Телеграфные ключи и манипуляторы от UR5CDX и M0EDX

\главная\р.л. конструкции\источники питания\...

Принципы построения и работы схем умножения напряжения.

В последнее время радиолюбители все чаще и чаще интересуются схемами питания построенным по принципу умножения напряжения. Причин этому можно назвать много, одни из самых главных – появление на рынке малогабаритных конденсаторов большой емкости и резкое удорожание медного провода, использовавшегося при намотке трансформаторов. Немаловажно и то, что схемы с умножением напряжения позволяют значительно снизить вес и габариты аппаратуры. Однако многие попытки выбора радиолюбителями таких схем заканчиваются неудачей, поскольку не соблюдаются несколько непременных условий для достаточно надежной и качественной работы таких, казалось бы, простых схем. Для того чтобы понять, как правильно выбрать схему и элементы умножителя, рассмотрим принципы работы таких устройств.

Схемы умножителей напряжения разделяются на симметричные и несимметричные. Для начала рассмотрим принцип работы и построения несимметричных схем. Несимметричные схемы умножителей подразделяются на два типа: Схемы умножителей первого рода и схемы умножителей второго рода.

Схема умножения первого рода представлена на рисунке.

В полупериод напряжения, когда в точке “А” имеется отрицательный потенциал относительно точки “F” конденсатор С1 будет заряжаться по цепи “F” -VD1 –“B” - С1 –“A” до амплитудного значения напряжения на входе схемы ( в точках “А” –“F”). Одновременно с зарядом С1 будет также заряжаться конденсатор С3 по цепи “F” –VD1 –“B” – VD2 – “C” - VD3 –“D” – C3 – “A” также до амплитудного значения напряжения на входе схемы. Также будут заряжаться и другие конденсаторы схемы умножения, которые могут быть и которые подключены одним выводом к точке “А”. Обратим внимание на то, что все эти конденсаторы заряжаются по цепочке последовательно соединенных диодов. Через диод VD1 течет ток заряда конденсаторов всех ступеней умножения, через диоды VD2, VD3 и далее – ток заряда всех остальных конденсаторов, подключенных одним выводом к точке “А”, кроме первого. Таким образом, через диоды в первоначальный момент проходят значительные токи заряда емкостей. Это необходимо учесть при выборе элементов для схемы умножения. Конденсаторы С2 и все которые могут быть в других ступенях и подключаются одним выводом к точке “F” в этот полупериод не заряжаются, поскольку оказываются шунтироваными парами диодов VD1-VD2, VD3-VD4 и далее VD(N)-VD(N+1).

С началом другого полупериода положительный потенциал будет в точке “А”. Поскольку конденсатор С1 уже заряжен до такого же потенциала, как максимальный Uo, то он оказываются включенным последовательно с источником питания и будут разряжаться по цепи “В” - VD2 –“С” - С2 –“F” – Источник – “А” . Поскольку конденсатор С2 был разряжен, то теперь он зарядится почти до удвоенного амплитудного напряжения Uo. “Почти” потому, что С1 за этот небольшой промежуток времени отдаст часть своего заряда конденсатору С2.

Если емкость конденсатора С1 намного больше емкости конденсатора С2, то С2 зарядится до удвоенного амплитудного значения напряжения Uo. Если емкости этих конденсаторов равны, то все равно, через несколько периодов напряжение на конденсаторе С2 достигнет удвоенного Uo. Аналогично, по цепи “D” –VD(N) – “E” - C(N) – “F” – Источник – “А” произойдет заряд конденсатора С(N) до удвоенного напряжения Uo.

В следующий полупериод напряжения конденсатор С2, заряженный до удвоеннного напряжения Uo, будет включен последовательно и по цепи “С” – VD3 –“D”- C3 – “А” – Источник – “F” зарядит конденсатор С3 почти до утроенного напряжения Uo. А конденсатор С1 будет подзаряжен до напряжения Uo.

В следующий полупериод конденсатор С2 будет заряжен так же как уже было описано, до удвоенного напряжения, а конденсатор С(N) будет заряжен по цепи D – VD(N) – E – C(N) –F – Источник – А – С3. Причем за счет утроенного напряжения на конденсаторе С3 и напряжения на входе конденсатор С(N) зарядится до учетверенного Uo. Если наращивать ступени умножения и дальше, их работа ничем не будет отличаться от работы первых стtпеней умножения. Следует отметить, что в один из полупериодов будут заряжаться конденсаторы, подключенные одним выводом к точке “А”, а в другой – конденсаторы, подключенные одним выводом к точке “F”, поэтому частота пульсаций на выходе схемы умножения первого рода равна частоте питающего напряжения.

