Умножитель напряжения

Автор: , 16 Июн 2013

umnozhitel-napryazheniya

Умножитель напряжения

 

Умножителем напряжения называют устройство преобразующее переменное напряжение или постоянное пульсирующее в более высокое постоянное напряжение.  Как правило умножитель увеличивает напряжение в такое число раз, которое соответствует количеству каскадов умножения. Рассмотрим как сделать своими руками самый простой и известный умножитель напряжения Кокрофта-Уолтона, который был использован для ускорителей элементарных частиц для разработки атомной бомбы.

С помощью умножителя напряжения можно отказаться от тяжёлых и габаритных повышающих трансформаторов. Преимущество этой схемы в том, что на конденсаторах развивается всего лишь удвоенное амплитудное значение входного напряжения. Соответственно конденсаторы и диоды схемы могут быть рассчитаны на это напряжение.

Работа схемы

На схеме изображён универсальный умножитель с произвольным количеством каскадов. То есть берём число каскадов для создания необходимого нам напряжения. Примерно Uвых = n*Uвх.

При отрицательной полуволне Uвх заряжается конденсатор С1 до амплитудного значения Uвх через диод D1. При положительной полуволне заряжается конденсатор С2 через диод D2, но поскольку конденсатор С1 уже заряжен, то он будет выполнять роль дополнительного источника питания и поскольку он оказывается включённым последовательно с основным источником питания, то конденсатор С2 зарядится уже до удвоенного амплитудного значения напряжения Uвх.

Таким же образом работают и последующие ступени умножителя, снимается же выходное напряжение Uвых с последовательно соединённых конденсаторов с чётными (по схеме) номерами. Соответственно результирующее напряжение Uвых будет равно сумме напряжений на чётных конденсаторах.

Расчёт умножителя напряжения

Для расчёта умножителя нужно знать ток нагрузки (Iн), требуемое выходное напряжение (Uвых) и желаемый коэффициент пульсаций (Кп).

Минимальная ёмкость конденсаторов (в мкФ) рассчитывается по упрощённой формуле:

С(n) = 2,85*n*Iн/(Кп*Uвых), где

n—кратность умножения Uвх в В;
Iн — ток нагрузки в мА;
Кп — коэффициент пульсаций выходного напряжения в процентах;
Uвыx—выходное напряжение в В.

Ёмкость первого конденсатора С1 нужно увеличить в 2-3 раза от расчётной ёмкости других конденсаторов, иначе полное напряжение на выходе схемы появится через несколько периодов входного напряжения. Если это не важно для работы нагрузки, то можно поставить конденсатор такой же ёмкости, как и остальные.

Для примера скажу, что коэффициент пульсаций считается отличным при значении 0,1% и меньше, хорошим при значении 1 — 3%. Если коэффициент не важен, то примите его равным 100.

Максимальный ток, протекающий через диоды будет равен удвоенному току нагрузки.

Также умножитель можно рассчитать более точно по следующей формуле:

Uвых = n* Uвх — (Iн*(n3 + 9*n2/4 + n/2 )/(12 *f* C) ), где

Iн — ток нагрузки в А;
n — кратность умножения;
f — частота входного напряжения в Гц;
С — емкость конденсатора в Ф.

Детали умножителя

Сложно назвать конкретные типы и номиналы деталей не зная требуемых параметров умножителя, поэтому рассмотрю детали для умножителя со средними показателями, питающегося от сети переменного тока 220В.

Конденсаторы лучше всего брать с минимальным током утечки, например серии К73.  Рабочее напряжение конденсаторов должно быть для Uвх=220В: С1 — не ниже 300В, С2-Сn — не ниже 600В. Ёмкость конденсаторов порядка 0,1 — 1 мкФ.

Диоды можно взять, например, КД411 или КД226Г(Д,Е). Ток нагрузки в этом случае может быть до 1А.

Будьте крайне осторожны при эксплуатации данной схемы, опасное напряжение остаётся на конденсаторах даже после отключения умножителя от источника питания.

Поделитесь с друзьями этой статьёй, нажав на кнопки социальных сетей внизу статьи.

Будет интересно почитать:
Если Вам понравилась статья, то вы можете рассказать друзьям:

Комментарии

59 комментариев на Умножитель напряжения”

  1. Василий:

    а из Uвх=220В можно взять на выходе Uвых= 10-25кВ таким методом, и что бы по параметрам схема была маленького размера?

  2. admin:

    Конечно, как вариант — можно взять умножитель напряжения от старого телевизора с ЭЛТ, он небольшой.

