Как удвоить напряжение постоянного тока
Перейти к содержимому

Как удвоить напряжение постоянного тока

  • автор:

Схема удвоителя напряжения из диодов и конденсаторов, как можно увеличить переменное напряжение вдвое.

характеристики выходной мощности тока напряжения после удвоителя напряжения

Данная простая схема удвоителя, а если еще точнее говоря, то почти утроителя напряжения будет весьма полезна именно в тех случаях, когда у вас имеется трансформатор с пониженным напряжением, а на выходе нужно получить раза в два, два с половиной больше. Например, когда разбираешь какую нибудь старую электротехнику, то можно из нее вытащить силовой трансформатор. Когда же начинаешь на нем измерять выходное напряжение, то оказывается, что оно где-то 6, 7, 8 вольт. Хотя зачастую применяется 12, реже 15, и 24 вольта. Вот и поставив на выходную обмотку эту схему удвоителя напряжения мы из более низкого переменного напряжения можем получить более высокое, которое нам необходимо.

характеристики тока и напряжения после удвоителя переменного напряжения

Но, не все так просто в этой схеме. Закона сохранения энергии никто не отменял. То есть, наш трансформатор имеет максимальную выходную мощность, которая равна напряжение выходной обмотки в вольтах умноженное на силу максимального тока в амперах, который может обеспечить эта вторичная обмотка. Когда же мы к этой выходной обмотке подключим наш диодо-конденсаторный удвоитель напряжения, то на его выходе будет увеличенное напряжение, но это произойдет за счет уменьшения силы тока на выходе. Следовательно повышение напряжения происходит за счет увеличенного потребления тока с выхода трансформатора.

Теперь разберемся в конкретных потерях этого тока. Потеря будет приблизительно равна больше чем 50%. То есть, на выходе удвоителя можно реально получить где-то 35-45% от 100%, что может обеспечить выходная обмотка трансформатора. Другими словами говоря. Если наш трансформатор при своем небольшом напряжении около 6 вольт мог выдавать допустим 1 ампер, то при использовании схемы удвоителя напряжения мы получим 14 вольт с максимальным выходным током где-то в 0,4 А.Так что перед использованием подобных удвоителей напряжения учтите данный факт, касающейся этой самой потери по току. Если же ваш трансформатор на своей выходной обмотке имеет достаточно толстый провод и рассчитан на приличный ток, но при этом выдает пониженное напряжение, то применение таких удвоителей полностью оправдано.

принцип действия удвоителя напряжения

Ну, а теперь пару слов о принципе действия данного удвоителя напряжения. Итак, как известно переменный ток периодически меняет свою полярность. Его плюс и минус постоянно меняются местами, имея синусоидальную форму. Мы имеем два конденсатора, каждый из которых заряжается своей полуволной. То есть, диоды стоят таким образом, что при одной полярности переменного тока происходит заряд одного конденсатора, а при противоположной полярности заряжается второй конденсатор. В результате за один период происходит заряд обоих емкостей. Эти конденсаторы соединены между собой последовательно. Следовательно их суммарное напряжение будет в два раза больше, чем на каждом из них по отдельности. Но если измерить выходное напряжение на удвоителе, то оно окажется чуть более чем 2 раза от того, что выходит со вторичной обмотки трансформатора. Почему так происходит?

во сколько раз амплитудное напряжение больше действующего

Дело в том, что существует так называемое действительное значение напряжения и амплитудное. Амплитудное значение в 1,41 раза больше действительного. Если посмотреть на графике, то максимальная точка, пик синусоиды переменного напряжения и будет амплитудным значением. В то время как усредненное значение этих синусоидальных напряженией будет соответствовать действительному значению напряжения. Когда происходит заряд конденсатора после выпрямительного диода, моста, то величина этого напряжения будет соответствовать амплитудному напряжению. То есть, наши 6 вольт переменного напряжения, что на выходе трансформатора увеличиваем в 1,41 и уже умножим на 2. И получаем итоговое напряжение на выходе нашего удвоителя, точнее почти утроителя, напряжения.

Теперь какие именно нужно ставить диоды и конденсаторы в схему удвоителя напряжения. Обратное напряжение диодов не должно быть меньше, чем то напряжение, которое у нас имеется на входе удвоителя напруги. А лучше иметь запас как по обратному напряжению, так и по прямому току не менее 25%. Ну, и прямой ток применяемых диодов должен быть больше, чем максимальный ток, что мы будем иметь на выходе схемы под нагрузкой. От емкости конденсаторов зависит как величина падения напряжения, так и сила максимального тока. То есть, чем больше емкость будут иметь конденсаторы, тем меньше будет падение напряжения при работе схемы, так и большую силу тока мы получим, протекающего через нагрузку. Конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение не меньше, чем выходное на трансформаторе (все тот же минимальный запас в 25%).

