Hoe maak je een spanningsverdrievoudiger circuit?

Voltage Tripler Circuit Diagram en werkend

Wat is Voltage Tripler?

Voltage Tripler Circuit is een circuit dat de ingangsspanning verdrievoudigt, d.w.z. de uitgangsspanning zal drie keer de piekingangsspanning zijn. We kunnen het Voltage Tripler Circuit heel gemakkelijk bouwen door enkele diodes en condensatoren te gebruiken. Het spanningsverdrievoudigingscircuit is eigenlijk een soort vermenigvuldigingscircuits die een uitgangsspanning leveren die twee, drie of vier keer zo hoog is als de piekingangsspanning.

De spanningsvermenigvuldigingscircuits worden gebruikt wanneer we hoge spanning en lage stroom nodig hebben. Spanningsvermenigvuldigers worden ook gebruikt om de grootte van de transformator te verkleinen of soms te verwijderen. Ze kunnen erg handig zijn bij het omzetten van lage AC-spanning in hoge DC-spanning en lage stroom is nodig.

Gerelateerde berichten:

• Wat is een koevoetcircuit? Ontwerp en bediening
• 12V naar 5V convertercircuit

Vereiste componenten

• 3 aantal 1N4007-diodes
• 3 aantal 22μF condensatoren
• 9-0-9 Step-down transformator
• Digitale multimeter

Diode (1N4007)

Een diode is een unidirectioneel apparaat, d.w.z. het laat de stroom slechts in één richting stromen. Het wordt gebruikt in veel elektronische toepassingen zoals gelijkrichters, signaalverwerking, clipping/clamping van signalen, detectie van signalen, mixen van signalen en veel elektronische systemen. Het heeft twee terminals Anode en Kathode. De stroom moet dus van anode naar kathode vloeien.

Eigenlijk werkt een diode volgens het principe van halfgeleiders. Er zijn dus twee soorten halfgeleiders op basis van vrije elektronen:N-type en P-type.

Een N-type halfgeleider heeft veel vrije elektronen en een heel klein aantal positieve gaten. Dus de elektronen worden meerderheidsladingsdragers genoemd en gaten worden minderheidsladingsdragers genoemd. De halfgeleider van het P-type heeft een grotere concentratie van positieve gaten en een zeer lage concentratie van elektronen. Dus de meerderheidsdragers zijn gaten en minderheidsdragers zijn elektronen.

Als de regio's van het P-type en N-type met elkaar in contact komen, verspreiden de meerderheidsdragers zich van de ene kant naar de andere. Omdat er minder gaten zijn in het N-type gebied en minder elektronen in het P-type gebied, bewegen elektronen door concentratieverschil naar het P-type gebied en gaan gaten naar het N-type gebied. Wanneer de elektronen uit het N-type gebied diffunderen met gaten in het P-type gebied en gaten uit het P-type gebied diffunderen met elektronen in het N-type gebied, dan ontstaat er een laag positieve ionen aan de N-zijde en een laag van negatieve ionen aan de P-kant verschijnen.

Deze twee lagen verschijnen langs de verbindingslijn van twee regio's/halfgeleiders. Dit gebied van twee lagen ionen staat bekend als het uitputtingsgebied of uitputtingslaag omdat er geen lading in dit gebied is omdat ze allemaal recombineren.

Zodra de uitputtingslaag is gevormd, vindt er geen diffusie van ladingsdragers uit beide regio's plaats vanwege het elektrische veld dat door dit uitputtingsgebied wordt gegenereerd.

Als we de P-kant van een diode verbinden met een positieve pool van de batterij en de N-kant met een negatieve pool, dan staat dit bekend als forward biasing. Als we de spanning vanaf nul verhogen, loopt er in het begin geen stroom door de diode, omdat er niet genoeg spanning is voor de ladingsdragers om de potentiaalbarrière van de uitputtingslaag te passeren. Wanneer de spanning die over de diode wordt aangelegd groter is dan de enige stroom die door de diode kan vloeien.

Als we de N-kant van een diode verbinden met een negatieve pool van de batterij en de P-kant met een positieve pool, dan staat dit bekend als reverse biasing. Wanneer deze voorspanning wordt toegepast, trekken de negatieve elektronen aan de P-kant naar de negatieve pool en worden gaten in de N-kant aangetrokken naar de positieve pool. Waardoor de uitputtingslaag breder wordt en de diode dus de stroom blokkeert. Daarom is diode een unidirectioneel apparaat.

Condensator

Een condensator is een apparaat dat wordt gebruikt om energie op te slaan in de vorm van lading. Ze worden veel gebruikt in veel elektronische toepassingen. Een condensator bestaat uit twee metalen platen en er zit een diëlektrisch materiaal tussen. Dus als we een elektrisch potentiaal over deze twee platen leggen, ontstaat er een elektrisch veld tussen deze platen. De positieve lading wordt verzameld aan de negatieve kant en de negatieve lading wordt verzameld aan de positieve kant.

Dit proces gaat door totdat beide platen voldoende zijn opgeladen en in die toestand is de condensator volledig opgeladen. Beide platen hebben dezelfde lading met verschillende polariteiten. Tussen deze platen ontstaat dus een elektrisch veld. Dit is hoe een condensator de lading vasthoudt. Laten we nu kijken waarom er een diëlektricum gevuld is tussen de twee platen van de condensator.