  3. Василий:

    если поточнее, чтобы плата была размером чуть больше 35х45 мм, а с умножителем напряжения старого телевизора с ЭЛТ у меня не поместится на блок управления напряжения автоэмиссионной лампы общего освещения(стандартный размер ламп)

  4. admin:

    Ну приблизительно можно прикинуть(точнее требуемые детали можете рассчитать по формулам исходя из нужных вам параметров):
    для 10КВ понадобится минимум 45 диодов и 45 конденсаторов, если брать диоды КД411 — размеры 9х15 мм и конденсаторы К73 на 1 мкФ — размеры 11х18 мм, то получится довольно-таки большая плата, допустим 15+18=33мм в ширину, тогда в длину 45*11=495 мм, если даже сделать в 2-3 ряда в высоту, то выйдут размеры 33х248мм или 33х165мм, что не укладывается в требуемые…Но это для тока до 1А, если нужен меньший ток, то можно взять другие, более маленькие детали. Также можно взять ёмкость конденсаторов поменьше, если коэффициент пульсаций не важен.

  5. Алексей:

    А какой высоковольтный провод взять на выход и где?

  6. admin:

    Проще всего — посетить магазин автозапчастей и купить «бронепровод» для машины.

  7. Алексей:

    Это свечной? У свечного слишком большое сопротивление. Не подходит. Я пробовал.

  8. admin:

    Тогда в магазин электротоваров… А для какой цели нужно, слишком длинный провод? Какое максимальное сопротивление необходимо? Возможно подойдёт тогда силиконовый высоковольтный провод ПМВК-1-20…

  9. Алексей:

    Для озонатора ДВС. mах. сопротивление не знаю. Профан в этом. Всё опытным путём из инета. У меня mах. напр-ие примерно 27кВ. У людей бывает и 40-60 кВ.

  10. admin:

    Здорово, хорошая тема, ну попробуйте купить провод ПМВК-1-20 сечением где-то 1мм2, можете ещё проконсультироваться с продавцом насчёт провода, хотя я и не понимаю, почему не подходит обычный свечной? На цилиндры-то нормально разряд проходит, не такое уж большое у него сопротивление даже для высокой частоты… Может у вас в схеме ошибка или неисправна какая-нибудь деталь?

  11. Алексей:

    Спасибо. Попробую ПМВК. С другим (обычным монтажным) проводом всё работает. Попробую ещё раз свечной (а вдруг?!). Свечной я брал старый, от москвича. Может поэтому не работало. У него очень маленькое сечение проводника.

  12. admin:

    А, ну может «пробитый» провод был, А ПМВК плюс ко всему ещё и масло- бензо- и кислотостойкий, что немаловажно… Кстати, испытания уже делали? Действительно лучше работает двигатель?

  13. Алексей:

    Ну у меня solaris. И так неплохой движок. Разницы я не заметил пока. Чуть пробовал и на доработку сразу отправил). Только компьютер стал показывать вместо 7,5 литров 10 расход. Но я не заметил реального увеличения расхода по интервалу между заправками.

  14. леонид:

    я в этом деле чайник но вопрос есть-а можно сделать умножитель в полтора?если возможно то как?Подскажите!Спасибо!

  15. admin:

    делайте умножитель на 2 и снимайте напряжение с первого диода, только смысл? Для какой цели нужно? Возможно есть более простое решение…

  16. леонид:

    Хочу сделать подзарядное (до 1 а) для автоаккумулятора-есть транс 220на12(12 v мало)а при умножении получается 30v Схема его -умножитель-затем между плюсом и минусом стабилитрон д815е сетодиод и ризистор.Транс от блока питания габалитной мощностью где-то 20W Дело в том что достаточных понятий у меня нет а соорудить именно подзарядку (маленькую)охота и просто подзаряжать аккум зимой т к ездить практически не ездим.Я одну (безтасформаторную)сделал но таже на крокодилах 209 v что не очень интересно- вот и химичу!

  17. admin:

    1А мало для автомобильного аккумулятора, надо чтоб блок выдерживал хотя бы 5А… Учитывайте, что при подключении нагрузки напряжение может сильно упасть, особенно в бестрансформаторных блоках.

  18. леонид:

    Так не для зарядки а для подзарядки-когда дслго не ездиш Я сделал на 0,16 А но при наборе аккумом 14,4 v не срабатывает стабилитрон а поидее он должен перекрывать подзарядку а почему я в этом дубок Вот хочу посвободе собрать Ввашу схему ЗУ но в роли подзарядного- ампер 04-06 а больше не нужноЕсли можно Вы ее подкоректируйте!

  19. admin:

    стабилитрон не может сам по себе отключить схему, он только не позволяет напряжению расти выше напряжения стабилизации. Ответ по доработке схемы в комментариях тут: http://elektricvdome.ru/zaryadnoe-ustrojstvo-dlya-akkumulyatora/

  20. Aleksey137:

    я не понял что означает n—кратность умножения Uвх в В;

  21. admin:

    n — любое положительное целое число. Например: входное напряжение(Uвх) 220 В. Вам нужно получить на выходе устройства 660 В, следовательно кратность умножения n = 660/220 = 3.

