Khi giải quyết các vấn đề về mạch, có những lúc cần phải tránh xa việc sử dụng máy biến áp để tăng điện áp đầu ra. Lý do cho điều này thường xuyên hóa ra là không thể bao gồm bộ chuyển đổi bậc thang trong các thiết bị do các chỉ số về trọng lượng và kích thước của chúng. Trong tình huống như vậy, giải pháp là sử dụng mạch nhân.
Định nghĩa hệ số nhân điện áp
Thiết bị, có nghĩa là bộ nhân điện, là một mạch cho phép bạn chuyển đổi điện áp xoay chiều hoặc điện áp xung thành DC, nhưng có giá trị cao hơn. Sự gia tăng giá trị của tham số ở đầu ra của thiết bị tỷ lệ thuận với số giai đoạn của mạch. Hệ số nhân điện áp cơ bản nhất tồn tại được phát minh bởi các nhà khoa học Cockcroft và W alton.
Tụ điện hiện đại do ngành công nghiệp điện tử phát triển có đặc điểm là kích thước nhỏ và điện dung tương đối lớn. Điều này làm cho nó có thể xây dựng lại nhiều mạch và đưa sản phẩm vào các thiết bị khác nhau. Một hệ số nhân điện áp được lắp ráp trên các điốt và tụ điện được kết nối theo thứ tự riêng của chúng.
Ngoài chức năng tăng dòng điện, bộ nhân đồng thời chuyển nó từ AC sang DC. Điều này thuận tiện ở chỗ mạch tổng thể của thiết bị được đơn giản hóa và trở nên đáng tin cậy và nhỏ gọn hơn. Với sự trợ giúp của thiết bị, có thể đạt được mức tăng lên đến vài nghìn vôn.
Nơi thiết bị được sử dụng
Multiplier đã được tìm thấy ứng dụng của chúng trong nhiều loại thiết bị khác nhau, đó là: hệ thống bơm laser, thiết bị bức xạ sóng tia X trong đơn vị điện áp cao của chúng, để chiếu sáng nền màn hình tinh thể lỏng, máy bơm kiểu ion, đèn sóng du lịch, máy ion hóa không khí, hệ thống tĩnh điện, máy gia tốc hạt, máy sao chép, ti vi và máy hiện sóng có động cơ, cũng như những nơi cần điện một chiều dòng điện cao và thấp.
Nguyên lý của bộ nhân điện áp
Để hiểu cách thức hoạt động của mạch, tốt hơn là hãy nhìn vào hoạt động của cái gọi là thiết bị vạn năng. Ở đây, số giai đoạn không được chỉ định chính xác và điện năng đầu ra được xác định theo công thức: nUin=Uout, trong đó:
- n là số giai đoạn mạch hiện diện;
- Uin là điện áp đặt vào đầu vào của thiết bị.
Tại thời điểm ban đầu, khi nửa sóng dương đầu tiên truyền đến mạch, diode tầng đầu vào chuyển nó tới tụ điện của nó. Sau đó được tích điện cùng biên độ của điện năng tới. Với lần phủ định thứ hainửa sóng, diode đầu tiên bị đóng, và chất bán dẫn của giai đoạn thứ hai để nó đi đến tụ điện của nó, tụ điện này cũng được tích điện. Thêm vào đó, điện áp của tụ điện đầu tiên, mắc nối tiếp với tụ điện thứ hai, được thêm vào tụ điện cuối cùng và đầu ra của thác đã tăng gấp đôi điện.
Điều tương tự cũng xảy ra ở mỗi giai đoạn tiếp theo - đây là nguyên tắc của hệ số nhân điện áp. Và nếu bạn nhìn vào lũy tiến đến cuối, nó chỉ ra rằng điện đầu ra vượt quá đầu vào một số lần nhất định. Nhưng cũng như trong máy biến áp, cường độ dòng điện ở đây sẽ giảm khi hiệu điện thế tăng lên - định luật bảo toàn năng lượng cũng hoạt động.
Lược đồ để xây dựng hệ số nhân
Toàn bộ chuỗi của mạch được lắp ráp từ một số liên kết. Một mắt xích của bộ nhân điện áp trên tụ điện là bộ chỉnh lưu kiểu nửa sóng. Để lấy được thiết bị, cần có hai mắt xích mắc nối tiếp, mỗi mắt xích có một diode và một tụ điện. Một mạch như vậy là một bộ nghi ngờ về điện.
Biểu diễn đồ họa của thiết bị nhân điện áp trong phiên bản cổ điển trông với vị trí đường chéo của điốt. Hướng chuyển đổi trên các chất bán dẫn xác định điện thế nào - âm hoặc dương - sẽ xuất hiện ở đầu ra của hệ số nhân so với điểm chung của nó.
