- Volledige golf spanningsverdubbelaar
- Halve golf spanningsverdubbeling circuit
- Spanning Tripler Circuit
- Spanning viervoudig circuit
- Video:
- Opmerkingen:
Spanningsvermenigvuldigers zijn de circuits waar we een zeer hoge gelijkspanning krijgen van de lage wisselspanning, een spanningsvermenigvuldigingscircuit genereert een spanning in een veelvoud van de piekingangsspanning van wisselstroom, alsof de piekspanning van wisselspanning 5 volt is, krijgen we 15 volt DC aan de uitgang, in het geval van een Voltage Tripler-circuit. Multimeter leest alleen de RMS-waarde (root mean voltage) van AC-spanning, we moeten de RMS-waarde vermenigvuldigen met 1,414 (root 2) om de piekwaarde te krijgen.
Over het algemeen zijn transformatoren er om de spanning op te voeren, maar soms zijn transformatoren niet haalbaar vanwege hun grootte en kosten. Spanningsvermenigvuldigingscircuits kunnen worden gebouwd met behulp van een paar diodes en condensatoren, daarom zijn ze goedkoop en zeer effectief in vergelijking met transformatoren. Spanningsvermenigvuldigingscircuits lijken veel op gelijkrichtercircuits die worden gebruikt om AC naar DC om te zetten, maar spanningsvermenigvuldigingscircuits converteren niet alleen AC naar DC, maar kunnen ook een zeer HOGE DC-spanning genereren.
Deze circuits zijn erg handig waar hoge gelijkspanning moet worden gegenereerd met lage wisselspanning en lage stroom vereist is, zoals in magnetrons, CRT-monitoren (kathodestraalbuizen) in tv's en computers. CRT-monitor vereist hoge gelijkspanning met lage stroom.
Volledige golf spanningsverdubbelaar
Zoals de naam aangeeft, wordt de ingangsspanning via dit circuit verdubbeld. De bediening is Full-wave spanningsverdubbelaar is heel eenvoudig:
Tijdens de positieve halve cyclus van de sinusvormige golf van AC, wordt diode D1 voorwaarts voorgespannen en wordt D2 omgekeerd voorgespannen, zodat condensator C1 via de D1 wordt opgeladen tot de piekwaarde van de sinusgolf (Vpiek). En tijdens de negatieve halve cyclus van de sinusgolf, is D2 voorwaarts voorgespannen en D1 gerespecteerd voorgespannen, zodat condensator C2 lading krijgt via de D2, tot Vpeak.
Nu zijn beide condensatoren geladen tot Vpeak, dus we krijgen de 2 Vpeak (Vpeak + Vpeak), over de C1 en C2, zonder aangesloten belasting. Het is vernoemd naar de dubbelfasige gelijkrichter.
Halve golf spanningsverdubbeling circuit
Eerder hebben we ook een Voltage Doubler-circuit gemaakt, met 555-timer in Astable-modus en een DC-bron. Deze keer gebruiken we 220v AC en 9-0-9 transformator om 220v AC te verlagen, zodat we de Voltage Multiplier op breadboard kunnen demonstreren.
Tijdens de eerste positieve halve cyclus van de sinusoïdale golf (AC), wordt diode D1 voorwaarts voorgespannen en wordt condensator C1 opgeladen via de D1. Condensator C1 wordt opgeladen tot de piekspanning van AC, dwz Vpeak.
Tijdens de negatieve halve cyclus van de sinusgolf geleidt diode D2 en wordt D1 in tegengestelde richting voorgespannen. D1 blokkeert het ontladen van condensator C1. Nu wordt de condensator C2 opgeladen met de gecombineerde spanning van condensator C1 (Vpeak) en de negatieve piek van de wisselspanning die ook Vpeak is. Dus de condensator C2 laadt op tot 2Vpeak volt. Daarom is de spanning over condensator C2 tweemaal de Vpiek van AC.
