Devre problemlerini çözerken çıkış gerilimini arttırmak için transformatör kullanımından uzaklaşmanın gerekli olduğu zamanlar vardır. Bunun nedeni, çoğu zaman, yükseltici dönüştürücülerin ağırlık ve boyut göstergeleri nedeniyle cihazlara dahil edilmesinin imkansız olduğu ortaya çıkıyor. Böyle bir durumda çözüm çarpan devre kullanmaktır.
Voltaj Çarpanı Tanımı
Elektrik çarpanı anlamına gelen bir cihaz, AC veya titreşimli voltajı DC'ye dönüştürmenize izin veren, ancak daha yüksek bir değere sahip bir devredir. Cihazın çıkışındaki parametre değerindeki artış devrenin kademe sayısı ile doğru orantılıdır. Var olan en temel voltaj çarpanı, bilim adamları Cockcroft ve W alton tarafından icat edildi.
Elektronik endüstrisi tarafından geliştirilen modern kapasitörler, küçük boyut ve nispeten büyük kapasitans ile karakterize edilir. Bu, birçok devreyi yeniden oluşturmayı ve ürünü farklı cihazlara tanıtmayı mümkün kıldı. Kendi sırasına göre bağlanan diyotlar ve kapasitörler üzerine gerilim çarpanı monte edilmiştir.
Elektriği artırma işlevine ek olarak, çarpanlar aynı anda onu AC'den DC'ye dönüştürür. Bu, cihazın genel devresinin basitleştirilmesi ve daha güvenilir ve kompakt hale gelmesi açısından uygundur. Cihaz yardımı ile birkaç bin volta kadar artış sağlanabilir.
Cihazın kullanıldığı yer
Çarpıcılar uygulamalarını çeşitli cihaz türlerinde bulmuşlardır, bunlar: lazer pompalama sistemleri, yüksek voltajlı ünitelerinde X-ışını dalga radyasyon cihazları, sıvı kristal ekranları aydınlatmak için, iyon tipi pompalar, hareketli dalga lambaları, hava iyonlaştırıcılar, elektrostatik sistemler, parçacık hızlandırıcılar, kopyalama makineleri, kineskoplu televizyonlar ve osiloskopların yanı sıra yüksek, düşük akımlı DC elektriğin gerekli olduğu yerler.
Voltaj çarpanının prensibi
Devrenin nasıl çalıştığını anlamak için evrensel olarak adlandırılan cihazın çalışmasına bakmak daha iyidir. Burada aşama sayısı tam olarak belirtilmemiştir ve çıkış elektriği şu formülle belirlenir: nUin=Uout, burada:
- n, mevcut devre aşamalarının sayısıdır;
- Uin, cihazın girişine uygulanan voltajdır.
Zamanın ilk anında, diyelim ki, devreye ilk pozitif yarım dalga geldiğinde, giriş aşaması diyotu onu kondansatörüne iletir. İkincisi, gelen elektriğin genliğine yüklenir. İkinci bir olumsuzluk ileyarım dalga, birinci diyot kapalı ve ikinci aşamanın yarı iletkeni, yine şarjlı olan kapasitörüne gitmesine izin veriyor. Ayrıca, ikinci kondansatöre seri bağlanan ilk kapasitörün voltajı sonuncusuna eklenir ve kaskadın çıkışı zaten iki katına çıkar.
Aynı şey sonraki her aşamada olur - bu bir voltaj çarpanının ilkesidir. Ve sonuna kadar ilerlemeye bakarsanız, çıkış elektriğinin girişi belirli sayıda aştığı ortaya çıkıyor. Ancak bir transformatörde olduğu gibi, potansiyel farkın artmasıyla buradaki akım gücü azalacaktır - enerjinin korunumu yasası da çalışır.
Bir çarpan oluşturma şeması
Devrenin tüm zinciri birkaç bağlantıdan birleştirilir. Kondansatör üzerindeki voltaj çarpanının bir bağlantısı yarım dalga tipi bir doğrultucudur. Cihazı elde etmek için, her biri bir diyot ve bir kapasitör içeren iki seri bağlı bağlantıya sahip olmak gerekir. Böyle bir devre, elektriğin iki katıdır.
Klasik versiyondaki voltaj çarpan cihazının grafiksel gösterimi, diyotların diyagonal konumu ile birlikte görünür. Yarı iletkenleri açma yönü, çarpanın çıkışında ortak noktasına göre hangi potansiyelin (negatif veya pozitif) bulunacağını belirler.
