Feszültség szorzók

A feszültségszorzók azok az áramkörök, ahol nagyon magas egyenfeszültséget kapunk az alacsony váltakozó feszültségű tápfeszültségből, egy feszültségszorzó áramkör feszültséget generál az AC csúcs bemenő feszültségének többszörösében, például ha az AC feszültség csúcsfeszültsége 5 volt, akkor 15 Volt DC a kimeneten, Voltage Tripler áramkör esetén. A multiméter csak az AC feszültség RMS (root mean voltage) értékét olvassa le, az RMS értékét meg kell szorozni 1,414-re (2. gyökér), hogy megkapjuk a csúcsértéket.

Általában a transzformátorok vannak a feszültség növelésére, de néha a transzformátorok méretük és költségük miatt nem megvalósíthatók. A feszültségszorzó áramkörök kevés dióda és kondenzátor felhasználásával építhetők fel, ezért olcsók és nagyon hatékonyak a transzformátorokhoz képest. A feszültségszorzó áramkörök meglehetősen hasonlítanak az egyenirányító áramkörökhöz, amelyeket váltakozó áramú DC-vé alakítanak át, de a feszültség-szorzó áramkörök nem csak átalakítják az AC-t egyenárammá, hanem nagyon NAGY DC-feszültséget is képesek létrehozni.

Ezek az áramkörök nagyon hasznosak ott, ahol nagy DC feszültséget kell létrehozni alacsony váltakozó feszültség mellett, és alacsony áramra van szükség, például mikrohullámú sütőknél, CRT (katódsugárcsövek) monitoroknál a tévében és a számítógépekben. A CRT monitor nagy DC feszültséget igényel alacsony áram mellett.

Teljes hullámú feszültségkétszer

Ahogy a neve is jelzi, a bemeneti feszültség megduplázódik ezen az áramkörön keresztül. A művelet a teljes hullámú feszültség duplázó nagyon egyszerű:

Az AC szinuszos hullámának pozitív félciklusa alatt a D1 dióda előre torzul, a D2 pedig megfordul, így a C1 kondenzátor a D1-en keresztül töltődik a szinusz hullám csúcsértékéig (Vpeak). A szinusz hullám negatív félciklusa alatt a D2 előre torzul, a D1 pedig előfeszített, így a C2 kondenzátor töltést kap a D2-en keresztül a Vpeak felé.

Most mindkét kondenzátort Vpeak-ra töltik, így megkapjuk a 2 Vpeak-ot (Vpeak + Vpeak), a C1-en és a C2-n keresztül, terhelés nélkül. Nevét a Full wave egyenirányítóról kapta.

Félhullámú feszültség duplázó áramkör

Korábban hoztuk létre a Voltage Doubler áramkört is, 555 időzítővel, Astable módban, és egyenáramú forrással. Ezúttal a 220 V AC és a 9-0-9 transzformátorokat használjuk a 220 V AC csökkentésére, hogy a feszültségszorzót kenyérlapon tudjuk bemutatni.

A szinuszos hullám (AC) első pozitív félciklusa alatt a D1 dióda előre torzul, és a C1 kondenzátor feltöltődik a D1-en keresztül. A C1 kondenzátor feltöltődik az AC csúcsfeszültségéig, azaz Vpeakig.

A szinusz hullám negatív félciklusa alatt a D2 dióda vezet, a D1 pedig fordított torzítással. A D1 blokkolja a C1 kondenzátor kisütését. Most a C2 kondenzátor a C1 kondenzátor (Vpeak) együttes feszültségével és az AC feszültség negatív csúcsával töltődik fel, amely szintén Vpeak. Tehát a C2 kondenzátor 2V csúcsfeszültségig töltődik. Ezért a C2 kondenzátor feszültsége kétszerese az AC változójának.

A következő pozitív ciklusban a C2 kondenzátor kisül a terhelésbe, ha a terhelés csatlakoztatva van, és a következő ciklusban újratöltődik. Tehát láthatjuk, hogy egy ciklusban feltöltődik, és a következő ciklusban kisül, tehát a hullámosság frekvenciája megegyezik a bemeneti jel frekvenciájával, azaz 50 Hz (AC hálózati).

