Как сделать схему тройника напряжения?

Схема тройника напряжения и работа

Что такое утроение напряжения?

Схема умножения напряжения — это схема, которая утраивает входное напряжение, т. е. выходное напряжение будет в три раза превышать пиковое входное напряжение. Мы можем очень легко построить схему тройника напряжения, используя несколько диодов и конденсаторов. Схема утроения напряжения на самом деле представляет собой тип схем умножения, которые обеспечивают выходное напряжение в два, три или четыре раза больше пикового входного напряжения.

Схемы умножения напряжения используются, когда нам требуется высокое напряжение и малый ток. Умножители напряжения также используются для уменьшения размера трансформатора или иногда его удаления. Они могут быть очень полезны при преобразовании низкого напряжения переменного тока в высокое постоянное напряжение, а также требуется малый ток.

Похожие сообщения:

• Что такое Crowbar Circuit? Дизайн и работа
• Схема преобразователя с 12 В на 5 В

Необходимые компоненты

• 3 диода 1N4007
• 3 конденсатора по 22 мкФ
• Понижающий трансформатор 9-0-9
• Цифровой мультиметр

Диод (1N4007)

Диод — это однонаправленное устройство, т. е. пропускает ток только в одном направлении. Он используется во многих электронных приложениях, таких как выпрямитель, обработка сигналов, отсечение/фиксация сигналов, обнаружение сигналов, микширование сигналов и многие электронные системы. Он имеет две клеммы Анод и Катод. Таким образом, ток должен течь от анода к катоду.

На самом деле диод работает по принципу полупроводника. Итак, существует два типа полупроводников на основе свободных электронов:N-типа и P-типа.

Полупроводник N-типа имеет много свободных электронов и очень мало положительных дырок. Итак, электроны называются основными носителями заряда, а дырки — неосновными носителями заряда. Полупроводник P-типа имеет большую концентрацию положительных дырок и очень меньшую концентрацию электронов. Таким образом, основные носители — это дырки, а неосновные — электроны.

Когда области P-типа и N-типа соприкасаются, большинство носителей диффундируют с одной стороны на другую. Поскольку в области N-типа меньше дырок, а в области P-типа меньше электронов, поэтому из-за разницы концентраций электроны движутся в сторону области P-типа, а дырки - в сторону области N-типа. Когда электроны из области N-типа диффундируют с дырками в области P-типа, а дырки из области P-типа диффундируют с электронами в области N-типа, то слой положительных ионов на стороне N и слой появляются отрицательные ионы на стороне P.

Эти два слоя появляются вдоль линии соединения двух областей/полупроводников. Эта область из двух слоев ионов известна как обедненная область или обедненный слой, потому что в этой области нет заряда, поскольку все они рекомбинируют.

После образования обедненного слоя диффузия носителей заряда из обеих областей не происходит из-за электрического поля, генерируемого этой обедненной областью.

Если мы соединим сторону P диода с положительной клеммой батареи, а сторону N с отрицательной клеммой, то это называется прямым смещением. Если мы увеличим напряжение от нуля, то в начале через диод не будет протекать ток, потому что не хватает напряжения для того, чтобы носители заряда пересекали потенциальный барьер обедненного слоя. Когда напряжение, приложенное к диоду, больше, чем единственный ток, который может протекать через диод.

Если мы соединим сторону N диода с отрицательной клеммой батареи, а сторону P с положительной клеммой, то это называется обратным смещением. Когда применяется это смещение, отрицательные электроны на стороне P притягиваются к отрицательной клемме, а дырки на стороне N притягиваются к положительной клемме. В результате обедненный слой становится шире и, следовательно, диод блокирует ток. Вот почему диод является однонаправленным устройством.

Конденсатор

Конденсатор — это устройство, используемое для хранения энергии в виде заряда. Они широко используются во многих электронных приложениях. Конденсатор состоит из двух металлических пластин, между которыми находится диэлектрический материал. Поэтому, когда мы прикладываем электрический потенциал к этим двум пластинам, между этими пластинами создается электрическое поле. Положительный заряд собирается на отрицательной стороне, а отрицательный — на положительной.

Этот процесс продолжается до тех пор, пока обе пластины не будут достаточно заряжены, и в этом состоянии конденсатор находится в полностью заряженном состоянии. Обе пластины имеют одинаковый заряд с разной полярностью. Таким образом, между этими пластинами возникает электрическое поле. Так конденсатор держит заряд. Давайте теперь посмотрим, почему между двумя пластинами конденсатора имеется диэлектрическое заполнение.

