Умножитель напряжения постоянного тока своими руками

На чтение 22 мин. Опубликовано
Схемы и радиоэлектроника: УМНОЖИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ, Теория электроники - читайте на портале Радиосхемы
Содержание
  1. Умножитель напряжения постоянного тока своими руками
  2. УМНОЖИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ
  3. Умножитель напряжения постоянного тока своими руками
  4. УМНОЖИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ
  5. Повышающие переменное, постоянное напряжение бестрансформаторные преобразователи, схема, конструкция. Умножители — расчет онлайн
  6. Повышающие преобразователи
  7. Повышающие преобразователи переменного тока
  8. Расчет умножителя онлайн
  9. Повышающие преобразователи постоянного тока
  10. Опасное развлечение: простой генератор высокого напряжения Кокрофта-Уолтона
  11. Предыстория и предпосылки
  12. Железо
  13. Результаты

Умножитель напряжения постоянного тока своими руками

УМНОЖИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

Предлагаем еще несколько схем умножения напряжения. Изображена мостовая двухтактная схема удвоения напряжения. В этой схеме частота пульсаций выпрямленного напряжения равна удвоенной частоте сети (fn=2fc), обратное напряжение на диодах в 1,5 раза больше выпрямленного, коэффициент использования трансформатора — 0,64. Ее можно представить в виде двух последовательно включенных однополупериодных схем, работающих от одной обмотки трансформатора и подключенных к общей нагрузке. Если среднюю точку (точку соединения конденсаторов) подключить к общему проводу, получится двухполярный источник с выходным напряжением ±U.
Вторая схема удвоения напряжения показана на рисунке 2, который вы видите ниже:

В ней вход (вторичная обмотка трансформатора) и выход имеют общую точку, что в ряде случаев может оказаться полезным. Здесь в течение отрицательного полупериода входного напряжения конденсатор С1 заряжается через диод VD2 до напряжения, равного амплитудному значению U-1. Во время положительного полупериода диод VD2 закрыт, а конденсатор С1 оказывается включенным последовательно с вторичной обмоткой Т1, поэтому конденсатор С2 через диод VD1 заряжается до удвоенного значения напряжения. Добавив к данной схеме еще один диод и конденсатор, получим варианты утроителей напряжения, которые представлены на следущих рисунках:

Схему на рис.2 можно каскадировать и получать весьма высокие напряжения. Такой каскадный умножитель представлен на рисунке:

В этой схеме все конденсаторы, за исключением С1, заряжаются до удвоенного напряжения Ui (Uc=2Ui), а С1 заряжается только до Ui. Таким образом, рабочее напряжение конденсаторов и диодов получается достаточно низким. Максимальный ток через диоды определяется выражением:

lmax=2,1IH,
где lH—ток, потребляемый нагрузкой.

Необходимая емкость конденсаторов в этой схеме определяется по приближенной формуле:

С=2,85N*Iн/(Кп*Uвых), Мкф

где N—кратность умножения напряжения;
IН — ток нагрузки, мА;
Кп — допустимый коэффициент пульсаций выходного напряжения, %;
Uвыlx—выходное напряжение, В.

Емкость конденсатора С1 необходимо увеличить в 4 раза по сравнению с расчетным значением (хотя в большинстве случаев хватает и двух-трех- кратного увеличения). Конденсаторы должны быть с минимальным током утечки (типа К73 и аналогичные).

Умножать напряжение можно и с помощью мостовых выпрямителей. Схема ниже на рисунке 6:

Здесь удобно взять малогабаритные выпрямительные мосты, например, серий RB156, RB157 и аналогичные. Конденсаторы СЗ. С6 (и далее) — емкостью 0,22. 0,56 мкФ. Следует учитывать возрастание напряжения на обкладках конденсаторов и соответствующим образом выбирать их рабочее напряжение. Это же относится и к конденсаторам фильтра С1, С2.

При совсем малых токах нагрузки можно воспользоваться схемой одно- полупериодного умножителя:

В зависимости от необходимого выходного напряжения Uвых=0,83Uo определяется количество каскадов N по приближенной формуле:

N=0.85U0/U1

где U1 — входное напряжение.

Емкость С конденсаторов С1. СЗ рассчитывается:
С=34Iн*(Т+2)/U2
где lH —ток нагрузки умножителя;
U2 — падение напряжения на R1 (обычно выбирается в пределах 3. 5% от U-1).