простая схема стабилизатора напряжения на LM317 для удвоителя напряжения

P.S. Для питание простых нагрузок, типа лампочки, светодиоды, нагреватели, простые схемы, не требующие особой стабильности данный удвоитель можно подключать напрямую. Но если вы планируете питать этим удвоителем более чувствительные к стабильному напряжению схемы, то придется применять еще стабилизаторы напряжения. К примеру можно использовать простой и недорогой стабилизатор на микросхеме LM317, или подобные ему. Да хотя бы поставить самый обычный стабилизатор напряжения на транзисторах и опорном стабилитроне, чего уже хватит для питания многих схем.

НИЖЕ ВИДЕО ПО ЭТОЙ ТЕМЕ

Как можно удвоить напряжение на выходе трансформатора только за счет диодов и конденсаторов, схема, описание ее работы, + пример

Схемы на NE555

Здесь представлены маломощного удвоителя напряжения на базе таймера NE555, который может быть легко использованы с устройствами, которые требуют более высокого напряжения, чем напряжение стандартного элемента питания.

Все миниатюрные электронные устройства работают от батарей. Некоторые из них нуждаются в более высоком напряжении питания, чем стандартное напряжения батареи. Если батареи с таким напряжение отсутствует, мы вынуждены последовательно подключать дополнительные элементы, наращивая, таким образом, напряжение постоянного тока.

Если используемые устройства могут работать при малом токе, то решением проблемы может стать применение удвоителя напряжения. Схема достаточно проста и содержит всего несколько компонентов. Здесь IC1 – мультивибратор для генерации прямоугольных импульсов на уровне около 10 кГц. Частота и скважность импульсов может изменяться потенциометром VR1. Импульсы мультивибратора переключают транзисторы T1 и T2, нагрузкой которых, является каскад, выполненный в виде удвоителя напряжения. Удвоение напряжения происходит на конденсаторе C5.

Удвоитель постоянного напряжения

>Схема удвоитель постоянного напряжения>

Если на выходе генератора импульсы поддерживается с достаточно высокой амплитудой и частотой, выходное напряжение и ток остается постоянными и удовлетворяют потребности нагрузки. Если подключенная нагрузка не потребляет большой ток, эффективность устройства можно достигать 90%.

Во время тестирования с напряжением питания 8В и током нагрузки 1.25mA, выходное напряжение достигало 13В.

Как удвоить напряжение с трансформатора просто

Как удвоить напряжение с трансформатора просто

Если у вас имеется трансформатор с низким напряжением и вам необходимо «выжать» из него в два раза больше, то нет никаких проблем. Всего 4 элемента нужно чтобы выпрямить выходное напряжение с него и одновременно удвоить. Схема стара как мир, но многие о ней не знают.

Понадобится

  • Два диода 4007.
  • Два конденсатора 2200 мкФ 25 В.

Как удвоить напряжение с трансформатора просто

Изготовление удвоителя напряжения

Припаиваем конденсаторы последовательно друг к другу: плюс к минусу.

Как удвоить напряжение с трансформатора просто

Также припаиваем диоды последовательно друг к другу: анод к катоду. И спаиваем эти две пары паралельно друг другу.

Как удвоить напряжение с трансформатора просто

Схематично все это выглядит так:

Как удвоить напряжение с трансформатора просто

Подключаем наш удвоитель к трансформатору.

Как удвоить напряжение с трансформатора просто

Значение переменного напряжение с которого равно примерно 11,5 В. А с выхода удвоителя уже выходит примерно 30 В постоянного напряжения.

Как удвоить напряжение с трансформатора просто

Для тех кто не понял как 11,5 В превратились в 30 поясняю: 11,5 В это переменное напряжение которое измеряется по среднеквадратическому значению. После выпрямления оно бут равно примерно 14,4 В. А после удвоения примерно 29-30 В, учитывая погрешность измерения и отсутствие нагрузки.
При использовании данной схемы, так же учитывайте, что ток на трансформатор также удваивается. И если нагрузка потребляет примерно 0,2 Ампер, ток на низковольтной обмотке трансформатора будет равен 0,4 Ампер.

Умножитель напряжения, принцип работы, примеры схем

Умножитель напряжения – это устройство или электрическая схема, разработанная для увеличения напряжения электрического сигнала. В различных областях, от электроники до электротехники, умножители напряжения играют важную роль в создании стабильных и высоких уровней напряжения. Этот технический процесс имеет широкий спектр применения и является неотъемлемой частью многих электронных и электротехнических систем.

