Схема умножителя напряжения телевизора
Обновлено: 14.05.2024
При изготовлении электронных устройств, в частности блоков питания, в некоторых случаях возникает необходимость иметь выпрямленное напряжение большей величины, чем на клеммах вторичной обмотке трансформатора или в розетке 220 В. Например, после выпрямления сетевого напряжения 220 В на фильтрующем конденсаторе при очень малой нагрузке можно получить максимум амплитудное значение переменного напряжения 311 В. Следовательно конденсатор зарядится до указанного значения. Однако применяя умножитель напряжения можно повысить его до 1000 В и более.
Удвоитель напряжения
Схема умножителя напряжения может выполняться в нескольких вариантах, одна принцип действия всех их заключается в следующем. В разные полупериоды переменного тока происходит поочередно зарядка нескольких конденсаторов, а суммарное напряжение на них превышает амплитудное значение на обмотке. Таким образом, за счет увеличения числа конденсаторов и, как далее будет видно, количества диодов, получают напряжение в несколько раз превышающее величину подведенного.
Теперь давайте рассмотрим конкретные примеры и схемные решения.
Схема двухполупериодного умножителя состоит из двух диодов и двух конденсаторов, подключенных со стороны вторичной обмотки трансформатора.
Пусть в начальный момент потенциалы на обмотке имеют такие знаки, что ток протекает от точки 1 к точке 2. Проследим дальнейший путь тока. Он протекает через конденсатор C2, заряжая его, и возвращается к обмотке через диод VD2. В следующий полупериод ЭДС во вторичной обмотке направлена от точки 2 к 1 и через диод VD1 происходит зарядка конденсатора C1 до того же значения, что и С2. Таким образом, за счет последовательного соединения двух конденсаторов C1 и C2 на сопротивлении нагрузки получается удвоенное напряжение.
Если измерить значение переменного напряжения на обмотке и постоянное на одном из конденсаторов, то они буде отличаться почти в 1,41 раза. Например при действующем значении на вторичной обмотке, равном 10 В, на конденсаторе будет приблизительно 14 В. Это поясняется тем, что конденсатор заряжается до амплитудного, а не до действующего значения переменного напряжения. А амплитудное значения, как известно в 1,41 раза выше действующего. К тому же мультиметром возможно измерить лишь действующие значения переменных величин.
Рассмотрим еще один вариант. Здесь для умножения напряжения используется несколько иной подход. Когда потенциал точки 2 выше потенциал т.1 под действием протекающего тока заряжается конденсатор С1, а цепь замыкается через VD2.
После изменения направления тока, вторичная обмотка W2 и конденсатор С1 можно представить, как два последовательно соединенные источника питания с равными значениями амплитуды, поэтому конденсатор С2 зарядится до их суммарного напряжения, т.е. на его обкладках оно будет в два раза больше, чем на выводах вторичной обмотки. Во время тога, как конденсатор С2 будет заряжаться, С1 наоборот, будет разряжаться. Затем все повторится снова.
Умножитель напряжения многократный
Процессы в схеме утроения напряжения протекают в такой последовательности: сначала заряжаются конденсаторы С1 и С3 через сопротивление R и соответствующие диоды VD1 и VD3. В следующий полупериод С2 через VD2 заряжается до удвоенного напряжения (С1 + обмотка) и на сопротивлении нагрузки получается утроенное значение.
Больший интерес имеет следующий умножитель напряжения. Рассмотрим принцип его работы. Когда потенциал точки 1 положителен относительно точки 2 ток протекает по пути через VD1 и С1 заряжая конденсатор.
В следующий полупериод, когда ток изменил свое направление, заряжается второй конденсатор через второй диод до величины, равного сумме напряжений на С1 и обмотке трансформатора. При этом С1 разрядится. В третий полупериод, когда первый конденсатор снова начнет заряжаться, С2 через третий диод разрядится на С3, зарядив его до двойного значения относительно выводов обмотки.
К концу третьего полупериода на нагрузку будет подано суммарное напряжение заряженных конденсаторов С1 и С3, т. е. примерно утроенное значение.
Если данную схему применить без трансформатора, непосредственно подключить к 220 В, то на выходе получим приблизительно 930 В.
По аналогии с рассмотренными схемами могут быть построены схемы с большей кратностью умножения. Но следует помнить, что с увеличением числа умножений по причине большего содержание в схеме диодов и конденсаторов возрастает внутренне сопротивление выпрямителя, что приводит к дополнительной просадке напряжения.
Схемы с умножением напряжения применяются для питания малой нагрузки, т.е. сопротивление нагрузки должно быть высоким. В противном случае нужно использовать неполярные конденсаторы большой емкости, рассчитанные на высокое напряжение. Это связано с тем, что при значительном токе нагрузки конденсаторы будут быстро разряжаться, что вызовет недопустимо большие пульсации на нагрузке.