Снизить коэффициент пульсаций в умножителях напряжения можно с помощью транзисторных фильтров (рис.8),

Которые существенно уменьшают пульсации и шумы выходного напряжения и характеризуются весь малыми массогабаритными показателями. Сейчас выпускаются мощные транзисторы с допустимым напряжением 1,5 кВ и выше при токе нагрузки до 10 А. Диоды выбираются из условия Uобр=1,5U0 и Iмакс=2Iвых — Емкость С конденсаторов С1, С2 рассчитывается по приближенной формуле:

С=125Iн/U0

Сопротивление резистора R1 выбирается в пределах 20. 100 Ом. Емкость конденсатора СЗ определяется из выражения:

где m — число фаз выпрямителя (т=2);
fc — рабочая частота умножителя (fc=50 Гц).

Сопротивление R2 подбирается экспериментально (в пределах 51. 75 кОм), поскольку оно зависит от коэффициента усиления по току транзистора VT1. В фильтре можно использовать отечественные транзисторы КТ838, КТ840,КТ872, КТ834 и аналогичные.

Умножитель напряжения постоянного тока своими руками

Принципы построения и работы схем умножения напряжения.

В последнее время радиолюбители все чаще и чаще интересуются схемами питания построенным по принципу умножения напряжения. Причин этому можно назвать много, одни из самых главных – появление на рынке малогабаритных конденсаторов большой емкости и резкое удорожание медного провода, использовавшегося при намотке трансформаторов. Немаловажно и то, что схемы с умножением напряжения позволяют значительно снизить вес и габариты аппаратуры. Однако многие попытки выбора радиолюбителями таких схем заканчиваются неудачей, поскольку не соблюдаются несколько непременных условий для достаточно надежной и качественной работы таких, казалось бы, простых схем. Для того чтобы понять, как правильно выбрать схему и элементы умножителя, рассмотрим принципы работы таких устройств.

Схемы умножителей напряжения разделяются на симметричные и несимметричные. Для начала рассмотрим принцип работы и построения несимметричных схем. Несимметричные схемы умножителей подразделяются на два типа: Схемы умножителей первого рода и схемы умножителей второго рода.

Схема умножения первого рода представлена на рисунке.

В полупериод напряжения, когда в точке “А” имеется отрицательный потенциал относительно точки “F” конденсатор С1 будет заряжаться по цепи “F” -VD1 –“B” — С1 –“A” до амплитудного значения напряжения на входе схемы ( в точках “А” –“F”). Одновременно с зарядом С1 будет также заряжаться конденсатор С3 по цепи “F” –VD1 –“B” – VD2 – “C” — VD3 –“D” – C3 – “A” также до амплитудного значения напряжения на входе схемы. Также будут заряжаться и другие конденсаторы схемы умножения, которые могут быть и которые подключены одним выводом к точке “А”. Обратим внимание на то, что все эти конденсаторы заряжаются по цепочке последовательно соединенных диодов. Через диод VD1 течет ток заряда конденсаторов всех ступеней умножения, через диоды VD2, VD3 и далее – ток заряда всех остальных конденсаторов, подключенных одним выводом к точке “А”, кроме первого. Таким образом, через диоды в первоначальный момент проходят значительные токи заряда емкостей. Это необходимо учесть при выборе элементов для схемы умножения. Конденсаторы С2 и все которые могут быть в других ступенях и подключаются одним выводом к точке “F” в этот полупериод не заряжаются, поскольку оказываются шунтироваными парами диодов VD1-VD2, VD3-VD4 и далее VD(N)-VD(N+1).

С началом другого полупериода положительный потенциал будет в точке “А”. Поскольку конденсатор С1 уже заряжен до такого же потенциала, как максимальный Uo, то он оказываются включенным последовательно с источником питания и будут разряжаться по цепи “В” — VD2 –“С” — С2 –“F” – Источник – “А” . Поскольку конденсатор С2 был разряжен, то теперь он зарядится почти до удвоенного амплитудного напряжения Uo. “Почти” потому, что С1 за этот небольшой промежуток времени отдаст часть своего заряда конденсатору С2.

Если емкость конденсатора С1 намного больше емкости конденсатора С2, то С2 зарядится до удвоенного амплитудного значения напряжения Uo. Если емкости этих конденсаторов равны, то все равно, через несколько периодов напряжение на конденсаторе С2 достигнет удвоенного Uo. Аналогично, по цепи “D” –VD(N) – “E” — C(N) – “F” – Источник – “А” произойдет заряд конденсатора С(N) до удвоенного напряжения Uo.