Минимально допустимую величину конденсатора на выходе схемы умножения С(N) можно посчитать, исходя из заданного уровня пульсаций выпрямленного напряжения. Для начала определим сопротивление нагрузки:

Rн (Ком) = Uвых (В) / Iн (mA)

Для питания анодной цепи усилителя мощности на 3-х ГУ-50 зададим: напряжение на выходе умножителя 1200 Вольт при токе 400 мА.

Подставляя данные в формулу, получим сопротивление нагрузки выпрямителя Rн = 3 Ком.

(Далее все практические расчеты будут сделаны именно для усилителя этого типа.)

Теперь определим емкость конденсатора на выходе схемы умножения.

С(n) = 5,7 / Kп* Rн ( мкф)

Для усилителей мощности КВ радиостанций, работающих в телеграфном режиме, коэффициент пульсаций выбирается в пределах 0,5 – 3,0 % Для передатчиков ,работающих в SSB коэффициент пульсаций должен быть значительно ниже. Выберем Кп = 0, 1% , тогда: С(n) = 19 мкф (выберем 20 мкф)

Для того, чтобы получить как можно более пологую статическую характеристику важно соблюдать определенные пропорции в емкостях конденсаторов, которые обеспечат равенство энергий, накапливаемых каждым конденсатором при работе на реальную нагрузку. Наилучшие результаты дает ряд емкостей, для которого:

С(N) = M * С(n)

Где: C(N) –емкость конкретного конденсатора, С(n) – емкость конденсатора на выходе схемы, М – коэффициент увеличения емкости, определяемый по таблице:

Номер конденсатора по схеме

Кратность умножения напряжения

Конкретный номинал для усилителя на 3- х лампах ГУ- 50 при Uвых =1200В Iвых =0,4А

5

4

3

2

С1

25

16

9

4

320 Х 300 В

С2

6,25

4

2,25

1

80 Х 600 В

С3

2,78

1,78

1

-

35,6 Х 900 В

С4

1,56

1

-

-

20 Х 1200 В

С5

1

-

-

-

-

Несимметричная схема умножения второго рода. 

Принцип работы этого умножителя аналогичен работе умножителя первого рода.

Основное отличие заключается в том, что в этой схеме все конденсаторы за исключением С1 заряжаются только до удвоенного напряжения Uo. Конденсатор С1 заряжается только до Uo. Таким образом рабочее напряжение конденсаторов и диодов в умножителе напряжения второго рода может быть значительно ниже, чем в умножителе первого рода. “Пусковой” ток через диоды в этой схеме тоже меньше, поскольку определяется емкостью только одного конденсатора С1. Диоды могут быть выбраны с током

Iпр. = 2,1 * Iн = 2,1 * 0,4 = 0, 82 А

Необходимая емкость конденсаторов в этой схеме определяется по формуле:

С (мкф) = 2,85 * N / Кп*Rн = 2,85* 4 / 3*0,1 = 38 мкф

Несмотря на увеличение каждой емкости в два раза, общая емкость конденсаторов в такой схеме будет меньше, при тех же пульсациях. Необходимо только увеличить емкость конденсатора С1 в 4 раза по сравнению с остальными. Хотя в большинстве случаев достаточно и двух-трехкратное увеличение емкости конденсатора С1.

О включении нагрузки в такой схеме: При четном количестве ступеней умножения (например 2,4,6,8 и т.д.) напряжение на нагрузку снимается с конденсаторов с четными номерами ( точки “С” “Е” и т.д.) Если необходимо получить нечетное количество ступеней умножения (3,5,7 и т.д.) Нагрузка подключается к конденсаторам с нечетными номерами (точки “А”, “D” и т.д.

Симметричные схемы умножителей напряжения.

Симметричная схема умножения напряжения получается, если применить две несимметричных схемы, у одной из которых необходимо сменить полярность электролитических конденсаторов и изменить проводимость диодов.

