عند حل مشاكل الدائرة ، هناك أوقات يكون فيها من الضروري الابتعاد عن استخدام المحولات لزيادة جهد الخرج. غالبًا ما يكون السبب في ذلك هو استحالة تضمين محولات الصعود في الأجهزة نظرًا لمؤشرات الوزن والحجم. في مثل هذه الحالة ، يكون الحل هو استخدام دائرة مضاعفة.
تعريف مضاعف الجهد
الجهاز ، الذي يعني مضاعف الكهرباء ، هو دائرة تسمح لك بتحويل التيار المتردد أو الجهد النبضي إلى تيار مستمر ، ولكن بقيمة أعلى. تتناسب الزيادة في قيمة المعلمة عند خرج الجهاز بشكل مباشر مع عدد مراحل الدائرة. اخترع العلماء Cockcroft و W alton أكثر مضاعف الجهد الأساسي في الوجود.
المكثفات الحديثة التي طورتها صناعة الإلكترونيات تتميز بالحجم الصغير والسعة الكبيرة نسبيًا. أتاح ذلك إمكانية إعادة بناء العديد من الدوائر وإدخال المنتج في أجهزة مختلفة. تم تجميع مضاعف الجهد على الثنائيات والمكثفات المتصلة بترتيبها الخاص.
بالإضافة إلى وظيفة زيادة الكهرباء ، تقوم المضاعفات بتحويلها في نفس الوقت من التيار المتردد إلى التيار المستمر. هذا مناسب من حيث أن الدوائر العامة للجهاز مبسطة وتصبح أكثر موثوقية ومضغوطة. بمساعدة الجهاز يمكن تحقيق زيادة تصل إلى عدة آلاف من الفولتات
مكان استخدام الجهاز
وجد المضاعفون تطبيقاتهم في أنواع مختلفة من الأجهزة ، وهي: أنظمة ضخ الليزر ، وأجهزة إشعاع موجات الأشعة السينية في وحدات الجهد العالي الخاصة بهم ، لإضاءة شاشات الكريستال السائل ، والمضخات من النوع الأيوني ، ومصابيح الموجة المتنقلة ، مؤينات الهواء ، والأنظمة الكهروستاتيكية ، ومسرعات الجسيمات ، وآلات النسخ ، وأجهزة التلفزيون ، وأجهزة الذبذبات المزودة بمناظير حركية ، وكذلك حيث يلزم وجود تيار كهربائي مرتفع ومنخفض التيار.
مبدأ مضاعف الجهد
لفهم كيفية عمل الدائرة ، من الأفضل إلقاء نظرة على تشغيل ما يسمى بالجهاز العالمي. هنا لم يتم تحديد عدد المراحل بالضبط ، ويتم تحديد الكهرباء الناتجة عن طريق الصيغة: nUin=Uout ، حيث:
- n هو عدد مراحل الدائرة الموجودة ؛
- Uin هو الجهد المطبق على مدخلات الجهاز.
في اللحظة الأولى من الوقت ، عندما تأتي الموجة النصف الموجبة الأولى ، على سبيل المثال ، إلى الدائرة ، يمررها الصمام الثنائي لمرحلة الإدخال إلى مكثفها. هذا الأخير مشحون بسعة الكهرباء الواردة. مع ثاني سلبينصف موجة ، يتم إغلاق الصمام الثنائي الأول ، ويتيح أشباه الموصلات في المرحلة الثانية الانتقال إلى مكثفها ، المشحون أيضًا. بالإضافة إلى ذلك ، يتم إضافة جهد المكثف الأول ، المتصل على التوالي مع الثاني ، إلى الأخير ويتم مضاعفة إنتاج السلسلة بالفعل.
يحدث الشيء نفسه في كل مرحلة لاحقة - هذا هو مبدأ مضاعف الجهد. وإذا نظرت إلى التقدم حتى النهاية ، فقد تبين أن الكهرباء الناتجة تتجاوز المدخلات بعدد معين من المرات. ولكن كما هو الحال في المحولات ، فإن القوة الحالية هنا ستنخفض مع زيادة فرق الجهد - يعمل قانون حفظ الطاقة أيضًا.
مخطط لبناء مضاعف
يتم تجميع سلسلة الدائرة بأكملها من عدة روابط. أحد روابط مضاعف الجهد على المكثف هو مقوم من نوع نصف الموجة. للحصول على الجهاز ، من الضروري أن يكون لديك رابطان متصلان بالسلسلة ، يحتوي كل منهما على صمام ثنائي ومكثف. هذه الدائرة هي مضاعف للكهرباء
التمثيل الرسومي لجهاز مضاعف الجهد في الإصدار الكلاسيكي يبدو مع الموضع القطري للثنائيات. يحدد اتجاه التبديل على أشباه الموصلات أي جهد - سلبي أو إيجابي - سيكون موجودًا عند خرج المضاعف بالنسبة للنقطة المشتركة.
