Spannungsmultiplikator
Es handelt sich in Wirklichkeit um einen modifizierten Kondensatorfilterkreis (Gleichrichterkreis), der eine Gleichspannungsausgabe erzeugt, die zwei- oder mehrfach so hoch ist wie die Spitzenwert-Eingangsspannung des Wechselstroms. In diesem Abschnitt können wir uns den Vollwellen-Spannungsverdoppler, den Halbwellen-Spannungsverdoppler, den Spannungstripler und schließlich den Spannungsquadrupler ansehen.
Halbwellen-Spannungsverdoppler
Die Eingangsform, das Schaltbild und die Ausgangsform sind in Abbildung 1 dargestellt. Während der positiven Halbwelle leitet der Vorwärts-biasierte Dioden D1 und die Dioden D2 sind im Off-Zustand. In dieser Zeit lädt sich der Kondensator C1 auf VSmax (Spitzenwert von 2o-Spannung) auf. Während der negativen Halbwelle leitet die Vorwärts-biasierte Dioden D2 und die Dioden D1 sind im Off-Zustand. In dieser Zeit beginnt C2 mit dem Aufladen.
Während der nächsten positiven Halbwelle ist D2 im Rückwärts-biasierten Zustand (offener Kreis). In dieser Zeit entlädt sich der Kondensator C2 über die Last und somit fällt die Spannung über diesen Kondensator ab.
Wenn jedoch keine Last über diesen Kondensator liegt, dann sind beide Kondensatoren im geladenen Zustand. Das heißt, C1 wird auf VSmax und C2 auf 2VSmax aufgeladen. Während der negativen Halbwelle wird C2 erneut auf 2VSmax aufgeladen. In der nächsten Halbwelle wird eine durch den Kondensatorfilter gefilterte Halbwelle über den Kondensator C2 erhalten. Hier ist die Rippelfrequenz gleich der Signal-Frequenz. Mit diesem Schaltkreis kann eine Gleichspannung von etwa 3kV erzielt werden.
Vollwellen-Spannungsverdoppler
Die Eingangsform des Vollwellen-Spannungsverdopplers ist unten dargestellt.
Das Schaltbild und die Ausgangsform sind in Abbildung 3 dargestellt. Während der positiven Halbwelle der Eingangsspannung ist die Dioden D1 im Vorwärts-biasierten Zustand und der Kondensator C1 wird auf VSmax (Spitzenwert) aufgeladen. In dieser Zeit ist D2 im Rückwärts-biasierten Zustand. Während der negativen Halbwelle der Eingangsspannung ist die Dioden D2 im Vorwärts-biasierten Zustand und der Kondensator C2 wird aufgeladen. Wenn keine Last an den Ausgangsterminalen angeschlossen ist, ergibt sich die Gesamtspannung beider Kondensatoren als Ausgangsspannung. Wenn eine Last an den Ausgangsterminalen angeschlossen ist, ergibt sich die Ausgangsspannung.
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Wir sehen, dass sowohl der Halbwellen- als auch der Vollwellen-Spannungsverdoppler 2VS MAX als Ausgang ergeben. Es erfordert keinen Mittelsteg-Transformator. Die Spitzenspannungsbelastbarkeit der Dioden beträgt 2VS MAX. Im Vergleich zum Halbwellen-Spannungsverdoppler kann der Vollwellen-Spannungsverdoppler einfach hohe Frequenz-Ripple filtern und die Ausgangsrippelfrequenz ist doppelt so hoch wie die Netzfrequenz. Das Problem beim Vollwellen-Spannungsverdoppler ist, dass zwischen Eingang und Ausgang kein gemeinsamer Massepunkt vorhanden ist.
Spannungstripler und -quadrupler
Durch Erweiterung des Halbwellen-Spannungsverdopplers kann jeder Spannungsmultiplikator (Tripler, Quadrupler usw.) erstellt werden. Wenn sowohl die Kondensatorlecks als auch die Last klein sind, können mit diesen Schaltkreisen, die mehrere Abschnitte zur Steigerung der Gleichspannung enthalten, extrem hohe Gleichspannungen erreicht werden.
Hier sind die ersten positive und negative Halbwelle identisch mit denen des Halbwellen-Spannungsverdopplers. Während der nächsten positiven Halbwelle leiten D1 und D3, und C3 wird auf 2VSmax aufgeladen. Während der nächsten negativen Halbwelle leiten D2 und D4, und C4 wird auf 2VSmax aufgeladen. Bei Hinzufügen weiterer Dioden und Kondensatoren wird jeder Kondensator auf 2VSmax aufgeladen. Am Ausgang können ungerade Vielfache von VSmax vom oberen Ende der 2o-Windung des Transformers und gerade Vielfache von VSmax vom unteren Ende der 2o-Windung des Transformers erreicht werden.
Anwendung von Spannungsmultiplikatoren
Kathodenstrahlröhren.
Kathodenstrahlröhren in Oszilloskopen, Fernsehempfängern, Computerausgabegeräten.
Röntgensysteme
Ionpumpen
Kopiergeräte
Elektrostatische Systeme