Bằng cách kết hợp các mạch có điện thế âm và dương, một mạch bộ phân tích điện áp lưỡng cực sẽ thu được ở đầu ra của thiết bị. Một đặc điểm của cấu trúc này là nếu bạn đo lường mức độđiện giữa cực và điểm chung và nó vượt quá hiệu điện thế đầu vào 4 lần thì độ lớn của biên độ giữa hai cực sẽ tăng lên 8 lần.
Trong bộ nhân, điểm chung (được nối với dây chung) sẽ là điểm mà đầu ra của nguồn cung cấp được kết nối với đầu ra của tụ điện được nhóm với các tụ điện mắc nối tiếp khác. Ở cuối của chúng, điện năng đầu ra được lấy trên các phần tử chẵn - với hệ số chẵn, tương ứng trên các tụ điện lẻ, với hệ số lẻ.
Bơm tụ trong bộ nhân
Nói cách khác, trong thiết bị của bộ nhân điện áp không đổi, có một quá trình nhất định nhất định để thiết lập tham số đầu ra tương ứng với tham số đã khai báo. Cách dễ nhất để thấy điều này là tăng gấp đôi điện năng. Khi qua chất bán dẫn Đ1, tụ điện C1 được tích điện đến giá trị toàn phần thì trong nửa sóng tiếp theo, nó cùng với nguồn điện tích điện đồng thời cho tụ điện thứ hai. C1 không có thời gian để nhường hoàn toàn điện tích của nó cho C2, vì vậy đầu ra ban đầu không có sự chênh lệch tiềm năng gấp đôi.
Ở nửa sóng thứ ba, tụ điện đầu tiên được nạp lại và sau đó đặt điện thế vào C2. Nhưng điện áp trên tụ thứ hai đã có chiều ngược với tụ thứ nhất. Do đó, tụ điện đầu ra không được sạc đầy. Với mỗi chu kỳ mới, điện trên phần tử C1 sẽ có xu hướng đi vào đầu vào, điện áp C2 sẽ tăng gấp đôi.
Cáchtính số nhân
Khi tính toán thiết bị nhân cần bắt đầu từ các số liệu ban đầu, đó là: dòng điện cần cho tải (In), điện áp ra (Uout), hệ số gợn sóng (Kp). Giá trị điện dung nhỏ nhất của các phần tử tụ điện, tính bằng uF, được xác định theo công thức: С (n)=2, 85nIn / (KpUout), trong đó:
- n là số lần tăng điện đầu vào;
- In - dòng điện chạy trong tải (mA);
- Kp - hệ số xung (%);
- Uout - điện áp nhận được ở đầu ra của thiết bị (V).
Tăng điện dung thu được bằng các phép tính lên hai hoặc ba lần thì người ta nhận được giá trị của điện dung của tụ điện ở đầu vào của đoạn mạch C1. Giá trị này của phần tử cho phép bạn ngay lập tức nhận được giá trị đầy đủ của điện áp ở đầu ra, và không phải đợi cho đến khi một số chu kỳ nhất định trôi qua. Khi công của phụ tải không phụ thuộc vào tốc độ tăng của điện năng đến công suất danh định, thì điện dung của tụ điện có thể được lấy giống với các giá trị đã tính toán.
Tốt nhất cho tải nếu hệ số gợn sóng của hệ số nhân điện áp diode không vượt quá 0,1%. Sự hiện diện của các gợn sóng lên đến 3% cũng là thỏa đáng. Tất cả các điốt của mạch đều được chọn từ tính toán để chúng có thể tự do chịu được cường độ dòng điện gấp đôi giá trị của nó khi tải. Công thức tính thiết bị với độ chính xác cao có dạng như sau: nUin - (In(n3 + 9n2 / 4 + n / 2) / (12fC))=Uout, trong đó:
- f - tần số điện áp ở đầu vào thiết bị (Hz);
- C - điện dung của tụ điện (F).
Lợi ích vànhược điểm
Nói đến ưu điểm của bộ nhân điện áp, chúng ta có thể lưu ý những điều sau:
Khả năng nhận được lượng điện đáng kể ở đầu ra - càng nhiều mắt xích trong chuỗi, hệ số nhân sẽ càng lớn
- Thiết kế đơn giản - mọi thứ được lắp ráp trên các liên kết tiêu chuẩn và các phần tử radio đáng tin cậy hiếm khi bị lỗi.
- Trọng lượng - sự vắng mặt của các phần tử cồng kềnh như biến áp nguồn làm giảm kích thước và trọng lượng của mạch.
Nhược điểm lớn nhất của bất kỳ mạch nhân nào là không thể lấy dòng ra lớn từ nó để cấp nguồn cho tải.
Kết
Chọn hệ số điện áp cho một thiết bị cụ thể. điều quan trọng cần biết là mạch cân bằng có các thông số tốt hơn về độ gợn sóng so với mạch không cân bằng. Do đó, đối với các thiết bị nhạy cảm, việc sử dụng các hệ số nhân ổn định hơn là điều cần thiết. Không đối xứng, dễ chế tạo, chứa ít phần tử hơn.
