Moltiplicatore di tensione: principio di funzionamento, progettazione del circuito

Sempre più, i radioamatori si sono interessati ai circuiti di potenza basati sul principio della moltiplicazione della tensione. Questo interesse è associato alla comparsa sul mercato di condensatori miniaturizzati con una grande capacità e un aumento del costo del filo di rame, che viene utilizzato per avvolgere bobine di trasformatori. Un ulteriore vantaggio di questi dispositivi è la loro dimensione ridotta, che riduce significativamente le dimensioni finali dell'apparecchiatura progettata. E cos'è un moltiplicatore di tensione? Questo dispositivo è costituito da condensatori e diodi collegati. In sostanza, si tratta di un convertitore CA per una sorgente a bassa tensione in una tensione CC elevata. E perché abbiamo bisogno di un moltiplicatore di tensione corrente continua?

ambito di applicazione

Un tale dispositivo ha trovato ampia applicazione in apparecchiature televisive (nelle sorgenti di tensione anodica di tubi per immagini), in apparecchiature mediche (quando alimentano laser ad alta potenza), in apparecchiature di misurazione (strumenti di misurazione della radiazione, oscillografi). Inoltre, viene utilizzato nei dispositivi per la visione notturna, nei dispositivi di elettroshock, nelle apparecchiature per la casa e l'ufficio (fotocopiatrici), ecc. Il moltiplicatore di tensione ha guadagnato tale popolarità grazie alla possibilità di formare tensioni fino a decine e persino centinaia di migliaia di volt massa del dispositivo. Un altro importante vantaggio dei dispositivi citati è la facilità di produzione.

Tipi di schemi

I dispositivi considerati sono divisi in moltiplicatori simmetrici e asimmetrici del primo e del secondo tipo. Il moltiplicatore di tensione simmetrico si ottiene collegando due circuiti asimmetrici. Uno di questi circuiti modifica la polarità dei condensatori (elettroliti) e la conduttività dei diodi. Il moltiplicatore simmetrico ha le migliori prestazioni. Uno dei principali vantaggi è il doppio del valore della frequenza dell'ondulazione della tensione raddrizzata.

Principio di funzionamento

La foto mostra lo schema più semplice di un dispositivo a semionda. Considera il principio di funzionamento. Sotto l'azione di un semiperiodo di tensione negativo attraverso il diodo aperto D1, il condensatore C1 inizia a caricarsi al valore di ampiezza della tensione applicata. In quel momento, quando inizia il periodo dell'onda positiva, il condensatore C2 viene caricato (attraverso il diodo D2) a due volte il valore della tensione applicata. All'inizio della fase successiva del semiperiodo negativo, il condensatore C3 viene caricato - anche fino a due volte il valore di tensione, e quando viene modificato il semiperiodo, anche il condensatore C4 viene caricato al valore specificato. L'avvio del dispositivo viene eseguito per diversi periodi di tensione completi corrente alternata. L'uscita è una quantità fisica costante, che è la somma degli indici di tensione di condensatori C2 e C4 successivi, costantemente caricati. Di conseguenza, otteniamo un valore quattro volte maggiore dell'input. È con questo principio che il moltiplicatore di tensione funziona.

Schema di calcolo

Durante il calcolo è necessario impostare i parametri richiesti: tensione di uscita, potenza, tensione di ingresso alternata, dimensioni. Alcune limitazioni non devono essere trascurate: la tensione di ingresso non deve superare i 15 kV, la sua frequenza oscilla tra 5 e 100 kHz, il valore di uscita non deve superare 150 kV. In pratica, vengono utilizzati dispositivi con una potenza di uscita di 50 W, sebbene sia realistico progettare un moltiplicatore di tensione con un indicatore di uscita che si avvicina a 200 W. Il valore della tensione di uscita dipende dalla corrente di carico ed è determinato dalla formula:

U out = N * U in - (I (N3 + + 9N2 / 4 + N / 2)) / 12FC, dove

I è la corrente di carico;

N è il numero di passi;

F è la frequenza della tensione di ingresso;

C - capacità del generatore.

Pertanto, se si imposta il valore della tensione di uscita, corrente, frequenza e numero di stadi, è possibile calcolare il necessario capacità del condensatore.