  22. Павел:

    Доброе время суток ,уважаемый admin! Скажите,если подключить телевизионный умножитель ,только наоборот,чтобы получить отрицательное напряжение ,ну скажем для применения его в люстре Чижевского? Как такой вариант пройдет или нет?

  23. admin:

    Использовать умножитель от цветного телевизора (у ч/б мало напряжение) можно в принципе для люстры чижевского, в качестве высоковольтной части схемы… но что значит наоборот? Чтобы получить отрицательное напряжение придется расковырять умножитель и сделать минусовой отвод.

  24. Павел:

    Здравствуйте ,уважаемый Админ.Я имел ввиду подключение входного напряжения ,ну допустим 220 вольт к проводу,который идет на кинескоп,а снимать уже умноженное с вывода обозначенного,как переменка на умножителе.Ведь я так понимаю,что в конструкции схемы применены однотипные диоды и конденсаторы .Очень надеюсь ,что Вы поняли мои мысли и дадите ответ.

  25. admin:

    Наверное я не понял… Повторю на всякий случай ещё раз, умножитель от телевизора на выходе даёт «+», поэтому его нельзя использовать без специальной доработки, да и то в качестве части схемы. Информация как это сделать в инете есть, поищите. Ну или подождите, пока я напишу статью про люстру Чижевского)

  26. Павел:

    Здравствуйте уважаемый Админ! Если Вы будете писать статью о люстре Чижевского,пожалуйста опишите и способ применения умножителя,ну если можно,то и схематично отобразите,буду вам очень благодарен.Жду статьи с нетерпением,уж больно меня интересует эта тема,хочу собрать для себя это устройство.А как Вы относитесь к этому устройству,как думаете ,стоит ли заморачиваться?

  27. admin:

    Устройство полезное, правда сейчас можно приобрести готовое без проблем, так что, кому лень своими руками сделать — те покупают)

  28. Павел:

    Спасибо за ответ.Вы окончательно уничтожили мои сомнения,теперь уж точно займусь и сделаю данный аппарат.Ну а статью буду ждать ,с ее помощью наверняка обойду «подводные камни»,ведь в публикациях пишут,что даже форма люстры и то играет не малую роль в ее эффективности…С уважением Павел.

  29. admin:

    Статья про люстру готова)

  30. Анатолий:

    Админ, занимаюсь идеей построения двигателя на нетрадиционном топливе. Необходимо Напряжение 45-50 Кв с током 0,02-0,04 А. Что вы можете мне посоветовать? Ответьте в личку, могу поделится идеей,

  31. admin:

    В личку не могу ответить, на сайте нет такой возможности.
    А почему именно двигатель? А другие источники — http://elektricvdome.ru/alternativnye-istochniki-elektroenergii/

  32. Гриша:

    За основу была взята вторая формула… Данные для расчета n=5.4, Uвх=9В, Iн= 1,6А, f=50Гц, C=0.1 мкф=0.0000001 Ф

    Результат : U вых = — 6020592 В…. по мне не может быть такого, или у вас ошибка в формуле, или нужно брать кондер огромной емкости, которую фиг где найдешь…

  33. admin:

    Попробуйте посчитать по первой формуле. Кстати n — должно быть целым числом.

  34. Дмитрий:

    Помогите с номиналами конденсаторов…. Нужно из 1 вольта получить 3 вольта. Хотел расчитать по простому варианту — не смог.

  35. admin:

    C = 2,85*3*1/(100*3)=0,0285 мкФ, Округляем до 0,03 мкФ. (Ток взят 1А, коэффициент пульсаций — 100)

  36. Юрий:

    В телевизоре Рубин нет картинки. Подскажите пожалуйста может быть неисправен умножитель напряжения или еще что нибудь? И второй вопрос — умножитель напряжения отвечает за строчную развертку?

  37. admin:

    Последний раз я копался в телевизоре лет 20 назад, уже толком и не помню… Да, умножитель отвечает за строчную развертку… Но если нет строчной развёртки, то на экране будет светящаяся полоса(вертикальная), при условии исправности кадровой развертки.

  38. Дмитрий:

    Большое спасибо. Буду пробовать.

  39. admin:

    Не забудьте отписаться о результате)

  40. олeг:

    А можeтe подсказать, eсли дeлать умножитель на 8 , при входном напряжении 220В, насколько вольт должны быть рассчитаны конденсаторы?

  41. admin:

    не ниже 600В

  42. булат:

    здраствуйте.. скажите пожалуйста то что ни на одном сайте я не нашел. как диод подбирают по напряжению? к примеру у меня строчник, и хочу на выходе после умножителя 60кВ(по вашей схеме)- получается я должен подобрать диод с обратным напряжением выше 60кВ? или 2Uвходного?

