Ao resolver problemas de circuito, há momentos em que é necessário fugir do uso de transformadores para aumentar a tensão de saída. A razão para isso na maioria das vezes acaba sendo a impossibilidade de incluir conversores elevadores nos dispositivos devido aos seus indicadores de peso e tamanho. Em tal situação, a solução é usar um circuito multiplicador.
Definição do multiplicador de tensão
Um dispositivo, que significa um multiplicador de eletricidade, é um circuito que permite converter tensão CA ou pulsante em CC, mas de valor mais alto. O aumento do valor do parâmetro na saída do dispositivo é diretamente proporcional ao número de estágios do circuito. O multiplicador de voltagem mais elementar que existe foi inventado pelos cientistas Cockcroft e W alton.
Capacitores modernos desenvolvidos pela indústria eletrônica são caracterizados por tamanho pequeno e capacitância relativamente grande. Isso tornou possível reconstruir muitos circuitos e introduzir o produto em diferentes dispositivos. Um multiplicador de tensão foi montado em diodos e capacitores conectados em sua própria ordem.
Além da função de aumentar a eletricidade, os multiplicadores a convertem simultaneamente de CA para CC. Isso é conveniente porque o circuito geral do dispositivo é simplificado e se torna mais confiável e compacto. Com a ajuda do dispositivo, um aumento de até vários milhares de volts pode ser alcançado.
Onde o dispositivo é usado
Os multiplicadores encontraram sua aplicação em vários tipos de dispositivos, são eles: sistemas de bombeamento a laser, dispositivos de radiação de ondas de raios X em suas unidades de alta tensão, para retroiluminação de telas de cristal líquido, bombas tipo íon, lâmpadas de ondas viajantes, ionizadores de ar, sistemas eletrostáticos, aceleradores de partículas, copiadoras, televisores e osciloscópios com cinescópios, bem como onde é necessária eletricidade CC de alta e baixa corrente.
O princípio do multiplicador de tensão
Para entender como o circuito funciona, é melhor observar o funcionamento do chamado dispositivo universal. Aqui o número de estágios não é especificado exatamente, e a eletricidade de saída é determinada pela fórmula: nUin=Uout, onde:
- n é o número de estágios do circuito presentes;
- Uin é a tensão aplicada à entrada do dispositivo.
No momento inicial, quando a primeira, digamos, meia onda positiva chega ao circuito, o diodo do estágio de entrada a passa para seu capacitor. Este último é carregado com a amplitude da eletricidade recebida. Com um segundo negativomeia onda, o primeiro diodo é fechado e o semicondutor do segundo estágio o deixa ir para seu capacitor, que também está carregado. Além disso, a tensão do primeiro capacitor, conectado em série com o segundo, é somada ao último e a saída da cascata já é o dobro da eletricidade.
A mesma coisa acontece em cada estágio subsequente - este é o princípio de um multiplicador de tensão. E se você observar a progressão até o final, verifica-se que a eletricidade de saída excede a entrada em um certo número de vezes. Mas, como em um transformador, a força da corrente aqui diminuirá com o aumento da diferença de potencial - a lei da conservação da energia também funciona.
Esquema para construir um multiplicador
Toda a cadeia do circuito é montada a partir de vários elos. Um link do multiplicador de tensão no capacitor é um retificador do tipo meia onda. Para obter o dispositivo, é necessário ter dois links conectados em série, cada um com um diodo e um capacitor. Tal circuito é um duplicador de eletricidade.
A representação gráfica do dispositivo multiplicador de tensão na versão clássica se parece com a posição diagonal dos diodos. A direção de ativação dos semicondutores determina qual potencial - negativo ou positivo - estará presente na saída do multiplicador em relação ao seu ponto comum.
Combinando circuitos com potencial negativo e positivo, obtém-se um circuito dobrador de tensão bipolar na saída do dispositivo. Uma característica desta construção é que se você medir o níveleletricidade entre o pólo e o ponto comum e exceder a tensão de entrada em 4 vezes, então a magnitude da amplitude entre os pólos aumentará em 8 vezes.