Диэлектрик имеет полярные молекулы, то есть они могут двигаться к любой из пластин в зависимости от заряда, приложенного к пластинам. Следовательно, молекулы выстраиваются таким образом, что больше электронов может притягиваться к отрицательной пластине, а больше электронов может отталкиваться от положительной пластины. Теперь, если мы вытащим аккумулятор после полной зарядки конденсатора, конденсатор может удерживать этот заряд в течение длительного времени. И вот как он действует как элемент накопления энергии. Если вы приложите нагрузку к двум клеммам конденсатора, он начнет разряжаться, и ток начнет течь через подключенную нагрузку.

Конденсатор можно использовать во многих случаях. Одно из приложений в этом проекте. Его также можно использовать в качестве шунтирующего конденсатора. Шунтирующие конденсаторы используются с ИС для фильтрации шума в источнике питания, например, для обработки пульсаций и колебаний, вызванных переключением. Поэтому, когда блок питания отключается, временной конденсатор действует как временный источник питания. Их также можно использовать в выпрямителях. Хотя выпрямитель состоит из диодов, роль конденсатора также важна.

Выходной сигнал выпрямителя представляет собой непрерывный сигнал, который при прохождении через конденсатор преобразуется в плавный сигнал постоянного тока благодаря зарядке и разрядке конденсатора. Еще одно применение конденсатора — фильтрация сигналов. Они используются для разработки фильтров, которые широко используются в обработке сигналов. Поэтому они используются в радиоприемниках для настройки частоты, чтобы выбрать идеальный канал, который нужно слушать. Последнее, но не менее важное использование конденсатора — это хранение энергии. Их срок службы намного выше, чем у обычных батарей, и они могут отдавать энергию намного быстрее, поскольку их время зарядки и разрядки действительно меньше.

Схема тройника напряжения

Схема действительно очень проста. Вы можете сделать эту схему либо на макетной плате, либо припаять ее на Perfboard. Вам просто нужно следовать схеме, и все готово. Во-первых, соедините клемму 9 В трансформатора с положительной клеммой конденсатора. Теперь подключите отрицательную клемму этого конденсатора к положительной клемме диода, а затем подключите отрицательную клемму этого диода к клемме 0 В трансформатора. Теперь соедините отрицательную клемму другого диода с положительной клеммой этого диода и положительную клемму с отрицательной клеммой отрицательной клеммы другого конденсатора, а затем соедините положительную клемму этого конденсатора с клеммой 0 В трансформатора.

Теперь вам нужно соединить положительную клемму третьего конденсатора с отрицательной клеммой предыдущего диода и отрицательную клемму с положительной клеммой третьего диода, а затем соединить отрицательную клемму этого диода с клемма 0В трансформатора.

Мы используем трансформатор 9-0-9 для понижения напряжения сети переменного тока 220 В. Теперь, в первом положительном полупериоде, диод D1 смещается в прямом направлении, а конденсатор C1 заряжается от D1 до пикового значения напряжения (Vpeak). А в отрицательный полупериод диод D2 смещен в прямом направлении, а диод D1 смещен в обратном направлении. D1 не дает разрядить конденсатор C1. Конденсатор C2 заряжается комбинированным напряжением C1 (Vpeak) и отрицательным пиковым напряжением сети переменного тока, поэтому он заряжается до 2Vpeak.

Во время второго положительного полупериода диоды D1 и D3 проводят ток, а D2 смещается в обратном направлении. Таким образом, конденсатор C3 заряжается до того же напряжения, что и C2, что составляет 2 Впик. Теперь, как мы видим, конденсаторы C1 и C3 соединены последовательно, поэтому общее напряжение на этих конденсаторах равно Vpeak + 2Vpeak =3Vpeak. Вот как мы получаем утроенное значение приложенного напряжения на выходе. Аналитически приведенный выше расчет может быть правильным. Но мы должны учитывать и практический аспект. На самом деле часть напряжения также падает на диодах, так что выходное напряжение не точно в три раза превышает входное. Это будет:

Vout =3 x Vpeak — падение напряжения на диодах

Похожие сообщения: 

• Понижающий преобразователь — схема, конструкция, работа и примеры
• Что такое Boost Converter? Принципиальная схема и работа

Работа схемы утроения напряжения

Напряжение на входе будет измеряться от трансформатора, а напряжение на стороне выхода будет измеряться от третьего диода. Сначала установите ручку цифрового мультиметра на диапазон 20 В и измерьте входное напряжение, а затем измерьте напряжение на выходе, изменив диапазон. В этом проекте мы использовали трансформатор 9 В для ввода. Это среднеквадратичное значение, поэтому для определения размаха напряжения нам нужно умножить его на √2, поэтому Vpeak =9 x √2 =12,7 В

То есть аналитически наш выход должен быть 12,7 x 3 =38,1 В

А получается около 37,3 В. Значит, падение напряжения на диодах 38,1-37,3 =0,8 В