Умножитель напряжения - это устройство для преобразования низкого переменного (пульсирующего) напряжения в высоковольтное постоянное напряжение.
В старых телевизорах с кинескопом, можно было увидеть вот такую деталь (как на картинке выше), вот это и есть умножитель.
Схема умножителя выглядит вот так:
Умножитель на данной схеме состоит из 4-х секций. Однако в теории (как это вообще придумано/задумано), секцией принято считать один конденсатор + один диод. Но такая секция это ничто иное как просто однополупериодный выпрямитель. Поэтому на практике и во многих схемах одной секцией (одним звеном) считают 2 конденсатора + 2 диода. Именно так на данной схеме и обозначено. И это логично, потому, что диод + конденсатор - выпрямитель, 2 диода + 2 конденсатора - удвоитель и т.д. На выходе умножителя всегда постоянное напряжение.
Как это работает?
Эта схема умножителя еще называется удвоителем напряжения. И вот на этом примере и удобно рассматривать как работает умножитель напряжения.
- умножитель напряжения будет работать только при подаче на вход переменного напряжения;
- при проходе одной полуволны напряжения со входа (отрицательной), напряжение проходит через диод D1 и заряжает конденсатор С1, этот же диод D1 не дает конденсатору С1 сразу разрядится, заряд конденсатора будет равен амплитуде питающего напряжения
- при прохождении следующей полуволны напряжения (положительной), заряжается конденсатор С2, но уже через диод D2 и зарядится он до напряжения 2*Uвх, потому, что к амплитуде входного напряжения добавится еще и напряжение заряда конденсатора С1
- в результате на конденсаторе С2 имеем удвоенное напряжение питания
Для удобства понимания можно схему представить в таком виде:
При увеличении количества секций, каждая следующая секция будет заряжаться при каждой следующей полуволне и в результате напряжение на каждом следующем конденсаторе будет расти. А для запуска умножителя нужно столько же полуволн питающего напряжения, сколько секций в умножителе, для схемы из первого рисунка нужно 8 полуволн до начала работы...
Закон Ома никто не отменял, поэтому с ростом напряжения будет падать ток. Применяются умножители для увеличения в несколько раз входного напряжения. Работают как отдельно (от генератора/источника переменного напряжения), так и в паре с повышающим трансформатором. Во втором случает (с повышающим трансформатором) с помощью трансформатора напряжение повышается до определенного напряжения (которое чаще всего тоже используется в схеме), а затем дальше повышается уже умножителем. Применяется такая комбинированная схема для уменьшения габаритов и веса (трансформатор был бы достаточно большой).
На схеме выше, блок строчной развертки цветного телевизора типа 4УСЦТ, для работы строчной развертки и питания кинескопа используется строчный трансформатор (трансформатор на выходе которого высокое напряжение) и умножитель напряжения, с которого снимается 2 напряжения.
Еще одним примером использования умножителя может быть микроволновая печь, там используется удвоитель напряжения, иногда его еще называют: выпрямитель-удвоитель.
На практике редко используют умножители более 4-х секций, потому, что нет ничего идеального в этом мире и начиная с 5-й секции потери в схеме сводят на нет всю работу умножителя, не только ток, но и напряжение начинает падать.
Приведенная схема умножителя напряжения является "классической", именно она применяется чаще всего и называется "Несимметричной". Однако существует еще масса различных схем, но все они похожи на эту.
Симметричный умножитель напряжения
Гибридный умножитель напряжения последовательно-параллельного типа
Симметричный двухполупериодный умножитель Кокрофта-Уолтона
Кто делал электрошокеры, там на выходе как правило тоже стоит умножитель.
Еще одно интересное применение умножителя, или в данном случае удвоителя, потому что используется одна секция, это формирование двух полярного напряжения от одной обмотки трансформатора.
За счет умножения напряжения отрицательного и положительного плеч выпрямителя будут одинаковы и равны напряжения входа. А между + и - будет удвоенное напряжение входа.