В следующий полупериод напряжения конденсатор С2, заряженный до удвоеннного напряжения Uo, будет включен последовательно и по цепи “С” – VD3 –“D”- C3 – “А” – Источник – “F” зарядит конденсатор С3 почти до утроенного напряжения Uo. А конденсатор С1 будет подзаряжен до напряжения Uo.

В следующий полупериод конденсатор С2 будет заряжен так же как уже было описано, до удвоенного напряжения, а конденсатор С(N) будет заряжен по цепи D – VD(N) – E – C(N) –F – Источник – А – С3. Причем за счет утроенного напряжения на конденсаторе С3 и напряжения на входе конденсатор С(N) зарядится до учетверенного Uo. Если наращивать ступени умножения и дальше, их работа ничем не будет отличаться от работы первых стtпеней умножения. Следует отметить, что в один из полупериодов будут заряжаться конденсаторы, подключенные одним выводом к точке “А”, а в другой – конденсаторы, подключенные одним выводом к точке “F”, поэтому частота пульсаций на выходе схемы умножения первого рода равна частоте питающего напряжения.

Минимально допустимую величину конденсатора на выходе схемы умножения С(N) можно посчитать, исходя из заданного уровня пульсаций выпрямленного напряжения. Для начала определим сопротивление нагрузки:

Для питания анодной цепи усилителя мощности на 3-х ГУ-50 зададим: напряжение на выходе умножителя 1200 Вольт при токе 400 мА.

Подставляя данные в формулу, получим сопротивление нагрузки выпрямителя Rн = 3 Ком.

(Далее все практические расчеты будут сделаны именно для усилителя этого типа.)

Теперь определим емкость конденсатора на выходе схемы умножения.

Для усилителей мощности КВ радиостанций, работающих в телеграфном режиме, коэффициент пульсаций выбирается в пределах 0,5 – 3,0 % Для передатчиков ,работающих в SSB коэффициент пульсаций должен быть значительно ниже. Выберем Кп = 0, 1% , тогда: С(n) = 19 мкф (выберем 20 мкф)

Для того, чтобы получить как можно более пологую статическую характеристику важно соблюдать определенные пропорции в емкостях конденсаторов, которые обеспечат равенство энергий, накапливаемых каждым конденсатором при работе на реальную нагрузку. Наилучшие результаты дает ряд емкостей, для которого:

Где: C(N) –емкость конкретного конденсатора, С(n) – емкость конденсатора на выходе схемы, М – коэффициент увеличения емкости, определяемый по таблице:

УМНОЖИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

УМНОЖИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

В статье описаны основные варианты умножителей
напряжения, применяемых в самых различных электронных
устройствах, и приведены расчетные соотношения. Этот
материал будет интересен радиолюбителям, занимающимся
разработкой аппаратуры, в которой применяются умножители.

В современных радиоэлектронных устройствах умножители нашли широкое применение. Они используются в телевизионной и медицинской аппаратуре (источники анодного напряжения кинескопов, питания маломощных лазеров), в измерительной технике (осциллографы, приборы для измерения уровня и доз радиоактивного излучения), в приборах ночного видения и электрошоковых устройствах, бытовых и офисных электронных устройствах (ионизаторы, «люстра Чижевского», ксерокопировальные аппараты) и многих других областях техники. Произошло это благодаря главным свойствам умножителей — возможности формировать высокое, до нескольких десятков и сотен тысяч вольт, напряжение при малых габаритах и массе. Еще одно их важное преимущество — простота расчета и изготовления. Умножитель напряжения состоит из включенных определенным образом диодов и конденсаторов и представляет собой преобразователь напряжения переменного тока низковольтного источника в высокое напряжение постоянного тока.

Принцип его работы понятен из рис. 1, на котором приведена схема однополупериодного умножителя. Рассмотрим происходящие в нем процессы поэтапно. Во время действия отрицательного полупериода напряжения конденсатор С1 заряжается через открытый диод VD1 до амплитудного значения приложенного напряжения Uа. Когда к входу умножителя приложено напряжение положительного полупериода, конденсатор С2 через открытый диод VD2 заряжается до напряжения 2Uа. Во время следующего этапа — отрицательного полупериода — через диод VD3 до напряжения 2Uа заряжается конденсатор С3. И, наконец, при очередном положительном полупериоде до напряжения 2Uа заряжается конденсатор С4. Очевидно, что запуск умножителя происходит за несколько периодов переменного напряжения. Постоянное выходное напряжение складывается из напряжений на последовательно включенных и постоянно подзаряжаемых конденсаторах С2 и С4 и составляет 4Uа.

