Voltage Multipilers (Pengganda Tegangan)

Pengganda Tegangan (Voltage Multipliers)

1. Penyearah Setengah Gelombang + Filter Kapasitor

Sebuah pengganda tegangan adalah rangkaian penyearah khusus memproduksi output yang secara teoritis merupakan kali bilangan bulat puncak AC input, misalnya, 2, 3, atau 4 kali puncak AC input. Dengan demikian, kita mempunyai peluang untuk mendapatkan 200 VDC dari sumber Vpeak AC 100 menggunakan doubler, 400 VDC dari quadrupler. Setiap beban dalam rangkaian praktis akan menurunkan tegangan ini.

Sebuah aplikasi tegangan Doubler adalah catu daya DC yang mampu baik menggunakan 240 VAC atau 120 VAC sumber. Pasokan menggunakan switch yang dipilih jembatan gelombang penuh untuk menghasilkan sekitar 300 VDC dari 240 VAC sumber. 120 V posisi kabel saklar kembali jembatan sebagai Doubler memproduksi sekitar 300 VDC dari 120 VAC. Dalam kedua kasus, 300 VDC diproduksi. Ini adalah input ke regulator switching memproduksi tegangan rendah untuk menyalakan, katakanlah, komputer pribadi.

Setengah-gelombang Doubler tegangan pada Gambar di bawah ini (a) terdiri dari dua sirkuit: a clamper di (b) dan detektor puncak (setengah gelombang rectifier) pada Gambar sebelumnya, yang ditampilkan dalam bentuk dimodifikasi pada Gambar di bawah ini (c). C2 telah ditambahkan ke detektor puncak (penyearah setengah gelombang).

Doubler setengah gelombang tegangan (a) terdiri dari (b) clamper dan (c) penyearah setengah gelombang.

Mengacu pada Gambar di atas (b), beban C2 sampai 5 V (4,3 V mempertimbangkan drop diode) pada setengah siklus negatif dari AC input. Ujung kanan didasarkan oleh D2 hantaran. Ujung kiri dibebankan pada puncak negatif dari AC input. Ini adalah operasi clamper tersebut.

Selama setengah siklus positif, penyearah setengah gelombang seperti Gambar di atas (c). Diode D2 adalah keluar dari sirkuit karena reverse bias. C2 sekarang secara seri dengan sumber tegangan. Perhatikan polaritas dari generator dan C2, seri pembantu. Dengan demikian, rectifier D1 melihat total 10 V pada puncak sinewave, 5 V dari generator dan 5 V dari C2. D1 melakukan gelombang v (1) (Gambar bawah), pengisian C1 ke puncak naik gelombang sinus pada 5 V DC (Gambar di bawah ini v (2)). Bentuk gelombang v (2) adalah output dari Doubler, yang stabil pada 10 V (8,6 V dengan dioda pendekatan II) setelah beberapa siklus input gelombang sinus.

Dibawah ini adalah Source Code untuk PSPICE dan Hasil Gambarnya….:)

*SPICE 03255.epsC1 2 0 1000pD1 1 2 diodeC2 4 1 1000p

D2 0 1 diode

V1 4 0 SIN(0 5 1k)

.model diode d

.tran 0.01m 5m

.end

V(2) adalah Tegangan keluaran setelah V input di CLAMP dan Diarahkan oleh Penyearah 1/2 – Gelombang .

V(1) adalah Tegangan hasil CLAMP.

V(4) adalah Tegangan Input AC.

 

2. Penyearah Gelombang Penuh + Penyaring Kapasitor

Pengganda Tegangan Gelombang Penuh terdiri dari sepasang penyearah setengah gelombang. (Gambar di bawah) The netlist yang sesuai adalah pada Gambar di bawah ini. Bagian bawah penyearah D1 akan mengisi C1 pada setengah siklus negative. Bagian atas penyearah D2 akan mengisi C2 pada setengah siklus positif dari input. Setiap kapasitor akan mengisi sebesar 5V (4,3 V untuk diode pendekatan II). Outputnya ada pada titik 5 yang merupakan jumlah seri dari C1 dan C2 yang menghasilkan Tegangan 10 V (8,6 V dengan diode pendekatan II).