Feszültség Tripler áramkör

A feszültség Tripler áramkör kiépítéséhez csak hozzá kell adnunk még 1 diódát és kondenzátort a fenti félhullámú feszültség-duplázó áramkörhöz az alábbi kapcsolási rajz szerint.

Amint azt a feszültségkettős áramkörben láthattuk, hogy az első pozitív félciklusban a C1 kondenzátor feltöltődik a Vpeak-ra, és a C2 kondenzátor 2V-csúcsra töltődik a negatív félciklusban.

A második pozitív fél ciklus alatt a D1 és D3 dióda vezet, a D2 pedig fordított torzítású lesz. Ily módon a C2 kondenzátor feltölti a C3 kondenzátort ugyanolyan feszültségre, mint maga 2 Vpeak.

Most a C1 és C3 kondenzátor sorban van, és a C1 feszültség Vpeak, a C3 feszültség pedig 2 Vpeak, tehát a C1 és C3 soros csatlakozáson a feszültség Vpeak + 2Vpeak = 3 Vpeak, és megkapjuk a bemenet háromszorosát Vpeak volt.

Feszültség négyszeres áramkör

Mivel a Tripler feszültség áramkört úgy építettük fel, hogy egy diódát és kondenzátort adtunk a félhullám feszültség duplázó áramkörébe, ismét csak egy diódát és kondenzátort kell hozzáadnunk a Voltage Tripler áramkörhöz, hogy megépítsük a Voltage Quadruple áramkört (a bemeneti feszültség négyszerese).

Láttuk a Tripler feszültség áramkörében, hogy a C1 kondenzátor az első pozitív fél ciklusban feltöltődött a Vpeak-ra, a C2 negatív fél ciklusban 2 V-csúcsra volt töltve, és a második pozitív fél ciklusban a C3 is 2V-csúcsra volt töltve.

A második negatív félciklus alatt a D2 és D4 dióda vezet, és a C4 kondenzátort a 2V-csúcsba tölti a C3 kondenzátor, amely szintén 2 V-os csúcson van. Négyszeres Vpeak (4Vpeak) értéket kapunk a C2 és C4 kondenzátoron, mivel mindkét kondenzátor 2 Vpeak-on van.

A feszültség szorzó áramkör gyakorlatilag a feszültség nem pontosan többszöröse a csúcs feszültség, ami a feszültség kisebb, mint a többszöröse, mert néhány feszültségesés a diódák, így a keletkező feszültség lenne:

Vout = szorzó * Vpeak - a diódákon csökken a feszültség

Az ilyen típusú szorzó áramkörök hátránya a magas hullámosság frekvencia, és nagyon nehéz a kimenetet simítani, bár a kondenzátorok nagy értékének használata csökkentheti a hullámzást. Az áramkör előnye, hogy kisfeszültségű áramforrásból nagyon magas feszültséget tudunk előállítani.

Sokkal nagyobb feszültséget tudunk előállítani, és több dióda és kondenzátor hozzáadásával megkapjuk a csúcs AC feszültségének ötszörösét, hatszorosát, 7-szeresét és még többet. A nagy negatív feszültséget úgy is előállíthatjuk, hogy éppen megfordítjuk a diódák és kondenzátorok polaritását ebben az áramkörben. Elméletileg végtelenül meg tudjuk szorozni a feszültséget, de gyakorlatilag ez nem lehetséges a kondenzátorok kapacitása, az alacsony áram, a magas hullámzás és sok más tényező miatt.

Videó:

Megjegyzések:

• A feszültség nem növekszik azonnal, de lassan növekszik, és egy idő után a bemeneti feszültség háromszorosára áll.
• A kondenzátorok névleges feszültségének legalább a bemeneti feszültség kétszeresének kell lennie.
• A kimeneti feszültség nem pontosan a csúcs bemeneti feszültségének többszöröse, kisebb lesz, mint a bemeneti feszültség.