No multiplicador, o ponto comum (que está conectado ao fio comum) será aquele onde a saída da fonte de alimentação está conectada à saída de um capacitor agrupado com outros capacitores conectados em série. No final deles, a eletricidade de saída é tomada em elementos pares - em um coeficiente par, em capacitores ímpares, respectivamente, em um coeficiente ímpar.
Capacitores de bombeamento no multiplicador
Em outras palavras, no dispositivo do multiplicador de tensão constante, há um certo processo transitório de configuração do parâmetro de saída correspondente ao declarado. A maneira mais fácil de ver isso é dobrando a eletricidade. Quando, através do semicondutor D1, o capacitor C1 é carregado em seu valor total, na próxima meia onda, ele, juntamente com a fonte de eletricidade, carrega simultaneamente o segundo capacitor. C1 não tem tempo para entregar completamente sua carga a C2, então a saída não tem inicialmente uma diferença de potencial dupla.
Na terceira meia onda, o primeiro capacitor é recarregado e então aplica um potencial a C2. Mas a tensão no segundo capacitor já tem sentido contrário ao do primeiro. Portanto, o capacitor de saída não está totalmente carregado. A cada novo ciclo, a eletricidade no elemento C1 tenderá para a entrada, a tensão C2 dobrará de tamanho.
Comocalcular multiplicador
Ao calcular o dispositivo de multiplicação, é necessário partir dos dados iniciais, que são: a corrente necessária para a carga (In), a tensão de saída (Uout), o coeficiente de ondulação (Kp). O valor mínimo de capacitância dos elementos do capacitor, expresso em uF, é determinado pela fórmula: С(n)=2, 85nIn/(KpUout), onde:
- n é o número de vezes que a eletricidade de entrada é aumentada;
- In - corrente fluindo na carga (mA);
- Kp – fator de pulsação (%);
- Uout - tensão recebida na saída do dispositivo (V).
Aumentando a capacitância obtida pelos cálculos em duas ou três vezes, obtém-se o valor da capacitância do capacitor na entrada do circuito C1. Este valor do elemento permite que você obtenha imediatamente o valor total da tensão na saída e não espere até que um certo número de períodos tenha passado. Quando o trabalho da carga não depende da taxa de elevação da eletricidade para a saída nominal, a capacitância do capacitor pode ser tomada idêntica aos valores calculados.
Melhor para a carga se o fator de ondulação do multiplicador de tensão do diodo não exceder 0,1%. A presença de ondulações de até 3% também é satisfatória. Todos os diodos do circuito são selecionados a partir do cálculo para que possam suportar livremente uma força de corrente duas vezes seu valor na carga. A fórmula para calcular o dispositivo com alta precisão é assim: nUin - (In(n3 + 9n2/4 + n/2)/(12 f C))=Uout, onde:
- f – frequência de tensão na entrada do dispositivo (Hz);
- C - capacitância do capacitor (F).
Benefícios edesvantagens
Falando das vantagens do multiplicador de tensão, podemos observar o seguinte:
A capacidade de obter quantidades significativas de eletricidade na saída - quanto mais elos na cadeia, maior será o fator de multiplicação
- Simplicidade de design - tudo é montado em links padrão e elementos de rádio confiáveis que raramente falham.
- Peso – a ausência de elementos volumosos, como um transformador de potência, reduz o tamanho e o peso do circuito.
A maior desvantagem de qualquer circuito multiplicador é que é impossível obter uma grande corrente de saída para alimentar a carga.
Conclusão
Escolhendo um multiplicador de tensão para um determinado dispositivo. é importante saber que circuitos balanceados possuem melhores parâmetros em termos de ondulação do que circuitos não balanceados. Portanto, para dispositivos sensíveis, é mais conveniente usar multiplicadores mais estáveis. Assimétrico, fácil de fazer, contém menos elementos.
