Skeemiprobleemide lahendamisel tuleb ette olukordi, kus väljundpinge tõstmiseks tuleb trafode kasutamisest eemale hoida. Selle põhjuseks osutub kõige sagedamini võimatus seadmetesse lisada astmemuundureid nende kaalu- ja suurusenäitajate tõttu. Sellises olukorras on lahenduseks kasutada kordaja ahelat.
Pingekordaja definitsioon
Seade, mis tähendab elektrikordisti, on vooluahel, mis võimaldab teisendada vahelduv- või pulseerivat pinget alalisvooluks, kuid suurema väärtusega. Parameetri väärtuse suurenemine seadme väljundis on otseselt võrdeline vooluahela etappide arvuga. Kõige elementaarsema pingekordaja, mis eksisteerib, leiutasid teadlased Cockcroft ja W alton.
Elektroonikatööstuses välja töötatud kaasaegseid kondensaatoreid iseloomustavad väiksus ja suhteliselt suur mahtuvus. See võimaldas ümber ehitada palju vooluringe ja tutvustada toodet erinevatesse seadmetesse. Omas järjekorras ühendatud dioodidele ja kondensaatoritele pandi kokku pingekordisti.
Lisaks elektrienergia suurendamise funktsioonile muudavad kordajad selle samaaegselt vahelduvvoolust alalisvooluks. See on mugav selle poolest, et seadme üldist vooluringi lihtsustatakse ning see muutub töökindlamaks ja kompaktsemaks. Seadme abil on võimalik saavutada kuni mitme tuhande volti tõusu.
Seadme kasutuskoht
Merterid on leidnud oma rakenduse erinevat tüüpi seadmetes, need on: laserpumpamissüsteemid, röntgenlainekiirguse seadmed nende kõrgepingeseadmetes, vedelkristallkuvarite taustvalgustamiseks, ioon-tüüpi pumbad, liikuva laine lambid, õhuionisaatorid, elektrostaatilised süsteemid, osakeste kiirendid, paljundusmasinad, televiisorid ja kineskoopidega ostsilloskoobid, samuti seal, kus on vaja kõrge ja madala vooluga alalisvoolu.
Pingekordaja põhimõte
Ahela toimimise mõistmiseks on parem vaadata nn universaalse seadme tööd. Siin pole etappide arv täpselt määratud ja väljundelektrienergia määratakse valemiga: nUin=Uout, kus:
- n on olemasolevate vooluahela etappide arv;
- Uin on seadme sisendile rakendatav pinge.
Algsel ajahetkel, kui vooluringi saabub esimene, näiteks positiivne poollaine, edastab sisendastme diood selle oma kondensaatorisse. Viimane laetakse sissetuleva elektrienergia amplituudiga. Teise negatiivsegapoollaine, esimene diood on suletud ja teise astme pooljuht laseb selle minna oma kondensaatorisse, mis on samuti laetud. Lisaks sellele liidetakse esimese kondensaatori pinge, mis on jadamisi ühendatud teisega, ja kaskaadi väljund on juba kahekordne elektrienergia.
Sama juhtub igal järgneval etapil – see on pingekordaja põhimõte. Ja kui vaadata edenemist lõpuni, siis selgub, et väljundelekter ületab sisendi teatud arvu kordi. Kuid nagu trafos, väheneb ka siin voolutugevus potentsiaalide erinevuse suurenedes – toimib ka energia jäävuse seadus.
Korjandi koostamise skeem
Kogu ahela kett on kokku pandud mitmest lülist. Kondensaatori pingekordisti üks lüli on poollaine tüüpi alaldi. Seadme hankimiseks on vaja kahte järjestikku ühendatud linki, millest igaühel on diood ja kondensaator. Selline ahel kahekordistab elektrit.
Pingekordisti seadme graafiline kujutis klassikalises versioonis näeb välja dioodide diagonaalasendiga. Pooljuhtide sisselülitamise suund määrab, milline potentsiaal - negatiivne või positiivne - esineb kordaja väljundis selle ühise punkti suhtes.
Negatiivse ja positiivse potentsiaaliga ahelate kombineerimisel saadakse seadme väljundis bipolaarne pinge kahekordistaja. Selle konstruktsiooni eripära on see, et kui mõõdate tasetelekter pooluse ja ühispunkti vahel ja see ületab sisendpinget 4 korda, siis poolustevahelise amplituudi suurus suureneb 8 korda.
