Hệ số điện áp

Định nghĩa hệ số nhân điện áp

Bộ nhân điện áp là một mạch điện tử cung cấp điện áp đầu ra có biên độ (giá trị đỉnh) lớn hơn hai, ba hoặc nhiều lần so với biên độ (giá trị đỉnh) của điện áp đầu vào.

hoặc Bộ nhân điện áp là một mạch điện tử chuyển đổi điện áp xoay chiều thấp thành điện áp một chiều cao.hoặc Bộ nhân điện áp là một bộ chuyển đổi AC sang DC, được tạo thành từ các điốt tụ điện tạo ra đầu ra DC điện áp cao từ đầu vào AC có điện áp thấp.

Hệ số nhân điện áp là gì?

Bộ nguồn nhân điện áp đã được sử dụng trong nhiều năm. Walton và Cockroft đã chế tạo nguồn cung cấp 800 kV cho máy gia tốc ion vào năm 1932. Kể từ thời điểm đó, hệ số nhân điện áp được sử dụng chủ yếu khi yêu cầu điện áp cao và dòng điện thấp. Việc sử dụng mạch nhân điện áp làm giảm kích thước của máy biến áp cao và trong một số trường hợp, có thể loại bỏ máy biến áp.

Những phát triển công nghệ gần đây đã cho phép thiết kế một bộ nhân điện áp có thể chuyển đổi hiệu quả điện áp xoay chiều thấp thành điện áp một chiều cao tương đương với mạch lọc biến áp-chỉnh lưu-thông thường hơn.

Bộ nhân điện áp được tạo thành từ các tụ điện và điốt được kết nối theo các cấu hình khác nhau. Hệ số nhân điện áp có các giai đoạn khác nhau. Mỗi giai đoạn được tạo thành từ một diode và một tụ điện. Việc bố trí điốt và tụ điện này có thể tạo ra điện áp đầu ra được chỉnh lưu và lọc có biên độ (giá trị đỉnh) lớn hơn điện áp xoay chiều đầu vào.

Các loại nhân điện áp

Hệ số nhân điện áp được phân thành bốn loại:

  • Bộ nghi ngờ điện áp nửa sóng
  • Bộ nghi ngờ điện áp toàn sóng
  • Điện áp tripler
  • Điện áp tăng gấp bốn lần
  • Bộ nghi ngờ điện áp nửa sóng

Như tên gọi của nó cho thấy, bộ nghi ngờ điện áp nửa sóng là một mạch nhân điện áp có biên độ điện áp đầu ra gấp đôi biên độ điện áp đầu vào. Bộ nghi ngờ điện áp nửa sóng truyền điện áp đến đầu ra trong nửa chu kỳ dương hoặc âm. Mạch lưỡng tính điện áp nửa sóng gồm hai điốt, hai tụ điện và nguồn điện áp xoay chiều vào.

Trong nửa chu kỳ dương:

Sơ đồ mạch của bộ nghi ngờ điện áp nửa sóng được thể hiện trong hình dưới đây. Trong nửa chu kỳ dương, diode D 1 được phân cực thuận . Vì vậy nó cho phép dòng điện chạy qua nó. Dòng điện này sẽ chạy đến tụ điện C 1 và sạc nó đến giá trị đỉnh của điện áp đầu vào tức là V m .

Tuy nhiên, dòng điện không chạy đến tụ điện C 2 vì diode D 2 được phân cực ngược . Vậy điốt D 2 chặn dòng điện chạy về phía tụ điện C 2 . Do đó, trong nửa chu kỳ dương, tụ điện C 1 tích điện trong khi tụ điện C 2 không tích điện.

Trong nửa chu kỳ âm:

Trong nửa chu kỳ âm, diode D 1 được phân cực ngược. Vì vậy diode D 1 sẽ không cho phép dòng điện chạy qua nó. Do đó, trong nửa chu kỳ âm, tụ điện C 1 sẽ không tích điện. Tuy nhiên, điện tích (V m ) tích trữ trong tụ điện C 1 được phóng điện (giải phóng).