 

*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

 

Gelombang penuh tegangan Doubler terdiri dari dua penyearah setengah gelombang yang beroperasi di 2 polaritas (+ dan -).

 

Perhatikan bahwa output v (5) Gambar di bawah ini mencapai nilai penuh dalam satu siklus input v (2).

Gelombang penuh tegangan Doubler: v (2) input, v (3) tegangan pada titik tengah, v (5) tegangan pada output

Gambar di bawah menunjukkan turunan dari pengganda gelombang penuh dari sepasang polaritas yang berlawanan sebuah penyearah setengah gelombang (a). Sepasang Penyearah Negatif di gambar ulang agar lebih jelas (b). Keduanya digabungkan pada (c) berbagi ground bersama. Pada gambar (d) penyearah negative di susun ulang sehingga rangkaian hanya menggunakan 1 sumber tegangan bersama penyearah positif. Ini menghasilkan 5 V (4,3 V diode pendekatan II) catu daya; meskipun, 10 V yang terukur antara dua outputnya. Titik referensi ground dipindahkan sehingga + 10V terhubung dengan tanah.

 

Gambar di bawah ini menggambarkan derivasi dari Doubler gelombang penuh dari sepasang rectifier polaritas setengah gelombang berlawanan (a). Penyearah negatif dari pasangan digambar ulang untuk kejelasan (b). Keduanya digabungkan pada (c) berbagi tanah yang sama. Pada (d) penyearah negatif kembali kabel untuk berbagi satu sumber tegangan dengan penyearah positif. Ini menghasilkan ± 5 V (4,3 V dengan dioda drop) catu daya; meskipun, 10 V dapat diukur antara dua output. Titik referensi ground dipindahkan sehingga +10 V tersedia sehubungan dengan tanah.

Pengganda Gelombang-Penuh: (a) sepasang pengganda, (b) digambar ulang, (c) Berbagi ground, (d) Berbagi sumber tegangan, (e) Memindahkan titik Ground.

 

Pengganda-tiga tegangan (Voltage Tripler)

Sebuah pengganda-tiga tegangan dibangun dari kombinasi sebuah doubler (pengganda-dua) dan sebuah penyearah setengah gelombang (C3,D3). Penyearah Setengah gelombang menghasilkan 5 V (4,3 V untuk diode pendekatan II) di simpul (node) 3. Doubler menghasilkan 10 V lainnya (8,4 V diode pendekatan II) antara simpul (node) 2 dan 3. Untuk keseluruhannya adalah 15V (12,9 V pendekatan II) pada simpul (node) 2 dengan menghubungkannya dengan ground. Netlistnya (untuk program Pspice) dapat dilihat di gambar bawah.

 

Pengganda-tiga tegangan tersusun dari doubler diatas peneyarah setengah gelombang.

Catat bahwa V(3) di gambar bawah muncul 5 V (4,3 V) di siklus setengah negative pertama. Input V(4) bergeser keatas sebesar 5V (4,3 V)  disebabkan 5 V dari penyearah setengah gelombang. Dan 5 V yang lainnya pada V(1) disebabkan clamper (C2, D2). D1 mengisi C1 (bentuk gelombang V(2)) sampai nilai puncak V(1).

*SPICE 03283.epsC3 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

Voltage Tripler: V(3) penyearah setengah gelombang, V(4) input +5 V, V(1) Clamper, V(2) output akhir.

Pengganda x8 tegangan (Cockcroft-Walton x8 voltage multiplier)

Beberapa hal yang harus dicatat pada poin ini. Parameter rangkaian digunakan di dalam contoh (V=5 V 1 kHz, C=1000pF) tidak meneydiakan banyak arus, hanya sekitar mikro-ampere. Selain itu, resistor beban telah dihilangkan. Pembebanan mengurangi tegangan dari yang ditunjukkan. Jika rangkaian dicapai beberapa kHz pada tegangan rendah, Seperti pada contoh, kapasitor biasanya dari 0,1 sampai 10 mikro-Farad, jadi arus mili-ampere tersedia pada output. Jika pengganda dicapai dari 50/60 Hz, kapasitor dari beberapa ratus sampai ribuan mikro-farad akan menghasilkan ratusan mili-ampere arus output. Jika dikendalikan dari garis tegangan, perlu diperhatikan pada polaritas dan tingkat tegangan kapasitornya.

