Удвоитель напряжения
Удвоитель напряжения — это электронная схема, которая заряжает конденсаторы от входного напряжения и переключает эти заряды таким образом, что в идеальном случае на выходе создается ровно в два раза больше напряжения, чем на его входе.
Простейшие из этих схем представляют собой форму выпрямителя , который принимает переменное напряжение в качестве входа и выдает удвоенное постоянное напряжение. Переключающие элементы представляют собой простые диоды, и они переводятся в состояние переключения просто переменным напряжением на входе. Удвоители напряжения постоянного тока не могут переключаться таким образом и требуют управляющей схемы для управления переключением. Для них также часто требуется переключающий элемент, которым можно управлять напрямую, например транзистор , вместо того, чтобы полагаться на напряжение на переключателе, как в простом случае преобразования переменного тока в постоянный.
Удвоители напряжения представляют собой разновидность схемы умножителя напряжения . Многие, но не все, схемы удвоителей напряжения можно рассматривать как одну ступень умножителя более высокого порядка: объединение идентичных каскадов вместе обеспечивает большее умножение напряжения.
Схема Виллара , задуманная Полом Ульрихом Вилларом , [p 1] состоит просто из конденсатора и диода. Несмотря на большое преимущество простоты, его выходной сигнал имеет очень плохие характеристики пульсаций . По сути, схема представляет собой схему диодного зажима . Конденсатор заряжается за отрицательные полупериоды до пикового напряжения переменного тока ( Vpk ) . Выход представляет собой суперпозицию входного сигнала переменного тока и постоянного постоянного тока конденсатора. Эффект схемы заключается в смещении значения постоянного тока формы волны. Отрицательные пики сигнала переменного тока «зажимаются» до 0 В (фактически — V F, малое напряжение прямого смещения диода) диодом, поэтому положительные пики выходного сигнала составляют 2 В пик . Пульсации от пика к пику составляют огромные пиковые значения 2 В и не могут быть сглажены , если схема не будет эффективно преобразована в одну из более сложных форм. [1] Это схема (с перевернутым диодом), используемая для подачи отрицательного высокого напряжения на магнетрон в микроволновой печи.
Удвоитель напряжения Greinacher представляет собой значительное улучшение по сравнению со схемой Виллара при небольших затратах на дополнительные компоненты. Пульсации значительно снижены, номинально нулевые при нагрузке разомкнутой цепи, но когда потребляется ток, зависит от сопротивления нагрузки и номинала используемых конденсаторов. Схема работает, следуя этапу ячейки Виллара с тем, что по сути является каскадом детектора пиков или детектора огибающей . Ячейка пикового детектора устраняет большую часть пульсаций, сохраняя при этом пиковое напряжение на выходе. Схема Грейнахера также широко известна как полуволновой удвоитель напряжения. [2]
Эта схема была впервые изобретена Генрихом Грейнахером в 1913 году (опубликовано в 1914 году [стр. 2] ) для обеспечения 200–300 В, необходимых ему для его недавно изобретенного ионометра , 110 В переменного тока, поставляемого электростанциями Цюриха того времени, было недостаточно. [3] Позже он распространил эту идею на каскад множителей в 1920 году. [p 3] [4] [p 4] Этот каскад клеток Грейнахера часто ошибочно называют каскадом Виллара. Его также называют множителем Кокрофта-Уолтона в честь ускорителя частиц , построенного Джоном Кокрофтом и Эрнестом Уолтоном ., который независимо открыл эту схему в 1932 году. [стр. 5] [5] Концепция этой топологии может быть расширена до схемы учетверителя напряжения с использованием двух ячеек Грейнахера противоположных полярностей, питаемых от одного и того же источника переменного тока. Выход берется через два отдельных выхода. Как и при мостовой схеме, невозможно одновременно заземлить вход и выход этой схемы. [6]
