multiplicateurs de tension. Schéma, description

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Multiplicateurs de tension

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L'article décrit les principales variantes de multiplicateurs de tension utilisés dans une grande variété d'appareils électroniques et fournit les rapports calculés. Ce matériel intéressera les radioamateurs impliqués dans le développement d'équipements utilisant des multiplicateurs.

Les multiplicateurs sont largement utilisés dans les appareils électroniques modernes. Ils sont utilisés dans les équipements de télévision et médicaux (sources de tension anodiques pour kinéscopes, alimentation pour lasers de faible puissance), dans les équipements de mesure (oscilloscopes, appareils de mesure du niveau et des doses de rayonnement radioactif), dans les appareils de vision nocturne et les appareils à électrochocs, appareils électroniques domestiques et de bureau (ioniseurs, "lustre de Chizhevsky", photocopieurs) et de nombreux autres domaines technologiques. Cela s'est produit en raison des principales propriétés des multiplicateurs - la capacité de générer une tension élevée, jusqu'à plusieurs dizaines et centaines de milliers de volts, avec de petites dimensions et un faible poids. Un autre avantage important est leur facilité de calcul et de fabrication.

Le multiplicateur de tension est constitué de diodes et de condensateurs connectés d'une certaine manière et est un convertisseur de la tension alternative d'une source basse tension en une tension continue élevée.

Le principe de son fonctionnement ressort clairement de la Fig. 1, qui montre le circuit d'un multiplicateur demi-onde. Considérons les processus qui s'y déroulent étape par étape.

Multiplicateurs de tension

Pendant la tension alternée négative, le condensateur C1 est chargé via la diode ouverte VD1 jusqu'à la valeur d'amplitude de la tension appliquée U. Lorsqu'une tension alternée positive est appliquée à l'entrée du multiplicateur, le condensateur C2 est chargé via la diode ouverte VD2. à une tension de 2Ua. Au cours de l'étape suivante - l'alternance négative - le condensateur C3 est chargé via la diode VD2 à une tension de 3U. Et enfin, lors de l'alternance positive suivante, le condensateur C2 est chargé à une tension de 4U.

Il est évident que le démarrage du multiplicateur se produit en plusieurs périodes de tension alternative. La tension de sortie constante est la somme des tensions sur les condensateurs C2 et C4 connectés en série et constamment rechargés et est de 4Ua.

Montré sur la Fig. 1 multiplicateur fait référence aux multiplicateurs en série. Il existe également des multiplicateurs de tension parallèles qui nécessitent moins de capacité par étage de multiplication. Sur la fig. La figure 2 montre un schéma d'un tel multiplicateur demi-onde.

Multiplicateurs de tension

Les multiplicateurs en série sont les plus couramment utilisés. Ils sont plus universels, la tension sur les diodes et les condensateurs est répartie uniformément et un plus grand nombre d'étages de multiplication peuvent être mis en œuvre. Les multiplicateurs parallèles ont aussi leurs avantages. Cependant, leur inconvénient, tel qu'une augmentation de la tension sur les condensateurs avec une augmentation du nombre d'étages de multiplication, limite leur utilisation à une tension de sortie d'environ 20 kV.

Sur la fig. Les figures 3 et 4 montrent des circuits de multiplicateurs pleine onde. Les avantages du premier (Fig. 3) sont les suivants : seule une tension d'amplitude est appliquée aux condensateurs C1, C3, la charge sur les diodes est uniforme et une bonne stabilité de la tension de sortie est obtenue. Le deuxième multiplicateur, dont le circuit est représenté sur la Fig. 4. se distinguent par des qualités telles que la possibilité de fournir une puissance élevée, la facilité de fabrication, une répartition uniforme de la charge entre les composants, un grand nombre d'étapes de multiplication.

Multiplicateurs de tension

Le tableau montre les valeurs typiques des paramètres et la portée des multiplicateurs de tension.

Multiplicateurs de tension

Lors du calcul du multiplicateur, vous devez définir ses principaux paramètres : tension de sortie, puissance de sortie, tension alternative d'entrée, dimensions requises, conditions de fonctionnement (température, humidité).

De plus, certaines restrictions doivent être prises en compte : la tension d'entrée ne peut pas dépasser 15 kV, la fréquence de la tension alternative est limitée entre 5 et 100 kHz. tension de sortie - pas plus de 150 kV, plage de température de fonctionnement de -55 à +125 * C et humidité - 0 ... 100 %. Dans la pratique, des multiplicateurs d'une puissance de sortie allant jusqu'à 50 W sont développés et utilisés, bien que des valeurs de 200 W ou plus soient réalistes.

La tension de sortie du multiplicateur dépend du courant de charge. À condition que la tension et la fréquence d'entrée soient constantes, elles sont déterminées par la formule : Uout = N · Nin - [1 (N3 + 9N2/4 + N/2)]/12FC, où I est le courant de charge. UN; N est le nombre d'étages multiplicateurs ; F - fréquence de tension d'entrée. Hz ; C est la capacité du condensateur d'étage, f. Réglage de la tension de sortie, du courant. fréquence et nombre de pas, à partir desquels la capacité requise du condensateur de pas est calculée.

Cette formule est donnée pour calculer le multiplicateur série. En parallèle, pour obtenir le même courant de sortie, la capacité requise est moindre. Ainsi, si la capacité en série est de 1000 1000 pF, alors un multiplicateur parallèle à trois étages nécessitera une capacité de 3 333 pF / XNUMX = XNUMX pF. Dans chaque étape suivante d'un tel multiplicateur, des condensateurs avec une tension nominale élevée doivent être utilisés.

La tension inverse sur les diodes et la tension de fonctionnement des condensateurs du multiplicateur série sont égales à la pleine oscillation de la tension d'entrée.

Dans la mise en œuvre pratique du multiplicateur, une attention particulière doit être portée au choix de ses éléments, à leur placement et aux matériaux isolants. La conception doit fournir une isolation fiable pour éviter l'apparition d'une décharge corona, ce qui réduit la fiabilité du multiplicateur et conduit à sa défaillance.

Si vous souhaitez changer la polarité de la tension de sortie, la polarité des diodes doit être inversée.

Auteur : D.Sadchenkov, Moscou

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