  43. admin:

    Здравствуйте, как-так не нашли? В первом абзаце написано: «Преимущество этой схемы в том, что на конденсаторах развивается всего лишь удвоенное амплитудное значение входного напряжения. Соответственно конденсаторы и диоды схемы могут быть рассчитаны на это напряжение.»

  44. настя:

    здраствуйте очень интересная статья, у меня вопрос, есть умножитель , диоды с маркировкой по кругу wwww- как я вычитала это 20кв, прямое падение напряжения которого 65вольт. вопрос подключив его(один диод) на 8 вольт у меня на выходе 3 вольта, это говорит о том что слои диода выгорели внутри ? разве не должно было быть ноль. как вообще их проверять

  45. jorik:

    а скажите пожалуйста как проверять высоковольтный диод 2cl77 на 20квольт, по паспорту написано что прямое паденик напряжения 65вольт, подаю 10 вольт на выходе падает только 7 вольт. при обратном включении до 70в подключил на выходе 0

  46. jorik:

    забыл сказал но от пьезоэлемента из зажигалки пробивает в обе стороны

  47. admin:

    Падение напряжения указано для номинального напряжения, так что всё нормально с диодами.

  48. admin:

    Всё правильно, падение напряжение указано для номинального напряжения. Проверить ещё можно мегометром, но всё равно не факт, что он хороший, покажет себя только в схеме, ну либо сдать в лабораторию на проверку)

  49. admin:

    Пьезоэлемент не показатель

  50. admin:

    А вообще нужно подавать не менее 40-50В в прямом включении с токоограничивающим резистором около 3кОм и тогда уже смотреть падение напряжения, если значение близко к паспортному, то диод можно считать условно хорошим.

  51. Sadara:

    Собираю 8-ступенчатый умножитель с питанием от 220 В 50 Гц («из розетки»). На выходе нужнопульсаций получить 1760 Вольт и 0,5 Ампера (понимаю, что будут ещё и потери).
    Рассчитав ёмкость (по первой формуле) получил значение в примерно 200 мкФ при допустимом значении в 1 мкФ (коэффициент пульсаций принял равным 100).
    Как это повлияет на выходной ток генератора?

    И если это уменьшит его, как можно получить на выходе именно нужные значения?
    Некоторые люди советуют ставить перед генератором высокочастотный генератор. Имеет ли смысл?
    Благодарю.

  52. admin:

    Как вы считали, интересно? Для вашего умножителя: С(n) = 2,85*n*Iн/(Кп*Uвых) = 2,85*8*500/(100*1760) = 11400/176000=0,065 мкФ.
    Потери учтены формулой, ВЧ генератор не имеет смысла.

  53. Sadara:

    Доброго времени суток, admin!
    Да, я допустил ошибку в расчётах.
    Теперь всё сходится, спасибо!

    В статье Вы писали, что для схемы с питанием от 220 В подойдут диоды типа КД226Г. Однако максимальное обратное напряжение у этих диодов — 600 В. Подойдут ли они для схемы с 1760 В на выходе (я писал об этом чуть выше)?

    Также имеется вопрос касательно подбора конденсаторов:
    Подходят ли для схемы плёночные конденсаторы типа К73-17?

    Параметры для первого конденсатора:
    0,22 мкФ; 400В
    Параметры для второго и последующих конденсаторов:
    0,068 мкФ; 630В

    Благодарю.

  54. admin:

    Цитирую статью: «Преимущество этой схемы в том, что на конденсаторах развивается всего лишь удвоенное амплитудное значение входного напряжения. Соответственно конденсаторы и диоды схемы могут быть рассчитаны на это напряжение.»
    Конденсаторы подойдут, опять таки цитирую)): «Конденсаторы лучше всего брать с минимальным током утечки, например серии К73…»

  55. Андрей:

    как получить из сетевого эффективного напряжения 220 в выходное напряжение 440 вольт выпрямленного постоянного? Удвоитель по схеме Латура выдает более 600 вольт однополупериодный выпрямитель более 300 в, мостовой выпрямитель тоже более 300 в , 440 неполучается а мне нужно именно 440 в ну или чуть меньше или чуть больше но никак не 600. Как это сделать?

  56. admin:

    Про делитель напряжения слышали? Или про трансформатор?)

  57. Андрей:

    Делитель не подходит ток должен быть до 5 ампер

  58. Андрей:

    Трансформатор получится довольно таки габаритный и думаю что потеряется нужный эффект

  59. admin:

    Можно ж понизить/повысить напряжение на входе умножителя трансформатором, ничего не потеряется. Если габариты критичны, то есть ещё электронный трансформатор.

Ваш комментарий

Обратите внимание: Комментарии модерируются, и это может вызвать задержку их публикации. Отправлять комментарий заново не требуется.