Удвоение и умножение напряжения

Если необходимо получить выпрямленное напряже­ние, которое превышает амплитудное значение напря­жения на вторичной обмотке трансформатора, можно использовать схему удвоения выпрямленного напряже­ния, приведенную на рис. 4. В течение первого полу­периода, когда ток вторичной обмотки направлен свер­ху вниз по схеме, открыт диод VD1 и заряжается кон­денсатор С1, как в схеме однополупериодного выпря­мителя. В течение второго полупериода диод VD1 за­перт и отпирается диод VD2. Теперь конденсатор С2 заряжается суммарным напряжением вторичной обмот­ки трансформатора и напряжением заряженного кон­денсатора С1, которые соединены согласно. Благодаря этому на конденсаторе С2 образуется удвоенное нап­ряжение. Рабочее напряжение конденсатора С1 равно амплитуде, а рабочее напряжение конденсатора С2 — удвоенной амплитуде напряжения вторичной обмотки трансформатора. Обратные напряжения обоих диодов равны удвоенной амплитуре напряжения вторичной об­мотки. Частота пульсаций равна частоте сети - 50 Гц.

Удвоенное напряжение на конденсаторе С2 и низ­кая частота пульсаций являются недостатком данной схемы. Кроме того, во время заряда конденсатора С2 конденсатор С1 быстро разряжается током заряда кон­денсатора С2. Во избежание резкого увеличения пуль­саций и уменьшения выпрямленного напряжения при­ходится выбирать емкость С1 значительно больше ем­кости С2. Поэтому, если использование этой схемы, не диктуется построением остальной схемы блока пита­ния, лучше применять другую схему удвоения напря­жения, которая показана на рис. 5.

Здесь за один полупериод заряжается через диод один конденсатор, а в течение второго полупериода че­рез второй диод заряжается второй конденсатор. Вы­ходное выпрямленное напряжение снимается с обоих конденсаторов, включенных последовательно и согласно. Каждый конденсатор заряжается по схеме однополупе­риодного выпрямителя, но суммарное напряжение оказывается двухполупериодным, разряд конденсаторов происходит только

Рис. 4. Однополупериодное удвоение Рис. 5. Двухполупериодное удвоение

напряжения напряжения

через нагрузку, поэтому частота пульсаций вдвое больше частоты питающей сети, а форма выходного напряжения аналогична форме у двухполупериодного выпрямителя. Выходное напря­жение почти равно удвоенной амплитуде напряжения вторичной обмотки. Рабочее напряжение обоих конден­саторов равно амшштуре этого напряжения. Обратное напряжение на каждом диоде равно удвоенной ампли­туде. Таким образом, использование этой схемы выгод­нее, чем схемы, показанной на рис. 4.

Интересно заметить, что при постоянном значении напряжения на вторичной обмотке трансформатора мос­товая схема обеспечивает получение выпрямленного нап­ряжения в два раза большего, а схема удвоения нап­ряжения рис. 5 - в четыре раза большего, чем двух-полупериодная схема со средней точкой. Следует упо­мянуть, что в устаревшей литературе схема удвоения напряжения, приведенная на рис.5, называется схе­мой Латура. Рассмотрим еще две схемы выпрямителей с умноже­нием напряжения.

На рис. 6 приведена схема выпрямителя с учетверением напряжения, построенная по принципу схемы рис. 4. В течение одного полупериода заряжаются конденсаторы С1 напряжением обмотки и СЗ суммой напряжения обмотки и заряженного конденсатора С2 минус напряжение на СУ; при этом С2 разряжается. Конденсатор С1 заряжается до амплитуды, а СЗ - до удвоенной амплитуды напряжения на обмотке. В тече­ние следующего полупериода заряжаются С2 суммар­ным напряжением на обмотке и на С1, а также С4 сум­мой напряжений на обмотке, на С1 и на СЗ минус нап­ряжение на С2; при этом С1 и СЗ разряжаются, Оба

Рис. 6.Однополупериодный умножи­тель Рис. 7.Двухполупериодный умножитель

напряжения напряже­ния

конденсатора С2 и С4 заряжаются до удвоенной ампли­туды напряжения на обмотке. Результирующее напря­жение снимается с соединенных последовательно и со­гласно конденсаторов С2 и С4. Частота пульсаций вы­прямленного напряжения в этой схеме составляет, как и в схеме рис. 18.4, 50 Гц.

На рис. 7 показана двухполупериодная схема учетверения напряжения, подобная схеме рис. 5. Принцип ее действия читатель может рассмотреть са­мостоятельно по аналогии с предыдущими схемами. Здесь частота пульсаций составляет 100 Гц, и два кон­денсатора С1 и СЗработают при напряжении, равном одинарной амплитуде напряжения вторичной обмотки трансформатора вместо одного конденсатора С1в схе­ме рис. 18.6. При одинаковом количестве элементов эта схема выгоднее предыдущей.

Достоинством схемы, изображенной на рис. 18.6, является возможность умножения напряжения в нечет­ное число раз. Так, если удалить конденсатор С4 и под­ключенный к нему диод, а выпрямленное напряжение снимать с конденсаторов С1 и СЗ, получится утроенное напряжение. Схема рис. 7 позволяет получать выпрям­ленное напряжение только в четное число раз большее напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Выпрямление с умножением напряжения не ограни­чивается его учетверением: подключая дополнительные цепочки, состоящие из диода и конденсатора, можно увеличивать коэффициент умножения. Часто требуется получить высокое выпрямленное напряжение, изме­ряемое киловольтами. Для достижения этой цели име­ются два пути: либо намотать высоковольтную обмотку на трансформаторе и выпрямить полученное с нее высокое напряжение простым выпрямителем, либо ис­пользовать схему умножения. Второй способ целесооб­разнее. Высоковольтные обмотки трансформатора имеют низкую надежность, так как необходимо тщательно изо­лировать их от других обмоток и от сердечника, а также хорошо изолировать слои этой обмотки один от другого. Кроме того, сама намотка высоковольтных обмоток весьма трудоемка: приходится наматывать тысячи вит­ков очень тонким проводом, который при малейшем натяжении легко рвется. Наконец, выпрямитель требу­ет применения высоковольтных конденсаторов и диодов с очень большим допустимым обратным напряжением. Выход находят путем последовательного соединения нескольких конденсаторов и нескольких диодов. Но тог­да при том же количестве конденсаторов и диодов целе­сообразнее собрать выпрямитель с умножением напря­жения, одновременно избавившись от необходимости на­личия высоковольтной обмотки.