Spanningsvermenigvuldigers uitgelegd: verdubbelaar, verdriedubbelaar, viervoudiger en Cockcroft-Walton ontwerp

*SPICE 03255.eps C1 2 0 1000p D1 1 2 diode C2 4 1 1000p D2 0 1 diode V1 4 0 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran 0.01m 5m .end

Illustratie: v(4) is de invoer, v(1) de klemmer trap, v(2) de halfgolf gelijkrichter trap, en v(3) de finale uitgang.

Volgolf spanningsver dubbelaar

Door twee halfgolf gelijkrichters in serie te stapelen, laadt de volgolf verdubbelaar de ene condensator op tijdens de negatieve half-cyclus en de andere tijdens de positieve half-cyclus. De twee condensators samen leveren een verdubbelde spanning met hogere rimpeltolerantie.

*SPICE 03273.eps *R1 3 0 100k *R2 5 3 100k D1 0 2 diode D2 2 5 diode C1 3 0 1000p C2 5 3 1000p V1 2 3 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran 0.01m 5m .end

Resultaat: v(5) bereikt de volledige uitgang binnen een enkele invoercyclus.

Volgolf verdubbelaars afgeleid van halfgolf gelijkrichters

Het combineren van twee tegengestelde-polariteit halfgolf gelijkrichters en het herrefereren van de massa levert een ±5 V voeding op (≈±4,3 V met diodevallen). De uitgang over de twee uitgangen is dan 10 V.

Spanningsver drievoudiger

Een drievoudiger is essentieel een verdubbelaar gestapeld op een halfgolf gelijkrichter. De halfgolf trap voegt ~5 V toe, de verdubbelaar voegt ~10 V toe, wat een totaal van ~15 V (≈12,9 V met diodevallen) ten opzichte van massa produceert.

*SPICE 03283.eps C3 3 0 1000p D3 0 4 diode C1 2 3 1000p D1 1 2 diode C2 4 1 1000p D2 3 1 diode V1 4 3 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran 0.01m 5m .end

Spanningsver viervoudiger

Het stapelen van twee verdubbelaar traps produceert een viervoudiger. Elke verdubbelaar bijdraagt ~10 V (≈8,6 V realistisch), dus de gecombineerde uitgang is ~20 V (≈17,2 V). Twee DC-uitgangen zijn beschikbaar: één bij de intermediaire verdubbelaar en één bij de finale trap.

*SPICE 03441.eps *C22 4 5 1000p *C11 3 0 1000p D11 0 5 diode D22 5 3 diode C1 2 3 1000p D1 1 2 diode C2 4 1 1000p D2 3 1 diode V1 4 3 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran 0.01m 5m .end

Golfformen tonen opeenvolgende klemming op hogere niveaus: v(5), v(4), en v(1).

Veiligheid en praktische overwegingen

• Typische simulatieparameters (5 V, 1 kHz, 1 nF) produceren microampère-niveau stromen; voor milliampères belastingstroom, gebruik 0,1–1,0 µF condensators op kHz schakelingen.
• Voor 50/60 Hz netswerking moeten condensators diverse honderden tot een paar duizend µF zijn om honderden milliampères te leveren.
• Let altijd op correcte polariteit en spanningsnominale op elektrolytische condensators—omgekeerde polariteit kan explosies veroorzaken.
• Directe-net aangesloten schakelingen (geen transformator) zijn gevaarlijk; bewaar ze in afgeschermde behuizingen en breadboard nooit zonder veiligheidsbescherming.

Cockcroft-Walton vermenigvuldiger

De Cockcroft-Walton is een cascade van halfgolf verdubbelaren. Met acht trappen (x8) kan het ~30 V leveren van een 5 V piek invoer, rekening houdend met diodevallen. Hoewel elke toegevoegde trap minder incrementele spanning oplevert, vermijdt de topologie de noodzaak voor een hoogspanningstransformator.

D1 7 8 diode C1 8 6 1000p D2 6 7 diode C2 5 7 1000p D3 5 6 diode C3 4 6 1000p D4 4 5 diode C4 3 5 1000p D5 3 4 diode C5 2 4 1000p D6 2 3 diode D7 1 2 diode C6 1 3 1000p C7 2 0 1000p C8 99 1 1000p D8 0 1 diode V1 99 0 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran 0.01m 50m .end

Real-world toepassingen omvatten fotomultiplierbuizen (tot 2000 V) en ionengeneratoren voor luchtzuivering. De reeks tappen vervangt weerstandsdelers, wat warmte vermindert en efficiëntie verbetert.

Kernpunten

• Een spanningsvermenigvuldiger schaalt AC-piekspanning op naar een hoger DC-niveau.
• De eenvoudigste is de halfgolf verdubbelaar; volgolf verdubbelaars verbeteren rimpelprestaties.
• Drievoudigers combineren een verdubbelaar met een piekdetector; viervoudigers stapelen twee verdubbelaars.
• Cockcroft-Walton vermenigvuldigers bieden schaalbare hoge spanning zonder dure transformatoren.

Gerelateerde werkbladen

• Summer en Subtractor OpAmp Schakelingen Werkblad