Akhirnya, setiap garis tegangan langsung yang didorong catu daya (bukan trafo) berbahaya bagi eksperimen dan peralatan uji / alat ukur. Komersial suplai yang didorong langsung bisa dikatan aman karena rangkaian yang berbahaya akan melindungi pengguna. Ketika bread-board rangkaian ini dengan kapasitor elektrolit pada beberapa tegangan, kapasitor akan terbakar jika polaritasnya terbalik. Seperti sebuah rangkaian seharusnya didukung dengan pelindung / pengaman.

Sebuah pengganda tegangan kaskade pengganda setengah-gelombang berubah-ubah panjangnya dan dikenal sebagai Pengganda Cockcroft-Walton yang ditunjukkan di gambar bawah. Pengganda digunakan ketika tegangan tingi pada arus rendah dibutuhkan. Keuntungan dari suplai konvensional adalah sebuah trafo tegangan hinggi yang mahal tidak dibutuhkan – kurang lebih tidak setinggi dari output.

Sepasang diode dan kapasitor ke simpul (node) 1 dan 2 bagian kiri pada gambar di atas merupakan sebuah pengganda setengah-gelombang. Memutar diode 45oC berlawanan arah jarum jam dan kapasitor bawah membuat 90o sperti pada gambar (a). Empat bagian kaskade ke hokum teoritis perkalian factor x8. Simpul 1 mempunyai bentuk gelombang, sebuah gelombang sinus digeser sampai 1 x (5V). Sejumlah simpul ganjil lainnya adalah gelombang sinus yang dijepit (clamped) ke tegangan yang lebih tinggi berturut-turut. Simpul 2, output pertama dari doubler dengan nilai 2 x Tegangan DC v(2) pada gambar di bawah. Berturut-berturut sejumlah simpul genap mengisi ke tegangan yang lebih tinggi secara berturut-turut: v(4), v(6), v(8).

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


Bentuk Gelombang Cockcroft-Walton (x8). Output v(8)

Tanpa memperhatikan jatuh tegangan diode, setiap doubler menghasilkan 2 Vin atau 10 V. Jika menggunakan pendekatan II diode, maka (10V-1,4V)=8,6 V adalah mendekati nilai aslinya. Untuk 4 pengganda (doubler), maka 4×8,6V= 34,4 V adalah tegangan keluarannya. Perhatikan kembali gambar di atas, v(2) benar; namun, v(8) memiliki nilai tegangan <30 V (Nilai rumus/Teoritis = 34,4 V). Pengganda Cockcroft-Walton adalah tiap penambahan tingkat doubler akan kurang dari tingkat sebelumnya. Maka, batas praktek ke sejumlah tingkat-tingkat yang ada. Itu memungkinkan mengatasi batasan ini dengan sedikit modifikasi pada rangkaian dasarnya. Juga perlu dicatat skala waktu 40 mdetik disbanding dengan 5 mdetik untuk rangkaian sebelumnya. Diperlukan 4 mdetik untuk tegangan naik ke nilai terminal rangkaian ini. NETLIST pada gambar di atas menyatakan “.tran 0.010m 50m” untuk memperpanjang waktu simulasi menjadi 50 mdetik; walaupun, hanya sampai 40msec yang diplot.
Pengganda Cockcroft-Walton menyediakan tegangan sumber tinggi yang lebih efisien untuk tabung photomultiplier yang membutuhkan tegangan sampai 2000V. Lebih jauh, tabung mempunyai sejumlah dynodes, terminal membutuhkan koneksi ke tegangan yang lebih rendah simpul “Nomor Genap” . pengganda rangkaian seri mengganti pembangkit panas resistif dari desain sebelumnya.

Garis operasi AC dengan pengganda Cockcroft-Walton menyediakan tegangan tinggi ke “pembangkit ion” untuk menetralisir pengisian elektro statis dan pembersih udara.

Diterjemahkan dengan : Google Translate + Sedikit Modifikasi

Referensi: http://www.allaboutcircuits.com/vol_3/chpt_3/8.html

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s