Politechnika Radom

POLITECHNIKA RADOMSKA

Wydział: TRANSPORT

Kierunek: ELEKRTOTECHNIKA

PROJEKT Z UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH

CZTEROKROTNY POWIELACZ NAPIĘCIA

Radom 1999

POWIELACZ NAPIĘCIA

Powielacz napięcia to układ prostownika napięcia wytwarzający napięcie większe od amplitudy zmiennego napięcia zasilającego. Powielacze napięcia działają na zasadzie ładowania n kondensatorów napięciem
, a następnie wyładowania tych kondensatorów w połączeniu szeregowym, co daje napięcie wyjściowe
. Powielacze napięcia mogą pracować w układzie symetrycznym lub niesymetrycznym (rys.), przy czym pierwszy z nich może być uziemiony jeden z zacisków albo źródła napięcia zmiennego, albo obwodu wyjść, a w drugim zacisk uziemiony może być wspólny dla obu tych układów.

Powielacze napięcia jako typowe układy prostownicze o obciążeniu RC mogą być stosowane tylko dla niewielkich prądów obciążenia.

W niesymetrycznym powielaczu napięcia przy ujemnej półfali napięcia zasilającego U kondensator C1 ładuje się przez diodę D1 do wartości bliskiej szczytowej. Po zakończeniu ładowania kondensatora C1 dioda D1 przestaje przewodzić i kondensator nie może się rozładować, dopóki nie zacznie przewodzić dioda D2. Napięcie u_C1 stanowi poziom początkowy dla drugiego obwodu złożonego z diody D2 i kondensatora C2. Kondensator C2 ładuje się przy dodatniej półfali napięcia zasilającego. Napięcie ładowania u_C2=u₂+u_C1. Kiedy proces ładowania kondensatora C2 kończy się, dioda D2 przestaje przewodzić i rozpoczyna się wykładnicze rozładowanie kondensatora C2 przez rezystancję jeżeli jest ona podłączona na wyjście układu .

Powielacze napięcia zwykle są stosowane jako beztransformatorowe układy prostownicze zasilane wprost z sieci prądu przemiennego i używane do zasilania obwodów wysokonapięciowych, np. lamp oscyloskopowych , powielaczy fotoelektrycznych.

Schemat układu czterokrotnego powielacza napięcia

Analiza Transient

Przy zadaniu napięcia sinusoidalnego na wejście powielacza na wyjściu otrzymujemy napięcie stałe około cztery razy wyższe od amplitudy sygnału sinusoidalnego. Napięcie stałe na wyjściu narasta od wartości zero, (w czasie t=0) do wartości do wartości ustalonej po czasie około 0,4 sekundy osiągając wartość 80V przy amplitudzie sygnału wejściowego równej 20 V. Napięcie wyjściowe stałe posiada pewną składową zmienną co widać w postaci niewielkich oscylacji. Oscylacje te mają w przybliżeniu częstotliwość źródła zasilania.

Analiza AC Sweep

Obserwując przebieg charakterystyk otrzymanych w powyższej analizie możemy stwierdzić, że zmienny sygnał wejściowy już przy częstotliwości 1Hz jest tłumiony z tłumieniem równym 7 dB natomiast już przy częstotliwości 400 Hz tłumienie to wzrasta do 36 dB i jest ono takie samo przy częstotliwościach wyższych np. przy częstotliwości 100 GHz. Faza sygnału jest przesuwana o ok. -8 stopni przy bardzo małych częstotliwościach. Sygnał jest przesunięty najbardziej przy częstotliwości 14 Hz o około -69 stopni. Przesunięcie sygnału maleje do zera przy częstotliwości równej 10 kHz.

Analiza DC Sweep

Gdy na wejście układu powielacza zostanie podane wymuszenie w postaci napięcia stałego to na wyjściu układu otrzymamy napięcie równe zero. Przyczyną jest to, że na wejściu układu znajduje się kondensator C1 który stanowi barierę dla składowych stałych.

Analiza Parametryczna

Za pomocą analizy parametrycznej możemy stwierdzić w jaki sposób zmiany amplitudy zmiennego napięcia zasilającego powielacz wpływa na jego pracę. Analizy transient przeprowadzona dla kilku parametrów amplitudy sygnału wejściowego wykazała że, po przekroczeniu amplitudy sygnału wejściowego równej 50V, układ wchodzi w nasycenie i dalszy wzrost napięcia na wejściu nie powoduje wzrostu napięcia na wyjściu.

C

C

C

C

C

C

C

C

C2

C

C1

C

U

U

Powielacz napięcia :

1. symetryczny

2. niesymetryczny

D2

D1

---