Симметричные схемы обладают теми же свойствами, но лучшими характеристиками. Немаловажное достоинство симметричных схем – удвоенная частота пульсаций выпрямленного напряжения.

Практические схемы умножителей напряжения:

Схемы самые обычные, слева схема симметричного удвоителя, справа –схема несимметричного удвоителя. Как видно эту схему удвоения можно отнести и к 1-му роду и ко 2-му роду одновременно.

Внизу схема умножения напряжения первого рода, вверху - схемы умножения второго рода. Схемы с нечетной кратностью умножения не могут быть полностью симметричными.

Слева (вверху и внизу) схемы умножения первого рода, справа вверху – схема умножения второго рода. Справа внизу – схема симметричного умножителя на 4.

Умножитель на 6 представляет собой схему умножения второго рода, умножитель на 8 – два последовательно включенных умножителя на 4 первого рода. Если вам нужно получить степень умножения 5 или 7 можно подключить нагрузку к верхнему диоду с левой стороны.

Разнообразие схем удвоителей очень велико. Зная основные принципы их построения, можно строить умножители различной кратности умножения.

Всего вам доброго!

73! Н.Филенко (UA9XBI)



Глас народа
11.10.2015 13:30 19 декабря 2014 г. в 12:45 ПАЗ наверх какие емкости нужны на...  -- 
19.12.2014 12:45 какие емкости нужны на увоения 48 в 0,02 а...  --  ПАЗ
19.12.2014 12:42 какие емкости нужны на увоения 48 в 0,02 а...  --  ПАЗ
16.11.2014 14:49 А можно ли ипользовать удвоитель напряжения для больших токов? У ...  --  Igor
29.08.2013 23:11 какие ёмкости нужно для умножения на6...  -- 
16.08.2013 15:08 Кто подскажет,какие емкости нужно на умножитель на 6(1800В 0,6А)...  -- 
26.07.2013 18:22 Немного переделанные формулы пульсаций для удобства: Однополупер...  --  ramon13
22.01.2013 19:49 люди собираю колонку нужно 12 вольт а батарейка выдаёт 3.7 в и 10...  --  alex
15.08.2012 07:40 То есть несимметричный не в два раза хуже симметричного, как в ст...  --  ramon13
15.08.2012 07:33 Правильные формулы для пульсаций с учетом частоты. Несимметрич...  --  ramon13
14.06.2012 15:26 да очень правильно описано ,схемы практичные но нет советов по ...  --  мудровски
06.06.2012 00:20 как мне получить из 12 вольт 18- 20 вольт ? Это нужно чтобы заря...  --  Даглар
10.12.2011 18:23 Ну если быть точным то удвоитель на самом деле умножает напряжени...  --  Дмитрий
01.07.2011 12:08 При помощи умножителя как можно увеличить наприяжение 1.5 раза ...  --  константин
26.05.2011 19:09 Как использовать мост KBPC 3510 в данных схемах?...  --  cluwe
06.08.2010 00:06 спасибо за статью, весьма полезно, надеюсь, пригодится. однако, в...  --  alxcube
11.06.2010 08:05 Можно ли увеличить выходную мощность сварочного транса при помощ ...  --  Pyup
28.04.2010 02:07 vi mogte pamagat mne formulami raschot umnagitela napryagenie...  --  davit
29.03.2010 10:14 Очень интересно - какую мощность может отдать схема с умножением ...  -- 
11.11.2009 21:32 Спасибо! Углядел путь сэкономить на очень высоковольтных емкостях...  --  Sasuke
16.07.2009 12:33 ee...  -- 
15.07.2009 11:59 Как выглядит схема однополупериодного удвоителя напряжения? Как в...  --  zbar
06.01.2009 02:53 А.. Это Вы о частоте :) Тогда прошу прощения:) Я думал,что о схем...  --  Rom
06.01.2009 02:51 Как это не играет??! Мне, например, помогла чрезвычайно! Не на ра...  --  Rom
07.08.2008 15:28 Нафига, если она роли не играет???!!!!...  --  Оша
20.04.2005 16:43 Так мы ж в России живем, а не в Америке....  --  ra1qfv
07.06.2004 04:38 Статья хорошая. Ясно, Четко, Достаточно и по делу....  --  vladimir
13.01.2004 15:38 А почему нигде в расчетах не фигурирует частота входного сигнала?...  --  Дмитрий

Возврат