Zespół Szkół Samochodowych im. inż. Tadeusza Tańskiego w Poznaniu
Opracował:	mgr inż. Mirosław Pietrasz
Temat:	Powielacze napięcia

1. Wiadomości wstępne

Powielacz napięcia - obwód elektryczny transformujący prąd przemienny na prąd stały o wyższym, względem wejściowego, napięciu. Powielacz napięcia składa się z układu odpowiednio połączonych kondensatorów oraz diod prostowniczych.

2. Zasada działania powielacza napięcia

Najczęściej spotykane powielacze mają budowę kaskady Villarda, której schemat przedstawiony został na zamieszczonym obok rysunku. Przy założeniu, że Us jest napięciem szczytowym źródła, to znaczy napięcie źródła zmienia się od +Us do -Us, pracę powielacza podzielić można na następujące etapy:

• źródło przyjmuje napięcie -Us, kondensator C1 ładuje się poprzez diodę D1 do napięcia Us,

• źródło przyjmuje napięcie +Us, napięcie źródła sumuje się z napięciem kondensatora C1 do wielkości 2Us, kondensator C2 ładuje się poprzez diodę D2 do napięcia 2Us

• źródło przyjmuje napięcie -Us, napięcie na kondensatorze C1 spada do 0V, kondensator C3 ładuje się poprzez diodę D3 do napięcia 2Us

• źródło przyjmuje napięcie +Us, napięcie na kondensatorze C1 wzrasta do 2Us, napięcie na kondensatorze C3 sumuje się z napięciem na C1 do wielkości 4Us, ładując w ten sposób kondensator C4.

Dołączając kolejne segmenty analogiczne do układu C1-D1-C2-D2 można teoretycznie uzyskać napięcie wyjściowe będące dowolną wielokrotnością napięcia wejściowego, jednak w praktyce spotyka się układy powielające od dwóch do dwudziestu razy.

3. Zalety i wady powielaczy napięcia

Zaletą powielaczy napięcia jest możliwość ich budowy elementów niskonapięciowych, mimo, że przy wysokich stopniach powielenia napięcia wyjściowe mogą przekraczać dziesiątki tysięcy woltów.

Wadą ich jest wysoka rezystancja wyjściowa, tym większa, im większy jest stopień powielenia.

Ponadto:

należy pamiętać, że wytrzymałość kondensatorów na przebicie powinna być wyższa niż napięcie zasilające, (jeśli amplituda napięcia zasilającego wynosi U to napięcie przebicia kondensatorów powinno być 2*U i 3*U).
Teoretycznie, możliwe jest również zwielokrotnianie dowolnego napięcia do dowolnej wartości łącząc ogniwa jak na rysunku w kształcie drabinki. Przed uruchomieniem należy kilka razy przeliczyć, jaka powinna być wytrzymałość elementów składowych na przebicie. Obecne dostępne są diody prostownicze, w niskiej cenie, na napięcie rzędu 12 kV. Łącząc takie diody szeregowo możemy uzyskać diody na bardzo wysokie napięcia polaryzacji zaporowej. Nie zawsze w ten sposób można uzyskać zamierzony cel, bo ze względu na rozrzut parametrów diod, napięcia w kierunku zaporowym na diodach mogą różnić się znacznie. Przy połączeniu szeregowym diod należałoby równolegle do każdej diody dołączyć rezystor o wysokiej rezystancji (rzędu kilkudziesięciu megaomów), co eliminowałoby nieuniknione straty i pozwoliło uzyskać wysokie napięcie.

Wskazówki dla ucznia !!!

Literatura, źródła:

1. http://pl.wikipedia.org/wiki/Powielacz_napi%C4%99cia

2. http://pe.fuw.edu.pl/pliki/wyklad11.pdf

3. http://kwadratura.org/opisy/spis2.php?id_experiment=33

D:\Fronter\EiEWPS\MATERIAŁY DYDAKTYCZNE\Klasa 1 TS\Dział 01-WŁASCIWOSCI MATERII, POLE MAGNETYCZNE I ELEKTRYCZNE\Materiały\01_Pojecia i wielkosci elektryczne.doc

1

---