In de volgende positieve cyclus ontlaadt condensator C2 in de belasting, als de belasting is aangesloten, en wordt hij opnieuw opgeladen in de volgende cyclus. We kunnen dus zien dat het wordt opgeladen in de ene cyclus en ontladen in de volgende cyclus, dus de rimpelfrequentie is gelijk aan de frequentie van het ingangssignaal, dwz 50 Hz (wisselstroom).
Spanning Tripler Circuit
Om het Voltage Tripler-circuit te bouwen, hoeven we alleen nog 1 Diode en condensator toe te voegen aan het bovenstaande Half-wave Voltage Doubler-circuit volgens het onderstaande schakelschema.
Zoals we hebben gezien in een spanningsverdubbelingsschakeling, wordt in de eerste positieve halve cyclus condensator C1 opgeladen tot Vpeak en en condensator C2 opgeladen tot 2Vpiek in de negatieve halve cyclus.
Nu, tijdens de tweede positieve halve cyclus, geleiden Diode D1 en D3 en worden D2 in tegengestelde richting voorgespannen. Op deze manier laadt condensator C2 de condensator C3 op tot dezelfde spanning als hijzelf, namelijk 2 Vpiek.
Nu zijn de condensator C1 en C3 in serie en de spanning over C1 is Vpiek en de spanning over C3 is 2 Vpiek, dus de spanning over de serieschakeling van C1 en C3 is Vpiek + 2Vpiek = 3 Vpiek, en we krijgen het drievoudige van de ingangsspanning Vpiek volt.
Spanning viervoudig circuit
Omdat we een Voltage Tripler-circuit hebben gebouwd door een diode en een condensator toe te voegen in het halfgolfspanningsverdubbelingscircuit, hoeven we opnieuw alleen nog een diode en condensator aan het Voltage Tripler-circuit toe te voegen om het Voltage Quadruple-circuit te bouwen (4 keer de ingangsspanning).
We hebben in het spannings-triplercircuit gezien dat condensator C1 opgeladen tot Vpeak in eerste positieve halve cyclus, C2 opgeladen tot 2Vpeak in negatieve halve cyclus en C3 ook opgeladen tot 2Vpeak in tweede positieve halve cyclus.
Nu tijdens de tweede negatieve halve cyclus zijn diode D2 en D4 in geleiding en wordt condensator C4 opgeladen tot de 2Vpiek door de condensator C3 die ook op 2 Vpiek staat. En we krijgen vier keer Vpeak (4Vpeak), over de condensator C2 en C4, aangezien beide condensatoren op 2 Vpeak staan.
In spanningsvermenigvuldiger circuits, praktisch spanning niet exact veelvoud van de piekspanning, resulterende spanning lager is dan de veelvouden vanwege een spanningsval over de diodes, zodat de resulterende spanning zou zijn:
Vout = Multiplier * Vpeak - spanningen vallen over diodes
Het nadeel van dit soort vermenigvuldigingscircuits is de hoge rimpelfrequentie en het is erg moeilijk om de output af te vlakken, hoewel het gebruik van de grote waarde van condensatoren kan helpen om rimpelingen te verminderen. En het voordeel van het circuit is dat we een zeer hoge spanning kunnen genereren uit een laagspanningsvoedingsbron.
We kunnen een veel hogere spanning genereren en kunnen 5 keer, 6 keer, 7 keer en meer de spanning van de piekwisselspanning krijgen door meer diodes en condensatoren toe te voegen. We kunnen ook de hoge negatieve spanning genereren door de polariteit van diodes en condensatoren in dit circuit gewoon om te keren. Theoretisch kunnen we de spanning oneindig vermenigvuldigen, maar praktisch is het niet mogelijk vanwege de capaciteit van condensatoren, lage stroomsterkte, hoge rimpelvorming en vele andere factoren.
Video:
Opmerkingen:
- Het voltage zal niet onmiddellijk vermenigvuldigen, maar het zal langzaam toenemen en na enige tijd zal het worden ingesteld op het drievoudige van de ingangsspanning.
- De nominale spanning van condensatoren moet ten minste tweemaal de ingangsspanning zijn.
- De uitgangsspanning is niet precies het meervoud van de piekingangsspanning, deze zal lager zijn dan de ingangsspanning.