Kordajas on ühine punkt (mis on ühendatud ühise juhtmega) see, kus toiteallika väljund on ühendatud kondensaatori väljundiga, mis on rühmitatud teiste jadaühendusega kondensaatoritega. Nende lõpus võetakse väljundelekter paaristele elementidele - paariskoefitsiendiga, paaritutel kondensaatoritel vastav alt paaritu koefitsiendiga.
Kondensaatorite pumpamine kordajas
Teisisõnu, konstantse pinge kordaja seadmes toimub teatav ajutine protsess deklareeritud väljundparameetri seadistamiseks. Lihtsaim viis seda näha on elektrienergia kahekordistamine. Kui läbi pooljuhi D1 laetakse kondensaator C1 täisväärtuseni, siis järgmisel poollainel laeb see koos elektriallikaga samaaegselt teist kondensaatorit. C1-l ei ole aega C2-le täielikult laengut anda, seega ei ole väljundil esialgu topeltpotentsiaalide erinevust.
Kolmandal poollainel laetakse esimene kondensaator uuesti ja seejärel rakendatakse C2-le potentsiaali. Kuid teise kondensaatori pingel on juba esimesele vastupidine suund. Seetõttu ei ole väljundkondensaator täielikult laetud. Iga uue tsükliga kaldub C1 elemendi elekter sisendisse, C2 pinge kahekordistub.
Kuidasarvuta kordaja
Korrutusseadme arvutamisel tuleb lähtuda algandmetest, milleks on: koormuse jaoks vajalik vool (In), väljundpinge (Uout), pulsatsioonitegur (Kp). Kondensaatorielementide minimaalne mahtuvuse väärtus, väljendatuna uF-des, määratakse järgmise valemiga: С(n)=2, 85nIn/(KpUout), kus:
- n on sisendelektrienergia suurendamise kordade arv;
- In - koormuses voolav vool (mA);
- Kp – pulsatsioonitegur (%);
- Uout - seadme väljundis vastuvõetud pinge (V).
Suurendades arvutustega saadud mahtuvust kaks või kolm korda, saadakse kondensaatori mahtuvuse väärtus ahela C1 sisendis. See elemendi väärtus võimaldab teil kohe saada väljundi pinge täisväärtust ja mitte oodata, kuni teatud arv perioode on möödas. Kui koormuse töö ei sõltu elektrienergia tõusu kiirusest nimiväljundini, võib kondensaatori mahtuvuse pidada identseks arvutatud väärtustega.
Koormuse jaoks parim, kui dioodi pingekordaja pulsatsioonitegur ei ületa 0,1%. Rahuldav on ka lainetuse esinemine kuni 3%. Kõik vooluahela dioodid valitakse arvutusest nii, et need taluksid vab alt voolutugevust, mis on kaks korda suurem kui selle väärtus. Seadme suure täpsusega arvutamise valem näeb välja selline: nUin - (In(n3 + 9n2/4 + n/2)/(12 f C))=Uout, kus:
- f – pinge sagedus seadme sisendis (Hz);
- C – kondensaatori mahtuvus (F).
Kasu japuudused
Pingekordaja eelistest rääkides võime märkida järgmist:
Võime saada väljundis märkimisväärses koguses elektrit – mida rohkem lülisid ahelas, seda suurem on korrutustegur
- Disaini lihtsus – kõik on kokku pandud standardsetele linkidele ja usaldusväärsetele raadioelementidele, mis harva ebaõnnestuvad.
- Kaal – mahukate elementide (nt toitetrafo) puudumine vähendab vooluringi suurust ja kaalu.
Iga kordistiahela suurim puudus on see, et sellest on võimatu saada suurt väljundvoolu koormuse toiteks.
Järeldus
Konkreetse seadme jaoks pingekordisti valimine. oluline on teada, et tasakaalustatud ahelatel on pulsatsiooni osas paremad parameetrid kui tasakaalustamata. Seetõttu on tundlike seadmete puhul otstarbekam kasutada stabiilsemaid kordajaid. Asümmeetriline, lihtne teha, sisaldab vähem elemente.
