menjadi lebih andal dan kompak. Dengan bantuan perangkat, peningkatan hingga beberapa ribu volt dapat dicapai.
Di mana perangkat digunakan
Pengganda telah menemukan aplikasinya di berbagai jenis perangkat, ini adalah: sistem pemompaan laser, perangkat radiasi gelombang sinar-X dalam unit tegangan tinggi, untuk lampu latar tampilan kristal cair, pompa jenis ion, lampu gelombang berjalan, ionizer udara, sistem elektrostatik, akselerator partikel, mesin fotokopi, televisi dan osiloskop dengan kineskop, serta di mana listrik DC arus tinggi dan rendah diperlukan.
Prinsip pengganda tegangan
Untuk memahami cara kerja rangkaian, lebih baik melihat operasi dari apa yang disebut perangkat universal. Di sini jumlah tahapan tidak ditentukan secara tepat, dan keluaran listrik ditentukan oleh rumus: nUin=Uout, di mana:
- n adalah jumlah tahapan sirkuit yang ada;
- Uin adalah tegangan yang diterapkan ke input perangkat.
Pada saat awal, ketika yang pertama, katakanlah, setengah gelombang positif datang ke rangkaian, dioda tahap input meneruskannya ke kapasitornya. Yang terakhir dibebankan ke amplitudo listrik yang masuk. Dengan negatif keduasetengah gelombang, dioda pertama ditutup, dan semikonduktor tahap kedua melepaskannya ke kapasitornya, yang juga diisi. Plus, tegangan kapasitor pertama, dihubungkan secara seri dengan yang kedua, ditambahkan ke yang terakhir dan output dari kaskade sudah dua kali lipat listrik.
Hal yang sama terjadi pada setiap tahap berikutnya - ini adalah prinsip pengganda tegangan. Dan jika dilihat perkembangannya sampai akhir, ternyata keluaran listrik melebihi masukan beberapa kali lipat. Tetapi seperti pada transformator, kuat arus di sini akan berkurang dengan bertambahnya beda potensial - hukum kekekalan energi juga bekerja.
Skema untuk membuat pengganda
Seluruh rantai rangkaian dirakit dari beberapa tautan. Salah satu penghubung pengganda tegangan pada kapasitor adalah penyearah tipe setengah gelombang. Untuk mendapatkan perangkat, perlu memiliki dua tautan yang terhubung seri, yang masing-masing memiliki dioda dan kapasitor. Sirkuit seperti itu adalah pengganda listrik.
Representasi grafis dari perangkat pengali tegangan dalam versi klasik terlihat dengan posisi diagonal dioda. Arah penyalaan semikonduktor menentukan potensial mana - negatif atau positif - yang akan ada pada keluaran pengali relatif terhadap titik umumnya.
Dengan menggabungkan rangkaian dengan potensial negatif dan positif, rangkaian pengganda tegangan bipolar diperoleh pada keluaran perangkat. Fitur konstruksi ini adalah jika Anda mengukur levellistrik antara kutub dan titik persekutuan dan melebihi tegangan input sebesar 4 kali, maka besarnya amplitudo antara kutub akan meningkat sebesar 8 kali.
Dalam pengali, titik bersama (yang terhubung ke kabel biasa) akan menjadi titik di mana output dari sumber suplai terhubung ke output kapasitor yang dikelompokkan dengan kapasitor terhubung seri lainnya. Pada akhirnya, listrik keluaran diambil pada elemen genap - pada koefisien genap, masing-masing pada kapasitor ganjil, pada koefisien ganjil.
Memompa kapasitor di pengali
Dengan kata lain, di perangkat pengganda tegangan konstan, ada proses transien tertentu untuk mengatur parameter keluaran yang sesuai dengan yang dideklarasikan. Cara termudah untuk melihat ini adalah dengan menggandakan listrik. Ketika, melalui semikonduktor D1, kapasitor C1 diisi hingga nilai penuhnya, kemudian pada setengah gelombang berikutnya, kapasitor itu, bersama dengan sumber listrik, secara bersamaan mengisi kapasitor kedua. C1 tidak memiliki waktu untuk sepenuhnya menyerahkan muatannya ke C2, sehingga keluaran awalnya tidak memiliki beda potensial ganda.
Pada setengah gelombang ketiga, kapasitor pertama diisi ulang dan kemudian memberikan potensial ke C2. Tetapi tegangan pada kapasitor kedua sudah memiliki arah yang berlawanan dengan yang pertama. Oleh karena itu, kapasitor keluaran tidak terisi penuh. Dengan setiap siklus baru, listrik pada elemen C1 akan cenderung ke input, tegangan C2 akan berlipat ganda.
Bagaimanahitung pengganda
Saat menghitung alat perkalian, perlu dimulai dari data awal, yaitu: arus yang dibutuhkan untuk beban (Masuk), tegangan keluaran (Uout), koefisien riak (Kp). Nilai kapasitansi minimum elemen kapasitor, dinyatakan dalam uF, ditentukan oleh rumus: (n)=2, 85nIn/(KpUout), di mana:
- n adalah berapa kali input listrik dinaikkan;
- In - arus yang mengalir di beban (mA);
- Kp – faktor denyut (%);
- Uout - tegangan yang diterima pada output perangkat (V).
Meningkatkan kapasitansi yang diperoleh dengan perhitungan dua atau tiga kali, diperoleh nilai kapasitansi kapasitor pada input rangkaian C1. Nilai elemen ini memungkinkan Anda untuk segera mendapatkan nilai penuh dari tegangan pada output, dan tidak menunggu sampai sejumlah periode tertentu telah berlalu. Ketika pekerjaan beban tidak bergantung pada laju kenaikan listrik ke output nominal, kapasitansi kapasitor dapat diambil identik dengan nilai yang dihitung.
Terbaik untuk beban jika faktor riak pengali tegangan dioda tidak melebihi 0,1%. Kehadiran riak hingga 3% juga memuaskan. Semua dioda rangkaian dipilih dari perhitungan sehingga mereka dapat dengan bebas menahan kekuatan arus dua kali lipat nilainya dalam beban. Rumus untuk menghitung perangkat dengan akurasi tinggi terlihat seperti ini: nUin - (In(n3 + 9n2/4 + n/2)/(12 f C))=Uout, di mana:
- f – frekuensi tegangan pada input perangkat (Hz);
- C - kapasitansi kapasitor (F).
Manfaat dankekurangan
Berbicara tentang kelebihan pengganda tegangan, kita dapat mencatat hal berikut:
Kemampuan untuk mendapatkan sejumlah besar listrik pada output - semakin banyak tautan dalam rantai, semakin besar faktor perkaliannya
- Kesederhanaan desain - semuanya dirakit pada tautan standar dan elemen radio andal yang jarang gagal.
- Berat – tidak adanya elemen besar seperti transformator daya mengurangi ukuran dan berat rangkaian.
Kerugian terbesar dari rangkaian multiplier adalah tidak mungkin mendapatkan arus keluaran yang besar darinya untuk memberi daya pada beban.
Kesimpulan
Memilih pengganda tegangan untuk perangkat tertentu. penting untuk mengetahui bahwa rangkaian seimbang memiliki parameter yang lebih baik dalam hal riak daripada yang tidak seimbang. Oleh karena itu, untuk perangkat sensitif, lebih baik menggunakan pengganda yang lebih stabil. Asimetris, mudah dibuat, mengandung lebih sedikit elemen.