Het diëlektricum heeft de moleculen die polair zijn, d.w.z. dat ze naar een van de platen kunnen bewegen op basis van de lading die op de platen wordt aangebracht. Vandaar dat de moleculen zich op een zodanige manier uitlijnen dat meer elektronen naar de negatieve plaat kunnen worden aangetrokken en meer elektronen uit de positieve plaat kunnen worden afgestoten. Als we nu de batterij verwijderen nadat de condensator volledig is opgeladen, kan de condensator deze lading lang vasthouden. En zo fungeert het als een energieopslagelement. Als u een belasting over de twee klemmen van de condensator toepast, begint deze te ontladen en begint de stroom te vloeien over de belasting die u hebt aangesloten.

Een condensator kan op veel plaatsen worden gebruikt. Een van de toepassingen in dit project. Het kan ook worden gebruikt als een bypass-condensator. Bypass-condensatoren worden gebruikt met IC's om ruis in de voeding te filteren, zoals het omgaan met de rimpelingen en fluctuaties veroorzaakt door schakelen. Dus wanneer de voeding op die timing afsnijdt, fungeert de condensator als een tijdelijke voeding. Ze kunnen ook worden gebruikt in gelijkrichters. Hoewel de gelijkrichter uit diodes bestaat, is de rol van de condensator ook belangrijk.

De output van de gelijkrichter is een continue golfvorm die, indien doorgegeven vanaf de condensator, wordt omgezet in een soepel DC-signaal als gevolg van het opladen en ontladen van de condensator. Nog een toepassing van de condensator is signaalfiltering. Ze worden gebruikt om de filters te ontwerpen die veel worden gebruikt bij signaalverwerking. Ze worden dus in radio's gebruikt om de frequentie af te stemmen om het perfecte kanaal te selecteren waarnaar men wil luisteren. Het laatste maar niet het minste gebruik van een condensator is om energie op te slaan. Hun levensduur is veel beter dan die van normale batterijen en ze kunnen veel sneller stroom leveren omdat hun oplaad- en ontlaadtijd echt korter is.

Voltage Tripler Circuit Diagram

Het circuit is echt heel eenvoudig. Je kunt dit circuit op een breadboard maken of op Perfboard solderen. Je hoeft alleen maar het schakelschema te volgen en je bent helemaal klaar. Verbind eerst de 9V-klem van de transformator met de positieve pool van de condensator. Sluit nu de negatieve pool van deze condensator aan op de positieve pool van de diode en verbind vervolgens de negatieve pool van deze diode met de 0V-terminal van de transformator. Verbind nu de negatieve pool van een andere diode met de positieve pool van deze diode en de positieve pool met de negatieve pool van de negatieve pool van een andere condensator en verbind vervolgens de positieve pool van deze condensator met de 0V-klem van de transformator.

Nu moet je de positieve pool van de derde condensator verbinden met de negatieve pool van de vorige diode en de negatieve pool met de positieve pool van de derde diode en vervolgens de negatieve pool van deze diode verbinden met de 0V-klem van de transformator.

We gebruiken een 9-0-9 transformator om het AC-net van 220V te verlagen. Nu, in de eerste positieve halve cyclus, wordt diode D1 voorwaarts voorgespannen en wordt condensator C1 geladen van D1 tot de piekwaarde van de spanning (Vpiek). En in de negatieve halve cyclus is diode D2 voorwaarts voorgespannen en is diode D1 in tegengestelde richting. D1 laat de condensator C1 niet ontladen. De condensator C2 wordt opgeladen met de gecombineerde spanning van C1 (Vpiek) en negatieve piekspanning van het wisselstroomnet, dus wordt hij opgeladen tot 2Vpiek.

Tijdens de tweede positieve halve cyclus geleiden diode D1 en D3 en worden D2 in tegengestelde richting voorgespannen. Dus de condensator C3 laadt op tot dezelfde spanning als C2, wat 2Vpiek is. Nu, zoals we kunnen zien dat de condensatoren C1 en C3 in serie staan, is de totale spanning over deze condensatoren Vpiek + 2Vpiek =3Vpiek. Dit is hoe we de verdrievoudigde waarde van de aangelegde spanning als uitvoer krijgen. Analytisch kan de bovenstaande berekening correct zijn. Maar we moeten ook rekening houden met het praktische aspect. In feite daalt een deel van de spanning ook over de diodes, dus de uitgangsspanning is niet precies driemaal de ingangsspanning. Het wordt:

Vout =3 x Vpeak – spanningsval over diodes

Gerelateerde berichten: 

• Buck Converter - Circuit, ontwerp, werking en voorbeelden
• Wat is Boost Converter? Schakelschema en werking

Werking van spanningsverdrievoudiger

De spanning aan de ingangszijde wordt gemeten vanaf de transformator en de spanning aan de uitgangszijde wordt gemeten vanaf de derde diode. Stel eerst de knop van de digitale multimeter in op het 20V-bereik en meet de ingangsspanning en meet vervolgens de spanning aan de uitgangszijde door het bereik te wijzigen. In dit project hebben we een 9V transformator gebruikt om de input te geven. Deze waarde is de RMS-waarde, dus om de piek-tot-piekspanning te bepalen, moeten we deze vermenigvuldigen met √2, dus Vpeak =9 x √2 =12,7 V

Dus analytisch gezien zou onze output 12,7 x 3 =38,1 V moeten zijn

Maar het blijkt ongeveer 37,3 V te zijn. De spanningsval over de diodes is dus 38,1- 37,3 =0,8V