من خلال الجمع بين الدوائر ذات الإمكانات السلبية والإيجابية ، يتم الحصول على دائرة مضاعفة الجهد ثنائي القطب عند خرج الجهاز. ميزة هذا البناء هي أنه إذا قمت بقياس المستوىالكهرباء بين القطب والنقطة المشتركة وتتجاوز جهد الدخل بمقدار 4 مرات ، ثم يزداد مقدار السعة بين القطبين بمقدار 8 مرات.
في المضاعف ، ستكون النقطة المشتركة (المتصلة بالسلك المشترك) هي النقطة التي يتم فيها توصيل خرج مصدر الإمداد بإخراج مكثف مجمّع مع مكثفات أخرى متصلة بالسلسلة. في نهايتها ، يتم أخذ الكهرباء الناتجة على العناصر الزوجية - بمعامل زوجي ، على المكثفات الفردية ، على التوالي ، بمعامل فردي.
مكثفات الضخ في المضاعف
بمعنى آخر ، في جهاز مضاعف الجهد الثابت ، هناك عملية عابرة معينة لتعيين معلمة الإخراج المقابلة للمعلنة المعلنة. أسهل طريقة لمعرفة ذلك هي مضاعفة الكهرباء. عندما ، من خلال أشباه الموصلات D1 ، يتم شحن المكثف C1 إلى قيمته الكاملة ، ثم في نصف الموجة التالية ، مع مصدر الكهرباء ، يقوم بشحن المكثف الثاني في نفس الوقت. ليس لدى C1 الوقت للتخلي عن شحنتها بالكامل لـ C2 ، لذلك لا يوجد فرق جهد مزدوج في المخرجات في البداية.
عند نصف الموجة الثالثة ، يُعاد شحن المكثف الأول ثم يطبق جهدًا على C2. لكن الجهد على المكثف الثاني له بالفعل اتجاه معاكس للاتجاه الأول. لذلك ، لا يتم شحن مكثف الخرج بالكامل. مع كل دورة جديدة ، ستميل الكهرباء الموجودة في عنصر C1 إلى المدخلات ، وسيتضاعف حجم الجهد C2.
كيفحساب المضاعف
عند حساب جهاز الضرب ، من الضروري البدء من البيانات الأولية ، وهي: التيار المطلوب للحمل (In) ، جهد الخرج (Uout) ، معامل التموج (Kp). يتم تحديد الحد الأدنى لقيمة السعة لعناصر المكثف ، معبراً عنها في uF ، بواسطة الصيغة: С (n)=2 ، 85nIn / (KpUout) ، حيث:
- n هو عدد المرات التي يتم فيها زيادة الكهرباء المدخلة ؛
- In - التيار المتدفق في الحمل (مللي أمبير) ؛
- Kp - عامل النبض (٪) ؛
- Uout - استقبال الجهد عند خرج الجهاز (V).
زيادة السعة التي يتم الحصول عليها عن طريق الحسابات بمقدار مرتين أو ثلاث مرات ، يحصل المرء على قيمة سعة المكثف عند مدخل الدائرة C1. تسمح لك قيمة العنصر هذه بالحصول على القيمة الكاملة للجهد على الفور عند الخرج ، ولا تنتظر حتى يمر عدد معين من الفترات. عندما لا يعتمد عمل الحمل على معدل ارتفاع الكهرباء إلى الناتج الاسمي ، يمكن اعتبار سعة المكثف مطابقة للقيم المحسوبة.
الأفضل للحمل إذا كان عامل التموج لمضاعف جهد الصمام الثنائي لا يتجاوز 0.1٪. كما أن وجود تموجات تصل إلى 3٪ يعد أمرًا مرضيًا. يتم اختيار جميع الثنائيات في الدائرة من الحساب بحيث يمكنها تحمل قوة التيار بضعف قيمتها في الحمل بحرية. تبدو صيغة حساب الجهاز بدقة عالية كما يلي: nUin - (In(n3 + 9n2 / 4 + n / 2) / (12fC))=Uout ، حيث:
- f - تردد الجهد عند إدخال الجهاز (هرتز) ؛
- C - سعة المكثف (F).
الفوائد وعيوب
بالحديث عن مزايا مضاعف الجهد نلاحظ ما يلي:
القدرة على الحصول على كميات كبيرة من الكهرباء عند الخرج - فكلما زاد عدد الروابط في السلسلة ، زاد عامل الضرب
- بساطة التصميم - يتم تجميع كل شيء على روابط قياسية وعناصر راديو موثوقة نادراً ما تفشل.
- الوزن - يؤدي عدم وجود عناصر ضخمة مثل محول الطاقة إلى تقليل حجم ووزن الدائرة.
أكبر عيب في أي دائرة مضاعفة هو أنه من المستحيل الحصول على تيار خرج كبير منها لتشغيل الحمل.
الخلاصة
اختيار مضاعف الجهد لجهاز معين. من المهم معرفة أن الدوائر المتوازنة لها معايير أفضل من حيث التموج من تلك غير المتوازنة. لذلك ، بالنسبة للأجهزة الحساسة ، من الأنسب استخدام مضاعفات أكثر استقرارًا. غير متماثل ، سهل الصنع ، يحتوي على عدد أقل من العناصر.
