multiplicadores de tensão. Esquema, descrição

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Multiplicadores de tensão

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O artigo descreve as principais variantes de multiplicadores de tensão usados em uma ampla variedade de dispositivos eletrônicos e fornece as taxas calculadas. Este material será de interesse de radioamadores envolvidos no desenvolvimento de equipamentos que utilizam multiplicadores.

Os multiplicadores são amplamente utilizados em dispositivos eletrônicos modernos. Eles são usados em equipamentos de televisão e médicos (fontes de tensão anódica para cinescópios, fonte de alimentação para lasers de baixa potência), em equipamentos de medição (osciloscópios, dispositivos para medir o nível e doses de radiação radioativa), em dispositivos de visão noturna e dispositivos de eletrochoque, dispositivos eletrônicos domésticos e de escritório (ionizadores, "candelabro de Chizhevsky", fotocopiadoras) e muitas outras áreas de tecnologia. Isso aconteceu devido às principais propriedades dos multiplicadores - a capacidade de gerar alta tensão, até várias dezenas e centenas de milhares de volts, com pequenas dimensões e peso. Outra vantagem importante é a facilidade de cálculo e fabricação.

O multiplicador de tensão consiste em diodos e capacitores conectados de uma certa maneira e é um conversor da tensão CA de uma fonte de baixa tensão em uma alta tensão CC.

O princípio de sua operação é claro na Fig. 1, que mostra um diagrama de um multiplicador de meia onda. Considere os processos que ocorrem nele em etapas.

Multiplicadores de tensão

Durante a ação do semiciclo negativo da tensão, o capacitor C1 é carregado através do diodo aberto VD1 até o valor da amplitude da tensão aplicada U. Quando uma tensão positiva do semiciclo é aplicada à entrada do multiplicador, o O capacitor C2 é carregado com uma tensão de 2Ua através do diodo aberto VD2. Durante o próximo estágio - o semiciclo negativo - o capacitor C3 é carregado através do diodo VD2 para uma tensão de 3U. E, finalmente, no próximo semiciclo positivo, o capacitor C2 é carregado com uma tensão de 4U.

É óbvio que o início do multiplicador ocorre em vários períodos de tensão alternada. A tensão de saída constante é a soma das tensões nos capacitores conectados em série e constantemente recarregados C2 e C4 e é 4Ua.

Mostrado na fig. 1 multiplicador refere-se a multiplicadores seriais. Existem também multiplicadores de tensão paralelos que requerem menos capacitância por estágio de multiplicação. Na fig. 2 mostra um diagrama de tal multiplicador de meia onda.

Multiplicadores de tensão

Os multiplicadores seriais mais comumente usados. Eles são mais versáteis, a tensão entre os diodos e capacitores é distribuída uniformemente e um número maior de etapas de multiplicação pode ser implementado. Têm suas próprias vantagens e multiplicadores paralelos. No entanto, sua desvantagem, como aumento da tensão nos capacitores com o aumento do número de estágios de multiplicação, limita seu uso a uma tensão de saída de cerca de 20 kV.

Na fig. As Figuras 3 e 4 mostram diagramas de multiplicadores de onda completa. As vantagens do primeiro (Fig. 3) incluem o seguinte: apenas a tensão de amplitude é aplicada aos capacitores C1, C3, a carga nos diodos é uniforme e uma boa estabilidade da tensão de saída é alcançada. O segundo multiplicador, cujo circuito é mostrado na Fig. 4. distinguem-se por qualidades como a possibilidade de fornecer alta potência, facilidade de fabricação, distribuição uniforme da carga entre os componentes, grande número de etapas de multiplicação.

Multiplicadores de tensão

A tabela mostra os valores típicos dos parâmetros e o escopo dos multiplicadores de tensão.

Multiplicadores de tensão

Ao calcular o multiplicador, você deve definir seus principais parâmetros: tensão de saída, potência de saída, tensão CA de entrada, dimensões necessárias, condições de operação (temperatura, umidade).

Além disso, algumas restrições devem ser levadas em consideração: a tensão de entrada não pode ser superior a 15 kV, a frequência da tensão alternada é limitada em 5 ... 100 kHz. tensão de saída - não mais que 150 kV, faixa de temperatura operacional de -55 a +125 * C e umidade - 0 ... 100%. Na prática, são desenvolvidos e usados multiplicadores com potência de saída de até 50 W, embora valores de 200 W ou mais sejam realisticamente alcançáveis.

A tensão de saída do multiplicador depende da corrente de carga. Desde que a tensão e frequência de entrada sejam constantes, ela é determinada pela fórmula: Uout = N · Nin - [1 (N3 + 9N2/4 + N/2)]/12FC, onde I é a corrente de carga. A; N é o número de estágios do multiplicador; F é a frequência da tensão de entrada. Hz; C é a capacitância do capacitor de estágio, f. Configurando a tensão de saída, corrente. frequência e número de etapas, a partir das quais a capacitância necessária do capacitor de etapa é calculada.

Esta fórmula é fornecida para calcular o multiplicador serial. Em paralelo, para obter a mesma corrente de saída, a capacitância necessária é menor. Portanto, se a capacitância em série for de 1000 pF, um multiplicador paralelo de três estágios exigirá uma capacitância de 1000 pF / 3 = 333 pF. Em cada estágio subseqüente de tal multiplicador, devem ser usados \uXNUMXb\uXNUMXbcapacitores com uma grande tensão nominal.

A tensão reversa nos diodos e a tensão operacional dos capacitores no multiplicador em série é igual ao balanço total da tensão de entrada.

Na implementação prática do multiplicador, atenção especial deve ser dada à escolha de seus elementos, sua colocação e materiais isolantes. O projeto deve fornecer isolamento confiável para evitar descarga corona, o que reduz a confiabilidade do multiplicador e leva à sua falha.

Se você deseja alterar a polaridade da tensão de saída, a polaridade dos diodos deve ser invertida.

Autor: D. Sadchenkov, Moscou

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