Negatif ve pozitif potansiyelli devrelerin birleştirilmesiyle cihazın çıkışında bipolar voltaj katlayıcı devresi elde edilir. Bu yapının bir özelliği, seviyeyi ölçersenizkutup ile ortak nokta arasındaki elektrik ve giriş voltajını 4 kat aşarsa, kutuplar arasındaki genliğin büyüklüğü 8 kat artacaktır.
Çarpanda, (ortak kabloya bağlı olan) ortak nokta, besleme kaynağının çıkışının diğer seri bağlı kapasitörlerle gruplandırılmış bir kapasitörün çıkışına bağlandığı nokta olacaktır. Bunların sonunda, çıkış elektriği çift elemanlarda alınır - çift katsayıda, sırasıyla tek kapasitörlerde tek katsayıda.
Çarpandaki pompa kapasitörleri
Başka bir deyişle, sabit voltaj çarpanının cihazında, beyan edilene karşılık gelen çıkış parametresini ayarlamak için belirli bir geçici süreç vardır. Bunu görmenin en kolay yolu elektriği ikiye katlamaktır. Yarı iletken D1 aracılığıyla, kapasitör C1 tam değerine şarj edildiğinde, sonraki yarım dalgada, elektrik kaynağı ile birlikte aynı anda ikinci kapasitörü şarj eder. C1'in yükünü C2'ye tamamen bırakmak için zamanı yoktur, bu nedenle çıktının başlangıçta çift potansiyel farkı olmaz.
Üçüncü yarım dalgada, birinci kapasitör yeniden şarj edilir ve ardından C2'ye bir potansiyel uygular. Ancak ikinci kapasitördeki voltaj zaten birincisine zıt bir yöne sahiptir. Bu nedenle, çıkış kapasitörü tam olarak şarj edilmemiştir. Her yeni çevrimde C1 elemanındaki elektrik girişe yönelecek, C2 voltajının boyutu iki katına çıkacaktır.
Nasılçarpanı hesapla
Çarpma cihazını hesaplarken, ilk verilerden başlamak gerekir, bunlar: yük için gerekli akım (In), çıkış voltajı (Uout), dalgalanma katsayısı (Kp). uF cinsinden ifade edilen kapasitör elemanlarının minimum kapasitans değeri şu formülle belirlenir: С(n)=2, 85nIn/(KpUout), burada:
- n, giriş elektriğinin artma sayısıdır;
- In - yükte akan akım (mA);
- Kp – nabız faktörü (%);
- Uout - cihazın çıkışında alınan voltaj (V).
Hesaplamalarla elde edilen kapasitans iki veya üç kat artırılarak, C1 devresinin girişindeki kondansatörün kapasitansının değeri elde edilir. Elemanın bu değeri, çıkıştaki voltajın tam değerini hemen almanızı ve belirli sayıda periyot geçene kadar beklememenizi sağlar. Yükün işi, elektriğin nominal çıkışa yükselme hızına bağlı olmadığında, kapasitörün kapasitansı hesaplanan değerlerle aynı alınabilir.
Diyot voltaj çarpanının dalgalanma faktörü %0,1'i geçmiyorsa yük için en iyisidir. %3'e varan dalgalanmaların varlığı da tatmin edicidir. Devrenin tüm diyotları, yükteki değerinin iki katı bir akım gücüne serbestçe dayanabilmeleri için hesaplamadan seçilir. Cihazı yüksek doğrulukla hesaplama formülü şöyle görünür: nUin - (In(n3 + 9n2/4 + n/2)/(12 f C))=Uout, burada:
- f – cihaz girişindeki voltaj frekansı (Hz);
- C - kapasitör kapasitansı (F).
Faydaları vedezavantajlar
Voltaj çarpanının avantajlarından bahsetmişken şunları not edebiliriz:
Çıkışta önemli miktarda elektrik elde etme yeteneği - zincirde ne kadar fazla bağlantı olursa, çarpma faktörü o kadar büyük olur
- Tasarımın basitliği - her şey standart bağlantılar ve nadiren başarısız olan güvenilir radyo öğeleri üzerine kuruludur.
- Ağırlık – güç trafosu gibi hacimli elemanların olmaması devrenin boyutunu ve ağırlığını az altır.
Herhangi bir çarpan devresinin en büyük dezavantajı, yüke güç sağlamak için ondan büyük bir çıkış akımı almanın imkansız olmasıdır.
Sonuç
Belirli bir cihaz için voltaj çarpanı seçme. Dengeli devrelerin dalgalanma açısından dengesiz devrelerden daha iyi parametrelere sahip olduğunu bilmek önemlidir. Bu nedenle, hassas cihazlar için daha kararlı çarpanların kullanılması daha uygundur. Asimetrik, yapımı kolay, daha az öğe içeriyor.