Mặt khác, diode D 2 được phân cực thuận trong nửa chu kỳ âm. Vì vậy diode D 2 cho phép dòng điện chạy qua nó. Dòng điện này sẽ chạy đến tụ điện C 2 và tích điện cho nó. Tụ C 2 tích điện đến giá trị 2V m vì điện áp vào V m  và tụ C 1 hiệu điện thế V m vào tụ C 2 . Do đó, trong nửa chu kỳ âm, tụ điện C 2được tích điện bởi cả hai hiệu điện thế nguồn vào V m và tụ điện C 1 hiệu điện thế V m . Do đó, tụ C 2 được tích điện là 2V m .

Nếu một tải được nối với mạch ở phía đầu ra, điện tích (2V m ) tích trữ trong tụ điện C 2 được phóng điện và chảy đến đầu ra.

Trong nửa chu kỳ dương tiếp theo, diode D 1 được phân cực thuận và diode D 2 được phân cực ngược. Vậy tụ điện C 1 tích điện đến V m trong khi tụ điện C 2 không tích điện. Tuy nhiên, điện tích (2V m ) được lưu trữ trong tụ điện C 2 sẽ được phóng điện và chảy sang tải đầu ra. Do đó, bộ nghi ngờ điện áp nửa sóng truyền điện áp 2V m đến tải đầu ra.

Tụ C 2 lại được tích điện trong nửa chu kỳ tiếp theo.

Điện áp (2V m ) thu được ở đầu ra gấp đôi điện áp đầu vào (V m ).

Các tụ điện C 1 và C 2 trong nửa chu kỳ sóng tích điện xen kẽ nhau trong nửa chu kỳ.

Dạng sóng đầu ra của bộ nghi ngờ điện áp nửa sóng gần tương tự như bộ chỉnh lưu nửa sóng có bộ lọc . Sự khác biệt duy nhất là biên độ điện áp đầu ra của bộ nghi ngờ điện áp nửa sóng gấp đôi biên độ điện áp đầu vào nhưng trong bộ chỉnh lưu nửa sóng có bộ lọc, biên độ điện áp đầu ra giống với biên độ điện áp đầu vào.

Bộ nghi ngờ điện áp nửa sóng cung cấp điện áp cho tải đầu ra trong một chu kỳ (nửa chu kỳ dương hoặc âm). Trong trường hợp của chúng tôi, bộ nghi ngờ điện áp nửa sóng cung cấp điện áp cho tải đầu ra trong nửa chu kỳ dương.Do đó, việc điều chỉnh tín hiệu đầu ra của bộ nghi ngờ điện áp nửa sóng là kém.

Ưu điểm của bộ nghi ngờ điện áp nửa sóng

Điện áp cao được tạo ra từ nguồn điện áp đầu vào thấp mà không cần sử dụng các máy biến áp cao áp đắt tiền.

Nhược điểm của bộ nghi ngờ điện áp nửa sóng

Các gợn sóng lớn (dao động không mong muốn) có trong tín hiệu đầu ra.

  • Bộ nghi ngờ điện áp toàn sóng

Bộ nghi ngờ điện áp toàn sóng bao gồm hai điốt, hai tụ điện và nguồn điện áp xoay chiều đầu vào.

Trong nửa chu kỳ dương:

Trong nửa chu kỳ tích cực của tín hiệu AC đầu vào, diode D 1 được phân cực thuận. Vì vậy diode D 1 cho phép dòng điện chạy qua nó. Dòng điện này sẽ chạy đến tụ điện C 1 và sạc nó đến giá trị đỉnh của điện áp đầu vào tức là V m .

Mặt khác, diode D 2 được phân cực ngược trong nửa chu kỳ dương. Vì vậy diode D 2 không cho dòng điện chạy qua nó. Do đó, tụ C 2 không tích điện.

