Piiriongelmia ratkaistaessa on aikoja, jolloin joutuu luopumaan muuntajien käytöstä lähtöjännitteen lisäämiseksi. Syynä tähän on useimmiten se, että laitteisiin ei voida sisällyttää askelmuuntimia niiden paino- ja kokoindikaattoreiden vuoksi. Tällaisessa tilanteessa ratkaisu on käyttää kerroinpiiriä.
Jännitekertoimen määritelmä
Laite, joka tarkoittaa sähkönkerrointa, on piiri, jonka avulla voit muuntaa vaihtovirta- tai sykkivän jännitteen DC:ksi, mutta arvoltaan korkeammaksi. Parametrin arvon kasvu laitteen lähdössä on suoraan verrannollinen piirin vaiheiden lukumäärään. Tiedemiehet Cockcroft ja W alton keksivät kaikkein alkeellisimman jännitteen kertoimen.
Elektroniikkateollisuuden kehittämille nykyaikaisille kondensaattoreille on ominaista pieni koko ja suhteellisen suuri kapasitanssi. Tämä mahdollisti monien piirien rakentamisen uudelleen ja tuotteen viemisen eri laitteisiin. Jännitteenkerroin koottiin diodeihin ja kondensaattoreihin, jotka oli kytketty omassa järjestyksessään.
Sähkön lisäystoiminnon lisäksi kertoimet muuttavat sen samanaikaisesti AC:sta DC:ksi. Tämä on kätevää, koska laitteen yleinen piiri yksinkertaistuu ja siitä tulee luotettavampi ja kompaktimpi. Laitteen avulla voidaan saavuttaa jopa useiden tuhansien volttien lisäys.
Missä laitetta käytetään
Kertoimet ovat löytäneet sovelluksensa erityyppisissä laitteissa, joita ovat: laserpumppausjärjestelmät, röntgena altosäteilylaitteet korkeajänniteyksiköissään, nestekidenäytön taustavalaistukseen, ionityyppisissä pumpuissa, liikkuvissa a altolampuissa, ilmaionisaattorit, sähköstaattiset järjestelmät, hiukkaskiihdyttimet, kopiokoneet, televisiot ja kineskoopilla varustetut oskilloskoopit sekä paikat, joissa tarvitaan korkeaa, matalavirtaista tasavirtaa.
Jännitekertoimen periaate
Ymmärtääksesi kuinka piiri toimii, on parempi tarkastella niin sanotun yleislaitteen toimintaa. Tässä portaiden lukumäärää ei ole tarkasti määritelty, ja lähtösähkö määräytyy kaavalla: nUin=Uout, missä:
- n on piirissä olevien vaiheiden lukumäärä;
- Uin on laitteen tuloon syötetty jännite.
Alkuhetkellä, kun ensimmäinen, vaikkapa positiivinen puolia alto tulee piiriin, tuloasteen diodi välittää sen kondensaattorilleen. Jälkimmäinen varautuu tulevan sähkön amplitudin mukaan. Toisella negatiivillapuolia alto, ensimmäinen diodi on kiinni ja toisen asteen puolijohde päästää sen kondensaattoriinsa, joka on myös latautunut. Lisäksi ensimmäisen kondensaattorin jännite, joka on kytketty sarjaan toisen kanssa, lisätään viimeiseen ja kaskadin ulostulo on jo kaksinkertaista sähköä.
Sama asia tapahtuu jokaisessa seuraavassa vaiheessa - tämä on jännitekertoimen periaate. Ja jos katsotaan etenemistä loppuun asti, käy ilmi, että ulostulosähkö ylittää tulon tietyn määrän kertoja. Mutta kuten muuntajassa, virran voimakkuus pienenee potentiaalieron kasvaessa - myös energian säilymisen laki toimii.
Kaavio kertoimen muodostamiseksi
Koko piirin ketju on koottu useista lenkeistä. Yksi kondensaattorin jännitteen kertoimen linkki on puolia altotyyppinen tasasuuntaaja. Laitteen hankkimiseksi tarvitaan kaksi sarjaan kytkettyä linkkiä, joista jokaisessa on diodi ja kondensaattori. Tällainen piiri kaksinkertaistaa sähkön.
Jännitekerroinlaitteen graafinen esitys klassisessa versiossa näyttää diodien diagonaalisen sijainnin mukaan. Puolijohteiden kytkeytymissuunta määrittää, mikä potentiaali - negatiivinen tai positiivinen - on kertojan lähdössä suhteessa sen yhteiseen pisteeseen.
