Spänningsmultiplikatorer

Spänningsmultiplikatorer är kretsarna där vi får mycket hög likspänning från den låga växelspänningsförsörjningen, en spänningsmultiplikatorkrets genererar spänning i multipel av toppingångsspänningen på växelström, som om toppspänningen för växelspänningen är 5 volt, får vi 15 volt DC vid utgången, i fallet med Voltage Tripler-krets. Multimeter läser bara RMS-värdet (rotens medelvärde) för växelspänningen, vi måste multiplicera RMS-värdet till 1,414 (rot 2) för att få toppvärdet.

Generellt finns transformatorer för att öka spänningen, men ibland är transformatorer inte möjliga på grund av deras storlek och kostnad. Spänningsmultiplikatorkretsar kan byggas med få dioder och kondensatorer, därför är de billiga och mycket effektiva i jämförelse med transformatorer. Spänningsmultiplikatorkretsar liknar likriktarkretsar som används för att omvandla växelström till likström, men spänningsmultiplikatorkretsar omvandlar inte bara växelström till likström utan kan också generera mycket hög likströmsspänning.

Dessa kretsar är mycket användbara där hög likspänning behöver genereras med låg växelspänning och låg ström krävs, som i mikrovågsugnar, CRT-skärmar (katodstrålerör) i TV och datorer. CRT-skärm kräver hög likspänning med låg ström.

Fullvågsspänningsdubblare

Som namnet antyder fördubblas ingångsspänningen genom denna krets. Funktionen är fullvågsspänningsfördubblare är mycket enkel:

Under den positiva halvcykeln av sinusformad våg av växelström blir dioden D1 förspänd framåt och D2 blir omvänd förspänd, så kondensatorn C1 laddas genom D1 till sinusvågens toppvärde (Vpeak). Och under den negativa halvcykeln av sinusvåg är D2 förspänd och D1 vördad förspänd, så kondensator C2 får laddning genom D2 till Vpeak.

Nu laddas båda kondensatorerna till Vpeak så att vi får 2 Vpeak (Vpeak + Vpeak), över C1 och C2, utan belastning ansluten. Den har fått sitt namn efter Full Wave-likriktaren.

Halvvågsspänningsdubblerkrets

Tidigare har vi också skapat Voltage Doubler-krets, med 555 timer i Astable-läge och en DC-källa. Den här gången använder vi 220v AC och 9-0-9 transformator för att trappa ner 220v AC, så att vi kan visa spänningsmultiplikatorn på panelen.

Under den första positiva halvcykeln av sinusformad våg (AC) blir dioden D1 förspänd framåt och kondensatorn C1 laddas genom D1. Kondensator C1 laddas upp till AC-spänning, dvs. Vpeak.

Under sinusvågens negativa halvcykel leder Diode D2 och D1 förspänd. D1 blockerar urladdningen av kondensatorn C1. Nu laddar kondensatorn C2 med den kombinerade spänningen för kondensatorn C1 (Vpeak) och den negativa toppen av växelspänningen som också är Vpeak. Så kondensatorn C2 laddas upp till 2Vpeak volt. Följaktligen är spänningen över kondensatorn C2 två gånger Vpeak för AC.

I nästa positiva cykel släpps kondensatorn C2 ut i lasten, om belastningen är ansluten, och laddas igen i nästa cykel. Så vi kan se att det laddas i en cykel och urladdas i nästa cykel, så krusningsfrekvensen är lika med insignalens frekvens, dvs. 50 Hz (AC-nät).

Spänning Tripler Circuit

För att bygga spännings-triplerkretsen behöver vi bara lägga till ytterligare 1 diod och kondensator till ovanstående halvvågsspänningsdubblerkrets enligt kretsschemat nedan.

Som vi har sett i spänningsdubblerkretsen laddas kondensatorn C1 i första positiva halvcykeln till Vpeak och kondensatorn C2 laddas till 2Vpeak i den negativa halvcykeln.

Nu under den andra positiva halvcykeln leder dioder D1 och D3 och D2 blir omvänd förspänd. På detta sätt laddar kondensator C2 kondensatorn C3 upp till samma spänning som sig själv, vilket är 2 Vpeak.

Nu är kondensatorn C1 och C3 i serie och spänningen över C1 är Vpeak och spänningen över C3 är 2 Vpeak, så spänningen över seriekopplingen av C1 och C3 är Vpeak + 2Vpeak = 3 Vpeak, och vi får tredubbla ingångsspänningen Vpeak volt.

Spänning fyrdubbla kretsar

Eftersom vi har byggt spännings-triplerkrets genom att lägga till en diod och kondensator i halvvågsspänningsdubblerkretsen, behöver vi bara lägga till ytterligare en diod och kondensator till spännings-triplerkretsen, för att bygga spänningen fyrdubbla kretsen (4 gånger ingångsspänningen).

Vi har sett i spänning Tripler-krets, att kondensator C1 laddas till Vpeak i första positiva halvcykeln, C2 laddas till 2Vpeak i negativ halvcykel och C3 laddas också till 2Vpeak i andra positiva halvcykel.

Nu under den andra negativa halvcykeln leder dioderna D2 och D4, och kondensatorn C4 laddas till 2Vpeak, av kondensatorn C3 som också är vid 2 Vpeak. Och vi får fyra gånger Vpeak (4Vpeak), över kondensatorn C2 och C4, eftersom båda kondensatorerna är på 2 Vpeak.

I spänningsmultiplikatorkretsar är praktiskt taget inte spänningen exakt multipeln av toppspänningen, den resulterande spänningen är mindre än multiplarna på grund av något spänningsfall över dioderna, så den resulterande spänningen skulle vara:

Vout = Multiplikator * Vpeak - spänningar sjunker över dioder

Nackdelen med denna typ av multiplikatorkretsar är hög rippelfrekvens och det är mycket svårt att jämna ut effekten, även om det stora värdet på kondensatorer kan hjälpa till att minska krusningen. Och fördelen med kretsen är att vi kan generera mycket hög spänning från en lågspänningskälla.

Vi kan generera mycket högre spänning och kan få 5 gånger, 6 gånger, 7 gånger och mer, spänningen för Peak AC-spänningen, genom att lägga till fler dioder och kondensatorer. Vi kan också generera den höga negativa spänningen genom att bara vända polariteten hos dioder och kondensatorer i denna krets. Teoretiskt kan vi multiplicera spänningen oändligt men praktiskt taget är det inte möjligt på grund av kondensatorkapacitans, låg ström, hög krusning och många andra faktorer.

Video:

Anmärkningar:

Spänningen kommer inte att multipliceras omedelbart men den kommer att öka långsamt och efter en tid kommer den att ställas in på Thrice of input voltage.
Kondensatorernas spänning ska vara minst dubbelt så stor som ingångsspänningen.
Utgångsspänningen är inte exakt multipel av ingångsspänningen, den kommer att vara mindre än ingångsspänningen.