Trong nửa chu kỳ âm:

Trong nửa chu kỳ âm của tín hiệu AC đầu vào, diode D 2 được phân cực thuận. Vì vậy diode D 2 cho phép dòng điện chạy qua nó. Dòng điện này sẽ chạy đến tụ điện C 2 và sạc nó đến giá trị đỉnh của điện áp đầu vào là V m .

Mặt khác, diode D 1 được phân cực ngược trong nửa chu kỳ âm. Vì vậy điốt D 1 không cho dòng điện chạy qua nó.

Như vậy, tụ điện C 1 và tụ điện C 2 được tích điện xen kẽ trong nửa chu kỳ.

Điện áp ra được lấy qua hai đầu tụ điện C 1 và C 2 mắc nối tiếp .

Nếu không tải thì điện áp ra bằng tổng của tụ C 1 điện áp và tụ C 2 điện áp tức là C 1 + C 2 = V m + V m = 2V m . Khi một tải được kết nối với các cực đầu ra, điện áp đầu ra V o sẽ nhỏ hơn 2V m .

Mạch được gọi là bộ nghi ngờ điện áp toàn sóng vì một trong các tụ điện đầu ra đang được sạc trong mỗi nửa chu kỳ của điện áp đầu vào.

  • Điện áp tripler

Bộ tripler điện áp có thể thu được bằng cách thêm một tầng tụ điện đi-ốt nữa vào mạch bộ nghi ngờ điện áp nửa sóng.

Trong nửa chu kỳ dương đầu tiên:

Trong nửa chu kỳ dương đầu tiên của tín hiệu AC đầu vào, điốt D 1 được phân cực thuận trong khi điốt D 2 và D 3 được phân cực ngược. Do đó, diode D 1 cho phép dòng điện chạy qua nó. Dòng điện này sẽ chạy đến tụ điện C 1 và sạc nó đến giá trị đỉnh của điện áp đầu vào là V m .

Trong nửa chu kỳ âm:

Trong nửa chu kỳ âm, điốt D 2 được phân cực thuận trong khi điốt D 1 và D 3 được phân cực ngược. Do đó, diode D 2 cho phép dòng điện chạy qua nó. Dòng điện này sẽ chạy đến tụ điện C 2 và tích điện cho nó. Tụ C 2 được tích điện đến hai lần điện áp cực đại của tín hiệu đầu vào (2V m ). Điều này là do điện tích (V m ) được lưu trữ trong tụ điện C 1 được phóng ra trong nửa chu kỳ âm.

Do đó, người ta mắc thêm vào tụ C 1 điện áp (V m ) và điện áp vào (V m ) vào tụ C 2 Tức là Điện áp tụ + điện áp vào = V m + V m = 2V m . Kết quả là tụ C 2 tích điện đến 2V m .

Trong nửa chu kỳ dương thứ hai:

Trong nửa chu kỳ dương thứ hai, điốt D 3 được phân cực thuận trong khi điốt D 1 và D 2 được phân cực ngược. Diode D 1 bị phân cực ngược vì điện áp tại X là âm do điện áp tích điện V m , trên C 1 và diode D 2 được phân cực ngược vì sự định hướng của nó. Kết quả là, hiệu điện thế (2V m ) trên tụ C 2 được phóng điện. Điện tích này sẽ chuyển sang tụ điện C 3và tích điện cho nó cùng hiệu điện thế 2V m .

Các tụ điện C 1 và C 3 mắc nối tiếp và lấy điện áp ra hai đầu tụ điện C 1 và C 3 mắc nối tiếp . Điện áp trên tụ C 1 là V m và trên tụ C 3 là 2V m . Vậy tổng điện áp ra bằng tổng của tụ C 1 điện áp và tụ C 3 điện áp Tức là C 1 + C 3 = V m + 2V m = 3Vm .