Изображенный на рис. 1 умножитель относится к последовательным умножителям. Существуют также параллельные умножители напряжения, для которых требуется меньшая емкость конденсатора на ступень умножения. На рис. 2 приведена схема такого однополупериодного умножителя.

Наиболее часто применяют последовательные умножители. Они более универсальны, напряжение на диодах и конденсаторах распределены равномерно, можно реализовать большее число ступеней умножения. Имеют свои достоинства и параллельные умножители. Однако такой их недостаток, как увеличение напряжения на конденсаторах с увеличением числа ступеней умножения, ограничивает их применение до выходного напряжения примерно 20 кВ.

На рис. 3 и 4 приведены схемы двухполупериодных умножителей. К достоинствам первого (рис. 3) следует отнести следующие: к конденсаторам С1, С3 приложено только амплитудное напряжение, нагрузка на диоды равномерна, достигается хорошая стабильность выходного напряжения. Второй умножитель, схема которого приведена на рис. 4, отличают такие качества, как возможность обеспечения высокой мощности, простота в изготовлении, равномерное распределение нагрузки между компонентами, большое число ступеней умножения.

При расчете умножителя следует задать его основные параметры: выходное напряжение, выходную мощность, входное переменное напряжение, требуемые габариты, условия работы (температура, влажность). В таблице приведены типовые значения параметров и область применения умножителей напряжения.

Выходное напряжение, В Выходная мощность, Вт Типовые значения входного напряжения, В Однополу-
периодный умножитель 		Двухполу-
периодный умножитель
1000 200 200. 500
500
500		 +


+
+
2500 200 250. 500
1000
1000		 +


+
+
5000 200 250. 2500
2500
2500		 +


+
+
10000 200 2500. 5000
5000
5000		 +


+
+
20000 200 2500. 10000
5000. 10000
5000. 10000		 +


+
+
30000 200 2500. 10000
5000. 10000
5000. 10000		 +


+
+
50000 100 5000. 10000
5000. 10000
5000. 15000		 +


+
+
75000 = 30 7500. 15000
более 5000		 +


+
100000 = 30 7500. 15000
более 5000		 +


+
150000 = 30 7500. 15000
более 5000		 +

Кроме того, необходимо учесть некоторые ограничения: входное напряжение может быть не более 15 кВ, частота переменного напряжения ограничена в пределах 5. 100 кГц, выходное напряжение — не более 150 кВ, интервал рабочей температуры от -55 до +125 град. С, а влажности — 0. 100 %. На практике разрабатывают и применяют умножители с выходной мощностью до 50 Вт, хотя реально достижимы значения в 200 Вт и более.

Выходное напряжение умножителя зависит от тока нагрузки. При условии, что входное напряжение и частота постоянны, оно определяется формулой: Uвых = N Uвх — [ I ( N 3 + 9 N 2 / 4 + N / 2 ) / 12 F C , где I — ток нагрузки, А; N — число ступеней умножителя; F — частота входного напряжения, Гц; С — емкость конденсатора ступени, Ф. Задавая выходное напряжение, ток, частоту и число ступеней, из нее вычисляют требуемую емкость конденсатора ступени.

Эта формула приведена для расчета последовательного умножителя. В параллельном для получения того же выходного тока необходимая емкость меньше. Так, если в последовательном емкость конденсатора 1000 пф, то для трехступенчатого параллельного умножителя потребуется емкость 1000 пФ / 3 = 333 пФ. В каждой последующей ступени такого умножителя следует применять конденсаторы с большим номинальным напряжением. Обратное напряжение на диодах и рабочее напряжение конденсаторов в последовательном умножителе равно полному размаху входного напряжения.

При практической реализации умножителя следует уделить особое внимание выбору его элементов, их размещению и изоляционным материалам. Конструкция должна обеспечивать надежную изоляцию во избежание возникновения коронного разряда, который снижает надежность умножителя, приводит к выходу его из строя. Если требуется изменить полярность выходного напряжения, полярность включения диодов следует изменить на обратную.