Изготавливая умножитель напряжения, следует всегда помнить о том, что конденсаторы и диоды должны быть рассчитаны на соответствующие напряжения.
Умножитель напряжения - схема выпрямителя особого типа, амплитуда напряжение на выходе которой теоретически в целое число раз выше, чем на входе. То есть, с помощью удвоителя напряжения можно получить 200 вольт постоянного тока из 100 вольт переменного тока источника, а с помощью умножителя на восемь — 800 вольт постоянного. Это если не учитывать падение напряжения на диодах (0,7 вольт на каждом).
В практике на схемах любая нагрузка будет немного уменьшенной от полученных расчетов. Умножитель содержит в себе конденсаторы и диоды. Нагрузочная способность умножителя пропорциональна частоте, величине емкости входящих в его состав конденсаторов и обратно пропорциональна количеству звеньев.
1. Удвоитель напряжения Латура-Делона-Гренашера
Примечание: отличная нагрузочная способность. 2. Несимметричный умножитель напряжения (Кокрофта-Уолтона)
Примечание: универсальность.
Генераторы Кокрофта-Уолтона применяются во многих областях техники, в частности, в лазерных системах, в источниках высокого напряжения, в системах рентгеновского излучения, подсветке жидкокристаллических экранов, лампах бегущей волны, ионных насосах, электростатических системах, ионизаторах воздуха, ускорителях частиц, копировальных аппаратах, осциллографах, телевизорах и во многих других устройствах, где необходимо одновременно высокое напряжение и постоянный ток. 3. Утроитель, 1-й вариант
Отличная нагрузочная способность. 4. Утроитель, 2-й вариант
Отличная нагрузочная способность. 5. Утроитель, 3-й вариант
Отличная нагрузочная способность. 6. Умножитель на 4, 1-й вариант
Симметричная схема, хорошая нагрузочная способность. 7. Умножитель на 4, 2-й вариант
Симметричная схема, хорошая нагрузочная способность. 8. Умножитель на 4, 3-й вариант
Симметричная схема, хорошая нагрузочная способность, две полярности относительно общей точки. 9. Умножитель на 5
Отличная нагрузочная способность. 10. Умножитель на 6, вариант первый
отличная нагрузочная способность. 11. Умножитель на 6, вариант второй
Симметричная схема, отличная нагрузочная способность, две полярности относительно общей точки. 12. Умножитель на 8, первая схема подключения
Симметричная схема, отличная нагрузочная способность. 13. Умножитель на 8, вторая схема подключения
Симметричная схема, отличная нагрузочная способность, две полярности относительно общей точки. 14. Умножитель напряжения Шенкеля – Вилларда
Превосходная нагрузочная способность, ступенчатое увеличение напряжения на каждом звене. 15. Умножитель со ступенчатой нагрузочной способностью
Нагрузочная характеристика имеет две области - область низкой мощности – в диапазоне выходных напряжений от 2U до U и область повышенной мощности – при выходном напряжении ниже U. 16. Выпрямитель с вольт добавкой
Наличие дополнительного маломощного выхода с удвоенным напряжением питания. 17. Умножитель из диодных мостов
Хорошая нагрузочная способность. Одна из классических схем умножения напряжения в высоковольтных источниках питания для физических экспериментов. На рисунке изображен удвоитель напряжения, но число каскадов в умножителе может быть увеличено.
При решении схемотехнических задач бывают случаи, когда необходимо уйти от применения трансформаторов для увеличения выходного напряжения. Причиной тому чаще всего оказывается невозможность включить в устройства повышающие преобразователи из-за их массогабаритных показателей. В такой ситуации выходом является использование схемы умножителя.
Умножитель напряжения – определение
Устройство, под которым подразумевают умножитель электричества – это схема, позволяющая преобразовывать напряжение переменного тока или пульсирующее в постоянное, но более высокое по значению. Возрастание величины параметра на выходе прибора прямо пропорционально числу каскадов схемы. Самый элементарный из существующих умножителей напряжения был придуман учеными Кокрофтом и Уолтоном.
Современные конденсаторы, разработанные радиоэлектронной промышленностью, характеризуются небольшими размерами и сравнительно большой емкостью. Это позволило перестроить многие схемы и внедрить изделие в разные устройства. Собран умножитель напряжения на диодах и конденсаторах, подключенных своим порядком.
Кроме функции повышения электричества умножители одновременно преобразуют его из переменного в постоянное. Это удобно тем, что общая схемотехника прибора упрощается и становится более надежной и компактной. С помощью прибора можно достичь увеличения до нескольких тысяч вольт.