Yhdistämällä piirejä, joissa on negatiivinen ja positiivinen potentiaali, saadaan kaksinapainen jännitteen tuplauspiiri laitteen ulostuloon. Tämän rakenteen ominaisuus on, että jos mittaat tasonsähköä navan ja yhteisen pisteen välillä ja se ylittää syöttöjännitteen 4 kertaa, silloin napojen välisen amplitudin suuruus kasvaa 8-kertaiseksi.
Kertojassa yhteinen piste (joka on kytketty yhteiseen johtoon) on se, jossa syöttölähteen lähtö on kytketty muiden sarjaan kytkettyjen kondensaattoreiden kanssa ryhmitellyn kondensaattorin lähtöön. Niiden lopussa lähtösähkö otetaan parillisilla elementeillä - parillisella kertoimella, vastaavasti parittomilla kondensaattoreilla parittomalla kertoimella.
Kondensaattorien pumppaus kertoimessa
Toisin sanoen vakiojännitekertoimen laitteessa on tietty ohimenevä prosessi, jossa asetettua parametria vastaava lähtöparametri asetetaan. Helpoin tapa nähdä tämä on kaksinkertaistamalla sähkö. Kun puolijohteen D1 kautta kondensaattori C1 varataan täyteen arvoonsa, niin seuraavassa puoliaallossa se yhdessä sähkölähteen kanssa lataa samanaikaisesti toista kondensaattoria. C1 ei ehdi täysin luovuttaa varaustaan C2:lle, joten lähdössä ei aluksi ole kaksinkertaista potentiaalieroa.
Kolmannessa puoliaallossa ensimmäinen kondensaattori latautuu ja kohdistaa sitten potentiaalin C2:een. Mutta toisen kondensaattorin jännitteellä on jo päinvastainen suunta kuin ensimmäisellä. Tästä syystä lähtökondensaattori ei ole täysin ladattu. Jokaisella uudella jaksolla C1-elementin sähkö pyrkii tuloon, C2-jännite kaksinkertaistuu.
Mitenlaske kerroin
Kertolaitetta laskettaessa on lähdettävä lähtötiedoista, jotka ovat: kuorman vaatima virta (In), lähtöjännite (Uout), a altoilukerroin (Kp). Kondensaattorielementtien pienin kapasitanssiarvo uF:na ilmaistuna määritetään kaavalla: С(n)=2, 85nIn/(KpUout), jossa:
- n on kuinka monta kertaa syöttösähköä lisätään;
- In - kuormassa kulkeva virta (mA);
- Kp – pulsaatiokerroin (%);
- Uout - laitteen lähdössä vastaanotettu jännite (V).
Kasvattamalla laskennalla saatua kapasitanssia kaksi-kolme kertaa, saadaan kondensaattorin kapasitanssin arvo piirin C1 sisääntulossa. Tämän elementin arvon avulla voit saada välittömästi jännitteen täyden arvon lähdössä, etkä odota, kunnes tietty määrä jaksoja on kulunut. Kun kuorman työ ei riipu sähkön nousunopeudesta nimellistehoon, kondensaattorin kapasitanssi voidaan pitää identtisenä laskettujen arvojen kanssa.
Paras kuormitukselle, jos diodin jännitekertoimen a altoilukerroin ei ylitä 0,1 %. Myös a altoilu 3 %:iin asti on tyydyttävä. Kaikki piirin diodit valitaan laskelmasta siten, että ne kestävät vapaasti virranvoimakkuuden, joka on kaksinkertainen sen arvoon verrattuna. Laitteen suuren tarkkuuden laskemisen kaava näyttää tältä: nUin - (In(n3 + 9n2/4 + n/2)/(12 f C))=Uout, missä:
- f – jännitetaajuus laitteen sisääntulossa (Hz);
- C - kondensaattorin kapasitanssi (F).
Edut jahaitat
Jännitekertoimen eduista puhuttaessa voimme huomata seuraavaa:
Mahdollisuus saada merkittäviä määriä sähköä lähdössä - mitä enemmän lenkkejä ketjussa on, sitä suurempi kerroin on
- Suunnittelun yksinkertaisuus - kaikki kootaan vakiolinkeillä ja luotettavilla radioelementeillä, jotka harvoin epäonnistuvat.
- Paino – tilaa vievien elementtien, kuten tehomuuntajan, puuttuminen pienentää piirin kokoa ja painoa.
Kaikkien kerroinpiirien suurin haitta on, että siitä on mahdotonta saada suurta lähtövirtaa kuorman tehostamiseksi.
Johtopäätös
Jännitekertoimen valitseminen tietylle laitteelle. on tärkeää tietää, että balansoiduilla piireillä on paremmat parametrit a altoilun suhteen kuin epäsymmetrisillä. Siksi herkissä laitteissa on tarkoituksenmukaisempaa käyttää vakaampia kertoimia. Epäsymmetrinen, helppo tehdä, sisältää vähemmän elementtejä.