Повышающие переменное, постоянное напряжение бестрансформаторные преобразователи, схема, конструкция. Умножители — расчет онлайн

Повышение напряжения без трансформатора. Умножители. Рассчитать онлайн. Преобразование переменного и постоянного тока (10+)

Бестрансформаторные источники питания — Повышающие

Этот процесс иллюстрирует рисунок:

Синим помечена область, где конденсаторы C заряжаются, а красным, где они отдают накопленный заряд в конденсатор C1 и в нагрузку.

Вашему вниманию подборки материалов:

Конструирование источников питания и преобразователей напряжения Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Повышающие преобразователи

Повышающие преобразователи переменного тока

Если на выходе надо получить напряжение выше, чем на входе, то обычно применяются умножители напряжения. Совсем просто выглядит умножитель, если на входе переменное напряжение:

Это схема умножителя Латура-Делона-Гренашера. На выходе мы имеем амплитудное значение входного напряжения, умноженное на количество конденсаторов. Диоды и конденсаторы в схеме должны быть рассчитаны на удвоенную величину амплитудного значения входного напряжения, то есть для осветительной сети они должны выдерживать 620 В с запасом.

Расчет умножителя онлайн

Рассчитаем номинал конденсаторов в умножителе напряжения:

[Емкость каждого конденсатора, Ф] = [Количество конденсаторов] * [Сила выходного тока, А] / [Максимально допустимая амплитуда пульсаций выходного напряжения, В] / [Входная частота, Гц] / 2

Максимально допустимую амплитуду пульсаций выходного напряжения следует выбирать не более 5% от требуемого выходного напряжения, иначе схема не будет работать.

Повышающие преобразователи постоянного тока

Если нам необходимо повысить напряжение постоянного тока, то его сначала надо преобразовать в переменный. Для этого можно применить, например, эту схему:

Здесь используется релаксационный генератор на операционном усилителе, который раскачивает усилитель мощности на транзисторах. С выхода усилителя мощности сигнал подается на умножитель напряжения (S), собранный по схеме, приведенной выше. Нужно только иметь ввиду, что на выходе усилителя амплитудное значение сигнала, которое нужно брать для расчета умножителя, рано половине питающего.

Частота генератора задается конденсатором C1 и резистором R9. Если емкость конденсатора 0.06 мкФ, сопротивление резистора 10 кОм, то частота составит около 500 Гц.

Резисторы R7, R8 — по 50 кОм, Конденсаторы C2, C3 — по 1000 мкФ. Они служат для формирования средней точки между плюсом и минусом питания.

Резисторы R1, R2 — по 1 кОм

Резисторы R3, R4 — по 200 Ом

Резисторы R11, R12 — по 10 кОм

Резистор R10 — 3 кОм

Резисторы R5, R6 — по 100 Ом. Они ограничивают силу тока базы транзисторов VT3, VT4.

Резистор R13 — 3 Ом, 1 Вт. Этот резистор ограничивает токовые всплески при переключении транзисторов. Он необходим, так как усилитель работает на емкостную нагрузку, а выходной сигнал имеет прямоугольную форму, для которой характерны броски тока при заряде конденсатора в нагрузке.

Транзисторы VT1, VT2 — КТ502, КТ503.

Транзисторы VT3, VT4 — КТ815, КТ814.

Операционный усилитель D1 — К544УД1.

Схема может отдавать в умножитель ток до 1 А, питается от 15 В.

Столь замысловатая схема раскачки силового усилителя применена для того, чтобы на выходе получить размах напряжения, близкий к напряжению питания при том, что напряжение на выходе операционного усилителя не доходит до напряжения питания.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Добрый вечер. Как ни старался, не смог по приведенным формулам для рис 1.2 получить значения ёмкостей конденсаторов С1 и С2 при приведенных значениях данных в вашей таблице (Uвх

220V, Uвых 15V, Iвых 100мА, f 50Hz). У меня проблема, включить катушку малогабаритного реле постоянного тока на рабочее напряжение -25V в сеть

220V, рабочий ток катушки I= 35мА. Возможно я что то не Читать ответ.

Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное. Принцип действия.
Принцип действия, сборка и наладка преобразователя однофазного напряжения в трех.

Инвертор, преобразователь, чистая синусоида, синус.
Как получить чистую синусоиду 220 вольт от автомобильного аккумулятора, чтобы за.