Где применяют устройство
Умножители нашли свое применение в разных типах устройств, это: системы лазерной накачки, устройства излучения рентгеновской волны в их блоках высокого напряжения, для подсветки дисплеев жидкокристаллической структуры, насосах ионного типа, лампах бегущей волны, ионизаторах воздушной среды, системах электростатических, ускорителях элементарных частиц, аппаратах для копирования, телевизорах и осциллографах с кинескопами, а также там, где требуется высокое постоянное электричество небольшой силы тока.
Принцип работы умножителя напряжения
Чтобы понять, как функционирует схема, лучше посмотреть работу так называемого универсального устройства. Здесь число каскадов точно не задано, а выходное электричество определяется формулой: n*Uin = Uout, где:
- n – количество присутствующих каскадов схемы;
- Uin – напряжение, подаваемое на вход устройства.
При начальном моменте времени, когда на схему приходит первая, допустим, положительная полуволна, диод входного каскада пропускает ее на свой конденсатор. Последний заряжается до амплитуды поступившего электричества. При второй отрицательной полуволне первый диод закрыт, а полупроводник второго каскада пускает ее к своему конденсатору, который также заряжается. Плюс к этому напряжение первого конденсатора, включенного последовательно со вторым, суммируется с последним и на выходе каскада получается уже удвоенное электричество.
На каждом последующем каскаде происходит то же самое – в этом принцип умножителя напряжения. И если просмотреть прогрессию до конца, то получается, что выходное электричество превосходит входное в энное количество раз. Но как и в трансформаторе, сила тока здесь будет уменьшаться при увеличении разности потенциалов – закон сохранения энергии также работает.
Схема построения умножителя
Вся цепь схемы собрана из нескольких звеньев. Одно звено умножителя напряжения на конденсаторе представляет собой выпрямитель однополупериодного типа. Для получения прибора необходимо иметь два последовательно соединенных звена, в каждом из которых есть диод и конденсатор. Такая схема является удвоителем электричества.
Графическое изображение устройства умножения напряжения в классическом варианте выглядит с диагональным положением диодов. От направления включения полупроводников зависит то, какой потенциал – отрицательный или положительный, будет присутствовать на выходе умножителя относительно его общей точки.
При объединении схем с отрицательным и положительным потенциалами на выходе устройства получается схема двухполярного удвоителя напряжения. Особенностью такого построения является то, что если измерить уровень электричества между полюсом и общей точкой и он превысит входное напряжение в 4 раза, то величина амплитуды между полюсами возрастет уже в 8 раз.
В умножителе общей точкой (которая соединена с проводом общим) будет та, где вывод питающего источника соединяется с выводом конденсатора, объединенного в группу с другими последовательно соединенными конденсаторами. В конце них берется выходное электричество на четных элементах – при четном коэффициенте, на нечетных конденсаторах, соответственно, при нечетном коэффициенте.
Накачка конденсаторов в умножителе
Иначе говоря, в устройстве умножителя постоянного напряжения происходит некоторый переходный процесс установления параметра на выходе соответствующего заявленному. Легче всего увидеть это на примере удвоения электричества. Когда через полупроводник D1 конденсатор C1 зарядится до полного значения, то в следующую полуволну он вместе с источником электричества одновременно заряжает второй конденсатор. C1 не успевает полностью отдать свой заряд C2, поэтому на выходе сперва не присутствует удвоенная разность потенциалов.
При третьей полуволне первый конденсатор подзаряжается и далее прикладывает потенциал к C2. Но напряжение на втором конденсаторе уже имеет встречное направление к первому. Поэтому выходной конденсатор подзаряжается не полностью. С каждым новым циклом электричество на элементе C1 будет стремиться к входному, напряжение C2 к удвоенному по величине.
Как рассчитать умножитель
Выполняя расчет устройства умножения, необходимо отталкиваться от исходных данных, которыми являются: нужный для нагрузки ток (In), напряжение на выходе (Uout), коэффициент пульсирования (Kp). Минимальная величина емкости элементов конденсаторов, выраженная в мкФ, определяется по формуле: С(n)=2,85*n*In/(Kp*Uout), где:
- n – число, во сколько раз увеличивается входное электричество;
- In – ток, протекающий в нагрузке (мА);
- Kp – коэффициент пульсирования (%);
- Uout – напряжение, полученное на выходе устройства (В).
Увеличивая полученную расчетами емкость в два или три раза, получают величину емкости конденсатора на входе схемы C1. Такой номинал элемента позволяет получить на выходе сразу полное значение напряжения, а не ждать, пока пройдет некоторое количество периодов. Когда работа нагрузки не зависит от скорости нарастания электричества до номинального на выходе, емкость конденсатора можно взять идентичную расчетным значениям.
