电压倍增器。方案、说明

电压倍增器

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本文介绍了各种电子设备中使用的电压倍增器的主要变体，并提供了计算出的比率。参与开发使用乘法器的设备的无线电业余爱好者会对这些材料感兴趣。

乘法器广泛应用于现代电子设备中。它们用于电视和医疗设备（显像管的阳极电压源、低功率激光器的电源）、测量设备（示波器、测量放射性辐射水平和剂量的设备）、夜视设备和电击设备，家用和办公电子设备（离子发生器、“奇热夫斯基枝形吊灯”、复印机）和许多其他技术领域。发生这种情况是由于倍增器的主要特性 - 能够以小尺寸和重量产生高达数万和数十万伏的电压。另一个重要优点是易于计算和制造。

倍压器由按一定方式连接的二极管和电容器组成，是将低压源的交流电压转换为高直流电压的转换器。

其工作原理从图上就可以清楚的看出。图1是半波乘法器的示意图。考虑其中分阶段发生的过程。

电压倍增器

在电压负半周作用期间，电容器C1通过开路二极管VD1充电至外加电压U的幅值。当正半周电压加到乘法器的输入端时，电容C2通过开路二极管VD2充电至2Ua电压。在下一阶段（负半周期）期间，电容器 C3 通过二极管 VD2 充电至 3U 电压。最后，在下一个正半周期，电容器C2被充电至4U电压。

很明显，倍增器的启动发生在交流电压的几个周期中。恒定输出电压是串联且不断充电的电容器C2和C4上的电压之和，为4Ua。

如图所示。 1乘法器是指串行乘法器。还有并联电压倍增器，每个倍增级需要较少的电容。在图中。图2示出了这种半波乘法器的图。

电压倍增器

最常用的串行乘法器。它们更加通用，二极管和电容器两端的电压分布均匀，并且可以实现更多的乘法步骤。并联乘法器各有优势。然而，它们的缺点是，随着乘法级数量的增加，电容器上的电压也会增加，这限制了它们的使用，输出电压约为 20 kV。

在图中。图 3 和图 4 显示了全波乘法器的示意图。第一种（图3）的优点是：仅向电容C1、C3施加幅值电压，二极管上的负载均匀，输出电压稳定性好。第二个乘法器，其电路如图4所示。 XNUMX. 其特点是能够提供高功率、易于制造、部件之间负载均匀分布、大量的乘法步骤。

电压倍增器

表格显示了参数的典型值和电压倍增器的范围。

电压倍增器

计算乘法器时，应设置其主要参数：输出电压、输出功率、输入交流电压、所需尺寸、工作条件（温度、湿度）。

此外，必须考虑一些限制：输入电压不能超过 15 kV，交流电压的频率限制在 5 ... 100 kHz 之内。输出电压 - 不超过 150 kV，工作温度范围为 -55 至 +125 * C，湿度 - 0 ... 100%。在实践中，输出功率高达 50 W 的乘法器被开发和使用，尽管 200 W 或更高的值实际上是可以实现的。

乘法器的输出电压取决于负载电流。假设输入电压和频率恒定，则由公式确定：Uout = N·Nin - [1 (N3 + 9N2/4 + N/2)]/12FC，其中I为负载电流。 A; N是乘法器级数； F是输入电压频率。赫兹; C 是级电容器 f 的电容。设定输出电压、电流。频率和步数，由此计算出步电容器所需的电容。

该公式用于计算串行乘数。并联时，获得相同的输出电流，所需电容较小。因此，如果串联电容为 1000 pF，则三级并联乘法器将需要 1000 pF / 3 = 333 pF 的电容。在这种倍增器的每个后续级中，应使用具有大额定电压的电容器。

串联倍增器中二极管的反向电压和电容器的工作电压等于输入电压的满摆幅。

在倍增器的实际实现中，应特别注意其元件的选择、放置和绝缘材料。设计必须提供可靠的绝缘，以避免电晕放电的发生，降低倍增器的可靠性并导致其失效。

如果要改变输出电压的极性，则应反转二极管的极性。

作者：D.Sadchenkov，莫斯科

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