Резонансный инвертор, преобразователь напряжения повышающий. Принцип р.
Сборка и наладка повышающего преобразователя напряжения. Описание принципа работ.

Применение тиристоров (динисторов, тринисторов, симисторов). Схемы. Ис.
Тиристоры в электронных схемах. Тонкости и особенности использования. Виды тирис.

Колебательный контур. Схема. Расчет. Применение. Резонанс. Резонансная.
Расчет и применение колебательных контуров. Явление резонанса. Последовательные .

Опасное развлечение: простой генератор высокого напряжения Кокрофта-Уолтона

Добрый день, уважаемые хабровчане.

Этот пост будет небольшим и не очень обучающим, но может быть кому-нибудь покажется интересным. В нем я расскажу вам, как сделать очень маленький, полностью SMD-шный и легко масштабируемый генератор Кокрофта-Уолтона, или попросту умножитель напряжения, который на вход получает переменные N вольт, а на выходе выдает постоянные x*N вольт, где x — число ступеней.

Предупреждаю: так как на выходе стоят конденсаторы (собственно, как и на входе, кроме конденсаторов и диодов в нем ничего и нет), удар тока, скорее всего, окажется для вас смертельным. Собирайте схему на ваш страх и риск и только в том случае, если понимаете, что делаете. Я не несу никакой ответственности за вашу жизнь, здоровье и психику.
Не испугались? Тогда идем дальше.

Предыстория и предпосылки

Собственно, предыстория очень простая — этот генератор высокого напряжения — один из самых простых схемотехнически, не содержит огромных катушек, в отличие от Трансформатора Теслы и весьма легок в сборке. Результаты, конечно, тоже менее впечатляющие, чем у Теслы — на выходе мы имеем не высокое напряжение большой частоты, а просто высокое напряжение. Поэтому, во-первых, красивых коронных разрядов можно не ждать, а во-вторых, в отличие от Теслы, разряд генератора Кокрофта-Уолтона лишен скин-эффекта, поэтому, вероятнее всего, смертелен. Следует соблюдать большую осторожность.

В общем, когда-то я собрал себе умножитель по традиционной схеме (рассмотрим чуть позже), из больших конденсаторов и диодов, который выглядел вот так:

Было в нем 15 ступеней, конденсаторы на 400В х 0.1 мкФ и диоды на 1000В х 1А. Для того, чтобы его запитать, я собрал небольшой инвертер из валявшегося под рукой трансформатора 220В->6В, который, судя по искре, выдавал на выходе больше киловольта, из-за чего постоянно вылетали диоды (конденсаторы оказались более живучими, но изредка помирали и они).

Искра на выходе была около 5 мм, легко пробивала бумагу и звучала как выстрел из пистолета с пистонками (думаю, у многих в детстве такой был. ).

Чтобы добиться более впечатляющих результатов, нужно было наращивать число ступеней, что, при такой конструкции, мне совершенно не хотелось делать — колбаса из конденсаторов и так была слишком большой. В общем, поразвлекавшись с пробиванием бумажек, я забросил свой умножитель.

Но спустя пару лет увидел в магазине smd.ru просто потрясающие, на мой взгляд, конденсаторы. Тем, кто работает с такими каждый день, как мой друг Aregus, они, конечно, были не в новинку. Но для меня SMD-конденсатор, рассчитанный на 1000В и 0.1 мкФ, после здоровенных 400В кондеров из моего старого умножителя показались просто чудом. Поэтому я не сдержался и развел небольшую плату умножителя.

Если посмотреть видео на youtube по запросу Cockcroft–Walton generator, можно найти, конечно, куда более зрелищные результаты с многокиловольтным выходом. Однако все они собраны на здоровенных кондерах для монтажа в отверстия и, чаще всего, точно так же висят в воздухе, как мой первый генератор. Я разводил свою плату так, чтобы она была:
1) маленьких размеров
2) полностью SMD
3) легко масштабируемой.

В итоге получилась плата размером 35х45 мм, с креплениями по углам под стандартную стойку. На плате расположено 10 ступеней, максимальное входное напряжение — до 500В. Плата выдерживает и больше, но тогда периодчески умирают диоды. Если брать напряжение пробоя воздуха в 30 КВ/см, то максимум, что она выдавала — несколько разрядов в 10-15 КВ, после чего выбивало один из диодов. При работе в номинальном режиме такого, разумеется не происходит — ее можно запитать, например, от 220В, получив на выходе около 3111В без ущерба для ее компонентов. И, самое главное — можно легко сделать десяток таких плат, составить из них башню, пользуясь стойками, и получить умножитель в 100 раз.

Рассмотрим схемотехнику платы.

Железо

Схемотехнически плата очень простая.

Это типовая схема генератора Кокрофта-Уолтона, умножителя напряжения, которая хорошо описана в википедии.

Также там описан механизм его работы:

Благодаря диодам, конденсаторы по очереди заряжаются до удвоенного напряжения питания, соответственно на выходе имеем напряжение, возросшее в N раз, где N — количество конденсаторов в цепи. Разумеется, конденсаторы следует подбирать так, чтобы они выдерживали это самое удвоенное напряжение, поэтому, т.к. конденсаторы в схеме рассчитаны на 1000В, максимум что можно подать на них не боясь отказа — 500В. Для ровного счета я взял 10 ступеней.

Далее я развел плату:


Верхняя сторона


нижняя сторона

Можно было, в принципе, уменьшить размеры еще сильнее, но я решил не мельчить, чтобы ненароком не пробило где не надо.
Дорожки специально делал потолще, т.к. недостатка в площади в силу предыдущего пункта не испытывал. В общем, плату легко изготовить ЛУТом или фоторезистивным методом в домашних условиях.
Но т.к. мне все равно нужно было заказывать несколько плат по работе, я разместил на той же заготовке три модуля умножителя, благо они почти не занимали места.

Результаты

В результате с производства мне приехала вот такая замечательная плата:

В уже упомянутом магазине я закупил 10 конденсаторов и 10 диодов (на самом деле несколько больше, с запасом, и не зря — я все-таки не удержался и запитал умножитель от своего инвертора, напряжение на выходе которого явно выше того, на которое рассчитаны конденсаторы и диоды, в результате чего мне выбило входной диод через три-четыре разряда).

После сборки получаем вот такой модуль:

Он же в окружении моего старенького инвертора изображен на самой первой фотографии статьи.
Я долго не решался подключить его к 220 вольтам — видимо, сказывалось то, что я цифровик и ни разу не высоковольтник.

Очень не хотелось застрелиться из генератора, который сам собрал, в день своего двадцатипятилетия. Но в итоге я все-таки пересилил себя и запитал модуль от розетки, включив последовательно с чайником, который выступал в роли токоограничительного сопротивления — при мощности чайника в 1 КВт максимальный ток, который бы потек, в случае КЗ в схеме был бы не более 4.5А.

К счастью, схема заработала с первого раза в силу своей простоты.
Ниже привожу видео работы. К сожалению, моя камера не может запечатлеть нормально недлинные, но яркие разряды и нормально захвать сопутствующий звук. Зато, если смотреть в HD, хорошо видно как разряды насквозь пробивают бумажку.

Для тех, кто не хочет ради этого смотреть видео в HD — фото пробитой бумажки (пробито много раз в верхнем правом углу):

Кстати, на видео, наверное, незаметно, но в живую ясно видно, что когда между электродами вставлена бумажка, искра приобретает красноватый оттенок — видимо, из-за прогорающего вещества.

В целом конденсаторы и диоды обошлись мне рублей в 200-300 (по 15 штук и тех и тех), сейчас уже не помню точно, а на сайте цену не пишут.

Производство платы мне обошлось в 2600 рублей в московском Резоните. Но следует помнить, что, во-первых, в заказе было шесть плат, только три из которых — платы умножителя. Суммарный размер заготовки был около 100х200 мм.

А во-вторых, из этих 2600 рублей 1800 стоила подготовка к производству и 350 — доставка, так что сами платы вышли очень даже дешево. Думаю, найдется множество несогласных, но при такой цене на платы, у меня просто рука не поднимается возиться с их изготовлением дома — теперь я предпочитаю отработать по максимуму на макетках, накопить несколько различных плат, после чего заказать их все разом.

В дальнейших планах дозаказать-таки десяток таких плат и собрать башню на 30+ киловольт.

На этом у меня все, берегите себя и осторожнее с высоким напряжением.

© 2022 ЭЛЕКТРИКА от А до Я
Этот сайт использует cookie для хранения данных. Продолжая использовать сайт, Вы даете свое согласие на работу с этими файлами.
Для любых предложений по сайту: [email protected]