Лучше всего для нагрузки, если коэффициент пульсаций умножителя напряжения на диодах не превышает величины 0,1 %. Удовлетворительным также является наличие пульсаций до 3 %. Все диоды схемы выбирают из расчета, чтобы они свободно могли выдержать силу тока, в два раза превышающую его значение в нагрузке. Формула расчета прибора с большой точностью выглядит так: n*Uin — (In*(n3 + 9*n2/4 + n/2)/(12 *f* C))=Uout, где:
- f – частота напряжения на входе устройства (Гц);
- C – конденсаторная емкость (Ф).
Преимущества и недостатки
Говоря о преимуществах умножителя напряжения, можно отметить следующие:
- Возможность получать на выходе значительные величины электричества – чем больше звеньев цепи, тем больший коэффициент умножения получится.
- Простота конструкции – все собрано на типовых звеньях и надежных радиоэлементах, редко выходящих из строя.
- Массогабаритные показатели – отсутствие громоздких элементов, таких как силовой трансформатор, уменьшают размеры и вес схемы.
Самый большой недостаток любой схемы умножителя в том, что невозможно получить при помощи его большой ток на выходе для питания нагрузки.
Заключение
Выбирая умножитель напряжения для конкретного устройства. важно знать, что симметричные схемы имеют лучшие параметры в плане коэффициента пульсаций, нежели несимметричные. Поэтому для чувствительных аппаратов целесообразнее использовать более стабильные умножители. Несимметричные простые в изготовлении, содержат меньше элементов.
Электронные трансформаторы быстро завоевали свое место на рынке. Сейчас они активно применяются не только по прямому назначению. В этой статье будут рассмотрены наиболее интересные способы применения электронных трансформаторов.
Электронный трансформатор можно использовать для реализации самых разных радиолюбительских конструкций. Он может служить мощным источником питания, схему которого мы рассмотрели в этой статье.
Итак, первая конструкция с применением электронного трансформатора - высоковольтный генератор. По сути, мы имитируем строчную развертку телевизора, за исключением задающей части. Строчный трансформатор и умножитель напряжения были взяты от отечественного телевизора.
ВНИМАНИЕ ОПАСНО!
К строчному трансформатору подключен умножитель, на выходе которого опасное напряжение, поэтому нужно соблюдать предельную осторожность, разрядить умножитель во время монтажных работ, использовать резиновые перчатки, не дотрагиваться высоковольтным выводам умножителя. Если не соблюдать все правила безопасности, то последствия могут быть трагическими, поскольку есть опасность поражения высоким напряжением (на выходе УН образуется постоянное напряжение 27-30кВ, мощность преобразователя в разы выше, чем заводская схема генератора в строчной развертке, поэтому напряжение опасно для жизни).
Вторая опасность заключается в том, что высокое напряжение такого номинала заряжает окружающий воздух, следовательно, делайте все опыты вдали от электронных устройств, желательно на пластмассовой поверхности.
В качестве подопытного блока был взят трансформатор Tashibra с мощностью 20 ватт. На плате трансформатора ничего не переделано.
Переделывать сточный трансформатор тоже не нужно, выходная обмотка электронного трансформатора напрямую подключают к строчному трансформатору. Общая схема подключения показана ниже
Второй высоковольтный вывод находится на катушке.
Умножитель напряжения - УН9/27-1 3, ниже приведена внутренняя схема этого умножителя.
Прежде, чем подключить устройство, проверьте еще раз монтаж всей схемы и соблюдения правил безопасности. Расставьте высоковольтные выводы умножителя так, чтобы расстояние пробоя было для начала 0,5см, затем постепенно можно увеличивать этот зазор.
Таким образом мы получаем простейший высоковольтный генератор, который в дальнейшем может пригодится для многих зрелищных опытов.
Вторая конструкция - зарядное устройство для мобильного телефона на основе ЭТ.
За основу взят тот же электронный трансформатор. Заводские зарядные устройства для мобильных телефонов стоят порядка 3-4$, оригинальные до 20. Такой способ позволит быстро переделать ЭТ под зарядное устройство для любого мобильника.
Для начала нужно выпрямить напряжение с трансформатора. Для этой цели можно использовать любые импульсные диоды FR107/207, HER208, UF4007, КД213 и любые другие с током 1 А и выше. Стабилитрон на 5,6 вольт, стабилизатор напряжения на 5 вольт (7805), сглаживающий конденсатор (220-1000мкФ) и штекер под свой телефон.
Выходной ток такого зарядного устройства 1А, стоит значительно дешевле заводского зарядника, но обладает неплохими характеристиками (по сравнению с китайскими зарядными устройствами, этот имеет массу достоинств - стабильное напряжение на выходе, большой выходной ток)
АКА КАСЬЯН Опубликована: 2012 г. 0 1
Вознаградить Я собрал 0 0
Читайте также: