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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Multiplicadores de voltaje
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / diseñador radioaficionado El artículo describe las principales opciones para los multiplicadores de voltaje utilizados en una amplia variedad de dispositivos electrónicos y proporciona relaciones calculadas. Este material será de interés para los radioaficionados involucrados en el desarrollo de equipos que utilizan multiplicadores. Los multiplicadores se utilizan ampliamente en los dispositivos electrónicos modernos. Se utilizan en televisión y equipos médicos (fuentes de voltaje anódico para tubos de imagen, fuente de alimentación para láseres de baja potencia), en equipos de medición (osciloscopios, instrumentos para medir el nivel y dosis de radiación radiactiva), en dispositivos de visión nocturna y dispositivos de electrochoque. , dispositivos electrónicos domésticos y de oficina (ionizadores, "lámpara de araña de Chizhevsky", fotocopiadoras) y muchas otras áreas de la tecnología. Esto sucedió gracias a las propiedades principales de los multiplicadores: la capacidad de generar voltaje alto, de hasta varias decenas y cientos de miles de voltios, con pequeñas dimensiones y peso. Otra ventaja importante es su facilidad de cálculo y fabricación. Un multiplicador de voltaje consta de diodos y condensadores conectados de cierta manera y es un convertidor de voltaje de corriente alterna de una fuente de bajo voltaje a corriente continua de alto voltaje. El principio de su funcionamiento queda claro en la Fig. 1, que muestra el circuito de un multiplicador de media onda. Consideremos los procesos que ocurren en él paso a paso.
Durante el voltaje de medio ciclo negativo, el capacitor C1 se carga a través del diodo abierto VD1 al valor de amplitud del voltaje aplicado U. Cuando se aplica un voltaje de semiciclo positivo a la entrada del multiplicador, el capacitor C2 se carga a través del diodo abierto VD2 a un voltaje de 2Ua. Durante la siguiente etapa, el semiciclo negativo, el condensador C3 se carga a través del diodo VD2 hasta un voltaje de 3U. Y finalmente, durante el siguiente semiciclo positivo, el condensador C2 se carga a un voltaje de 4U. Evidentemente, el multiplicador se pone en marcha tras varios periodos de tensión alterna. La tensión de salida constante es la suma de las tensiones en los condensadores C2 y C4 conectados en serie y constantemente recargados y asciende a 4Ua. Mostrado en la Fig. 1 multiplicador se refiere a multiplicadores en serie. También hay multiplicadores de voltaje en paralelo que requieren menos capacidad de capacitor por etapa multiplicadora. En la Fig. La Figura 2 muestra un diagrama de dicho multiplicador de media onda.
Los más utilizados son los multiplicadores en serie. Son más universales, la tensión en los diodos y condensadores se distribuye uniformemente y se puede implementar un mayor número de etapas de multiplicación. Los multiplicadores paralelos también tienen sus ventajas. Sin embargo, su desventaja, como un aumento de la tensión en los condensadores con un aumento del número de etapas de multiplicación, limita su uso a una tensión de salida de aproximadamente 20 kV. En la Fig. Las figuras 3 y 4 muestran circuitos de multiplicadores de onda completa. Las ventajas del primero (Fig. 3) incluyen las siguientes: solo se aplica voltaje de amplitud a los capacitores C1, C3, la carga en los diodos es uniforme y se logra una buena estabilidad del voltaje de salida. El segundo multiplicador, cuyo circuito se muestra en la Fig. 4. Se distinguen por cualidades tales como la capacidad de proporcionar alta potencia, facilidad de fabricación, distribución uniforme de la carga entre los componentes y una gran cantidad de etapas de multiplicación.
La tabla muestra los valores de parámetros típicos y el ámbito de aplicación de los multiplicadores de voltaje.
Al calcular un multiplicador, se deben establecer sus parámetros principales: voltaje de salida, potencia de salida, voltaje CA de entrada, dimensiones requeridas, condiciones de funcionamiento (temperatura, humedad). Además, es necesario tener en cuenta algunas restricciones: el voltaje de entrada no puede ser más de 15 kV, la frecuencia del voltaje alterno está limitada a 5... 100 kHz. voltaje de salida: no más de 150 kV, rango de temperatura de funcionamiento de -55 a +125 * C y humedad: 0...100%. En la práctica se desarrollan y utilizan multiplicadores con una potencia de salida de hasta 50 W, aunque en realidad se pueden alcanzar valores de 200 W o más. El voltaje de salida del multiplicador depende de la corriente de carga. Siempre que la tensión y la frecuencia de entrada sean constantes, se determina mediante la fórmula: Uout = N · Nin - [1 (N3 + 9N2/4 + N/2)]/12FC, donde I es la corriente de carga. A; N es el número de etapas multiplicadoras; F - frecuencia del voltaje de entrada. Hz; C es la capacitancia del condensador de etapa, f. Configuración del voltaje de salida, corriente. frecuencia y número de etapas, a partir de ahí se calcula la capacitancia requerida del condensador de etapa. Esta fórmula se proporciona para calcular el multiplicador en serie. En paralelo, para obtener la misma corriente de salida, la capacitancia requerida es menor. Entonces, si el capacitor en serie tiene una capacitancia de 1000 pF, entonces un multiplicador paralelo de tres etapas requerirá una capacitancia de 1000 pF / 3 = 333 pF. En cada etapa posterior de dicho multiplicador, se deben utilizar condensadores con una tensión nominal más alta. El voltaje inverso en los diodos y el voltaje de funcionamiento de los condensadores en el multiplicador en serie son iguales a la oscilación total del voltaje de entrada. Al implementar un multiplicador en la práctica, se debe prestar especial atención a la selección de sus elementos, su ubicación y los materiales aislantes. El diseño debe proporcionar un aislamiento confiable para evitar la descarga de corona, lo que reduce la confiabilidad del multiplicador y conduce a su falla. Si es necesario cambiar la polaridad del voltaje de salida, se debe invertir la polaridad de los diodos. Autor: D.Sadchenkov, Moscú
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Comentarios sobre el artículo: Alejandro Buen artículo. Gracias :)
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