Умножитель напряжения позволяет повышать напряжение сигнала до значительно более высокого уровня, чем это возможно с использованием простых источников питания. Он является эффективным способом генерации высокого напряжения без необходимости в использовании больших и громоздких трансформаторов. Это делает его особенно полезным в ситуациях, когда требуется создание высокого напряжения с ограниченными ресурсами и пространством.

В данной статье мы рассмотрим принципы работы умножителя напряжения, его математическое описание и основные области применения. Мы также изучим значимость этого технического процесса в различных сферах, от промышленности и телекоммуникаций до научных исследований. Понимание работы умножителя напряжения позволяет нам лучше оценить его преимущества и потенциал в различных технических и научных приложениях.

Принцип работы

Принцип работы умножителя напряжения основан на использовании последовательного соединения диодов и конденсаторов. Эта электрическая схема позволяет увеличить исходное напряжение путем многократного заряда и разряда конденсаторов.

Умножитель напряжения состоит из повторяющихся ступеней, каждая из которых включает диод и конденсатор. Входное напряжение подается на первую ступень, где оно заряжает первый конденсатор через диод. Когда напряжение на конденсаторе достигает определенного уровня, диод блокируется, и конденсатор отключается от входного источника напряжения.

Затем разрядившийся конденсатор подключается к следующей ступени, где процесс повторяется. Конденсатор в этой ступени заряжается от входного напряжения через диод. Таким образом, каждая последующая ступень заряжает следующий конденсатор относительно предыдущего, позволяя постепенно увеличивать напряжение в схеме.

Процесс заряда и разряда конденсаторов повторяется на каждой ступени умножителя напряжения, что приводит к последовательному увеличению выходного напряжения. Количество ступеней в схеме умножителя напряжения определяет коэффициент умножения, то есть во сколько раз выходное напряжение превышает входное напряжение.

Этот принцип работы умножителя напряжения позволяет эффективно повышать напряжение с минимальными потерями, поскольку использование диодов позволяет предотвратить обратный ток и удерживать заряд в конденсаторах. Это делает умножители напряжения полезными во множестве технических приложений, где требуется создание стабильного и высокого напряжения.

Схемы умножителей напряжения

Умножитель напряжения представлен в различных вариантах схем. Два наиболее распространенных варианта — симметричный удвоитель и несимметричный удвоитель, обладают своими особенностями и применениями.

общая схема умножителя напряжения

Симметричный удвоитель

Схема симметричного удвоителя напряжения представляет собой симметричное соединение двух одинаковых звеньев. Каждое звено содержит диод, конденсатор и резистор. Два звена соединены параллельно, их выходы подключены друг к другу. Такая схема обеспечивает удвоение входного напряжения на выходе.

пример симметричного удвоителя

Несимметричный удвоитель

Схема несимметричного удвоителя напряжения также состоит из двух звеньев, но они имеют различную конфигурацию. Одно звено содержит диод и конденсатор, а другое — диод и резистор. Входное напряжение подается на первое звено, а выходное напряжение берется с промежуточной точки между двумя звеньями. Такая схема позволяет также удвоить входное напряжение, но с несимметричной нагрузкой на звенья.

пример несимметричного удвоителя

Оба варианта умножителей напряжения имеют свои преимущества и применения. Симметричный удвоитель широко используется в электронике и силовых системах, где требуется стабильное удвоение напряжения. Несимметричный удвоитель часто применяется в коммуникационных системах и аудиоустройствах, где важна симметричность выходного сигнала.

Несмотря на то, что схемы симметричного и несимметричного удвоителя являются наиболее распространенными, существуют и другие варианты умножителей напряжения, включая многократные каскады и множество различных комбинаций компонентов. Выбор конкретной схемы зависит от требуемых характеристик и условий применения.

Удвоитель напряжения

Удвоитель напряжения

Утроитель напряжения

Утроитель напряжения

Учетверитель напряжения

Учетверитель напряжения

Умножители напряжения на 6,8

Умножители напряжения на 6,8

Математическое описание

Математическое описание удвоителя напряжения зависит от конкретной схемы и принципа работы удвоителя. Однако, для удвоителей напряжения, основанных на использовании конденсаторов и диодов, можно привести общее математическое выражение.

Предположим, у нас есть входное напряжение Vin и выходное напряжение Vout удвоителя. Математически можно описать удвоитель напряжения следующим образом:

Это выражение показывает, что выходное напряжение удвоителя равно двукратному значению входного напряжения. То есть, если входное напряжение составляет 10 Вольт, выходное напряжение удвоителя будет составлять 20 Вольт.

Однако, стоит отметить, что в реальных удвоителях напряжения могут возникать потери из-за сопротивления элементов схемы, неидеальностей диодов и конденсаторов, а также других факторов. Поэтому, в реальных условиях, выходное напряжение удвоителя может быть немного ниже, чем простое удвоение входного напряжения.

Математическое описание удвоителя напряжения предоставляет общую формулу, позволяющую понять принцип удвоения напряжения. Однако, для конкретных схем и детального рассмотрения работы удвоителя напряжения, требуется более подробный анализ, учитывающий характеристики элементов и условия схемы.

Пример

Представим, что у нас есть симметричный удвоитель напряжения, состоящий из двух одинаковых звеньев. Каждое звено содержит диод (D) и конденсатор (C). Входное напряжение подается на первое звено, а выходное напряжение берется между двумя звеньями.

Пусть входное напряжение будет обозначено как Vin и выходное напряжение — как Vout. Для анализа этой схемы удвоителя напряжения предположим, что диоды и конденсаторы идеальны, то есть они не имеют внутреннего сопротивления и не обладают наведенными зарядами.

В начальный момент времени, когда входное напряжение Vin положительно, диод D1 становится прямопроходящим, и конденсатор C1 заряжается до величины Vin. В это же время, диод D2 блокируется, не позволяя заряду проходить через него.

Во второй половине периода входного напряжения, когда Vin становится отрицательным, диод D2 становится прямопроходящим, а диод D1 блокируется. Заряд, накопленный на конденсаторе C1, теперь перетекает через диод D2 и заряжает конденсатор C2. В результате, напряжение на конденсаторе C2 увеличивается до 2Vin.

После этого процесс повторяется: диоды переключаются, и заряд последовательно передается от одного конденсатора к другому, каждый раз удваивая величину напряжения.

Таким образом, математическое описание для простого удвоителя напряжения можно записать следующим образом:

Это выражение отражает принцип работы симметричного удвоителя напряжения, где выходное напряжение на двукратное значение превышает входное напряжение.

Сфера применения

Умножители напряжения находят применение в различных областях, где требуется генерация стабильного и высокого напряжения. Вот несколько сфер, где умножители напряжения широко используются:

  1. Электроника: Умножители напряжения играют важную роль в электронике, особенно в системах питания. Они позволяют создавать высокое напряжение для питания различных электронных компонентов, таких как лампы, трубки, газоразрядные дисплеи и др.
  2. Электротехника: В электротехнических системах умножители напряжения используются для создания стабильного высокого напряжения для испытания изоляции, генерации ионов, зарядки конденсаторов и других задач.
  3. Научные исследования: Умножители напряжения широко применяются в лабораторных условиях для создания высоких электрических полей, образования плазмы, исследования ядерных реакций и других экспериментов, где требуется высокое напряжение.
  4. Телекоммуникации: В некоторых системах связи требуется высокое напряжение для передачи сигналов на большие расстояния или для работы устройств, таких как передатчики, лазеры, генераторы высокочастотных сигналов и т.д.
  5. Медицинская техника: Умножители напряжения применяются в некоторых медицинских устройствах, например, в рентгеновских аппаратах, медицинских лазерах, а также в системах стимуляции нервов и электрохирургии.
  6. Промышленность: Умножители напряжения используются в различных промышленных процессах, таких как обработка материалов, управление электростатическими силами, нанесение покрытий, генерация плазмы и другие приложения.

Важно отметить, что это только некоторые сферы применения умножителей напряжения. Все больше инноваций и развития в этой области позволяют использовать умножители напряжения в новых и разнообразных задачах.

Заключение

Умножители напряжения являются важными компонентами в различных областях, где требуется создание стабильного и высокого напряжения. Они основаны на использовании комбинации диодов, конденсаторов и других элементов для увеличения входного напряжения до требуемого значения. В результате работы умножителей напряжения достигается удвоение или увеличение напряжения на определенный коэффициент.

Одно из основных преимуществ умножителей напряжения заключается в их эффективности и компактности. Они позволяют генерировать высокое напряжение без необходимости использования больших и громоздких трансформаторов. Это делает их особенно полезными в ситуациях, где пространство и ресурсы ограничены.

Умножители напряжения нашли широкое применение в электронике, электротехнике, научных исследованиях, телекоммуникациях и других сферах. Они используются для питания различных устройств и систем, генерации высоких электрических полей, испытания изоляции, формирования плазмы и многих других задач.

В заключение, умножители напряжения играют важную роль в современных технологиях, обеспечивая необходимое высокое напряжение для работы различных устройств и систем. Их разнообразие схем и применений отражает значимость этого технического процесса и его важность в современном мире. С постоянным развитием и инновациями, умножители напряжения продолжают эволюционировать, открывая новые возможности и применения в различных областях техники и науки.

  • 07.07.2023

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *