Usměrňovače IV - výpočet násobiče
Schéma zapojení:
Př. Potřebujeme zdroj napětí 2,2kV/0,01A
Nejdříve zjistíme jaké napětí U1 má mít transformátor.
U1 = 0,85 . U3 /k
k….počet násobících stupňů..(podle tohoto obrázku je k =3)
U1 = 0,85 . 2200 = 1870/3 = 623V
Volíme transformátor se sek. napětím 600 až 630V (může to být např. starý síťový transformátor z elektron. rádia, který měl sek. vinutí 2x 300V/60mA)
Výpočet kapacity kondenzátorů
C = I/ fU3 . 2k(k+2). 106
I…usměrněný proud..v A
U3….výstupní napětí…veV
C kapacita kondenzátoru v uF
f…kmitočet sítě (nebo kmitočet vstupního napětí)
k…počet násobících stupňů
po dosazení..
C = 0,01/50.2200 = 0,00000009 . 11 . 106 = 0,000001 . 106 = 1uF
Dále je nutné vypočíst provozní napětí kondenzátorů C2, C3
Ucap = 2U3/k = 2.2200 /3 = 1466V
Kondenzátory C2, C3 je potřeba vybrat na napětí větší než 1500V
Napětí na kondenzátoru C1 je ale jiné
Ucap1 = U3/k = 733V
Kondenzátor C1 vyhoví pro napětí větší než 750V
Kondenzátory mohou být svitkové, nebo i elektrolytické.
Aby vysoké napětí vydržely diody, musí být dimenzovány pro závěrné napětí Urm (starší název pro závěrné napětí je napětí zpětné, nebo napětí reversní)
Urm = 2,8U1
Urm = 2,8 . 623 = 1744,4V
Diody musíme vybrat pro závěrné napětí 1750V nebo vyšší
Vyhoví např. dvě diody za sebou typu BY133.
Násobiče napětí jsou jednoduchou náhradou vysokonapěťových zdrojů, jejich funkce je při správně dimenzovaných součástkách bezvadná, ale s počtem násobících stupňů rychle klesá účinnost! Proto se např. nenásobí napětí v řádech desítek voltů do napětí na úrovni kilovoltů. Teoreticky to samozřejmě možné je, protože počet stupňů není omezen.
Obecně..
lze o
usměrňovačích říct, že se k jejich konstrukci hodí lépe diody
křemíkové, neboť mají účinnost lepší, než diody germaniové a jejich
teplota může být až 100-140oC. Diody germaniové mají větší účinnost než křemíkové jen do napětí 10V a jejich provozní teplota nesmí překročit 80oC. Germaniové diody mají menší úbytek napětí, asi 0,2-0,4V, křemíkové mnohem větší 0,6-1V.
Jak vyplývá z této charakteristiky, vede germaniová dioda proud od 0,2VUf, pokud je hrotová, vhodná pro detekci, pak vede proud od napětí 0,1V, nebo i o něco menší! Naproti tomu dioda křemíková vede proud až od 0,6 - 0,8V. A obecně platí, že každé zvýšení teploty o 1oC má za následek snížení napětí Uf o 1,5-2,5mV.
Hrotové diody se dnes používají jen k usměrňování vysokofrekvenčních proudů, protože jsou citlivé a mají menší kapacitu přechodu PN. Právě kvůli velké ploše a tím i velké kapacitě přechodu PN se naopak nehodí k usměrňování VF proudů diody výkonové, které jsou určené k usměrňování velkých proudů nízkých kmitočtů.
PN přechod
diod se při provozu zahřívá, a to tím více, čím má dioda větší Uf a čím
více je zatížena proudem If. Výkonový usměrňovač se tedy za provozu
zahřívá a teplo je potřebné nějak odvést. Pokud tepla není mnoho, pak
se stačí vyzářit do okolí a dioda zůstane za provozu chladná. Pokud je
tepla mnoho, pak musíme diodu chladit. Pokud
je dioda v kovovém pouzdru, nebo v pouzdru výkonového tranzistoru, či
můstek přímo určený pro montáž na chladič, pak nebývá problém ji
připevnit na hliníkový chladič, který teplo spolehlivě odvede. Diody v
plastových pouzdrech nelze připevnit na chladič,
ale i ty je někdy nutno chladit! Provádí se to tak, že se ponechají
diodě ještě před osazením poněkud delší vývody. Diody v těchto
pouzdrech jsou totiž chlazeny skrze jejich přívody. Pájecí plošky na
DPS pak je vhodné volit co největší, aby odvod tepla
pokračoval i zde, na desku DPS, kde se teplo lépe rozptýlí, nebo kde
lze případně připájet i malé chladící křidélko. Chlazení je také možno
pomoci malým ventilátorem, což ovšem platí pro jakékoliv chlazení
obecně. Pokud
se zamyslíte nad tím, která ze součástek bude hřejícím diodám nejblíže,
napadne vás další důležitá součást usměrňovače - filtrační kondenzátor!
Ten je právě na větší teplo choulostivý a je proto nutné jej umístit
poněkud stranou od diod, tak aby se jejich teplo nevysálalo přímo na
něj, nebo dokonce aby se diody dotýkaly kondenzátoru!! Při
návrhu zdroje je nutné pamatovat na to, že na diodách vznikají úbytky
napětí a napětí transformátoru proto musí být o něco vyšší, než napětí
požadované na výstupu. Napětí sekundáru se proto volí o 1,1 větší.
Zdroj: neznámý. Schéma, popis: Volta190 (c)
Are you 18? Come in and don't be shy!
(loveawake.ru, 20. 2. 2022 6:21)