Do đó, tổng điện áp đầu ra thu được trong bộ ghép điện áp là 3V m , gấp ba lần điện áp đầu vào được đặt vào.

  • Điện áp tăng gấp bốn lần

Bộ tứ điện áp có thể thu được bằng cách thêm một tầng diode-tụ điện vào mạch bộ ghép điện áp.

Trong nửa chu kỳ dương đầu tiên:

Trong nửa chu kỳ dương đầu tiên của tín hiệu AC đầu vào, điốt D 1 được phân cực thuận trong khi điốt D 2 , D 3 và D4 được phân cực ngược. Do đó, diode D 1 cho phép dòng điện chạy qua nó. Dòng điện này sẽ chạy đến tụ điện C 1 và sạc nó đến giá trị đỉnh của điện áp đầu vào là V m .

Trong nửa chu kỳ âm đầu tiên:

Trong nửa chu kỳ âm đầu tiên, điốt D 2 được phân cực thuận và điốt D 1 , D 3 và D 4 được phân cực ngược. Do đó, diode D 2 cho phép dòng điện chạy qua nó. Dòng điện này sẽ chạy đến tụ điện C 2 và tích điện cho nó. Tụ C 2 được tích điện đến hai lần điện áp cực đại của tín hiệu đầu vào (2V m ). Điều này là do điện tích (V m ) được lưu trữ trong tụ điện C 1 được thải ra trong nửa chu kỳ âm.

Do đó, người ta mắc thêm vào tụ C 1 điện áp (V m ) và điện áp vào (V m ) vào tụ C 2 Tức là Điện áp tụ + điện áp vào = V m + V m = 2V m . Kết quả là tụ C 2 tích điện đến 2V m .

Trong nửa chu kỳ dương thứ hai:

Trong nửa chu kỳ dương thứ hai, điốt D 3 được phân cực thuận và điốt D 1 , D 2 và D 4 được phân cực ngược. Diode D 1 bị phân cực ngược vì điện áp tại X là âm do điện áp tích điện V m , trên C 1 và, diode D 2 và D 4 bị phân cực ngược vì sự định hướng của chúng. Kết quả là hiệu điện thế (2V m ) trên tụ C 2 được xuất viện. Điện tích này sẽ đổ về tụ điện C 3 và tích điện đến cùng hiệu điện thế 2V m .

Trong nửa chu kỳ âm thứ hai:

Trong nửa chu kỳ âm thứ hai, điốt D 2 và D 4 được phân cực thuận trong khi điốt D 1 và D 3 được phân cực ngược. Kết quả là, điện tích (2V m ) tích trữ trong tụ điện C 3 được phóng ra. Điện tích này sẽ đổ về tụ C 4 và tích điện đến cùng hiệu điện thế (2V m ).

Các tụ điện C 2 và C 4 mắc nối tiếp và lấy điện áp ra hai đầu tụ điện C 2 và C 4 mắc nối tiếp . Hiệu điện thế trên tụ C 2 là 2V m và trên tụ C 4 là 2V m . Vậy tổng điện áp ra bằng tổng điện áp tụ C 2 và điện áp tụ C 4 tức là C 2 + C 4 = 2V m + 2V m = 4Vm .

Do đó, tổng điện áp đầu ra thu được trong bộ tứ điện áp là 4V m , gấp bốn lần điện áp đầu vào được đặt vào.

Các ứng dụng của hệ số nhân điện áp

Hệ số điện áp được sử dụng trong:

  • Ống tia âm cực (CRT)
  • Ống sóng du lịch
  • Hệ thống laser
  • Hệ thống tia X
  • Đèn nền LCD
  • nguồn điện hv
  • Nguồn cung cấp
  • Máy hiện sóng
  • Máy gia tốc hạt
  • Máy bơm ion
  • Sao chép máy móc

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Check Also
Close
Back to top button