НЕКОТОРЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УМНОЖИТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ
Петросян Карина.
11 кл, ГАОУ центр «ПОИСК», г. Ставрополь
Умножители напряжения – это электронные устройства, преобразующие переменное напряжение в постоянное с кратным увеличением выходного напряжения. Они очень просты по устройству и механизму действия, применяются в различных устройствах, требующих постоянного напряжения и не слишком больших токов. Имеется достаточно много электрических схем таких устройств, как правило, они используют на входе синусоидальное переменное напряжение. Состоят они из чередующихся полупроводниковых диодов и конденсаторов, количество которых определяет коэффициент умножения.
Цель нашей работы – исследование характеристик умножителей напряжения и их зависимость от напряжения, частоты и формы входного напряжения, а также от величины нагрузки.
Все измерения проводились на установке (рис.1) , состоящей из генератора ГЗ-118, мультиметров M890D, осциллографа С1-49. Исследован умножитель напряжения, собранный по схеме удвоителя Латура-Делоне-Генашера на светодиодах RL-5313UBC-1.5cd и электролитических конденсаторах К50-35 емкостью от 01.01.01 мкФ.
Рис.1. Электрическая схема установки для исследования умножителя напряжения
Рис.2. Внешний вид электрической схемы установки
для исследования умножителя напряжения
Измерения проведены в диапазоне частот от 10 Гц до 100кГц, входного напряжения от 0,5 до 6 В, с нагрузкой от 10 до 30 кОм.
Результаты измерений.
1. Исследование зависимости коэффициента умножения от величины и частоты входного напряжения в режиме холостого хода. Результаты измерений приведены в графическом виде (фиг. 1-4).
Фиг.1. График Uвых (Uвх) при частоте 50 Гц
Фиг.2. График Uвых (Uвх) при частоте 500 Гц
Фиг.3. График Uвых (Uвх) при частоте 25 кГц
Фиг.4. График Uвых (Uвх) при частоте 100 кГц
Графики представляют собой прямые, которые отсекают на оси выходного напряжения отрезки, величина которых около 1,5 В. Она соответствует контактной разности потенциалов полупроводниковых диодов. Угол наклона позволяет определить коэффициент умножения. График построен по показаниям мультиметра, которые с учётом гармонического синусоидального вида входного переменного тока следует привести к амплитудным значениям, умножить на 1,41. Для исследованного нами умножителя коэффициент умножения принимает значения от 2 до 2,7.
· не зависит от величины входного напряжения в интервале 0.6 – 6 В;
· зависит от частоты входного напряжения. В диапазоне 50 Гц – 100 кГц он увеличивается от 2,0 до 2,7
2. Зависимость коэффициента умножения от напряжения и частоты входного напряжения в динамическом режиме. К выходу умножителя подключается переменный проволочный резистор 33 кОм. Результаты измерений приведены на фиг. 5-8.
Фиг.5. График Uвых (Uвх), частота 50 Гц, R нагрузки 30 кОм
Фиг.6. График Uвых (Uвх) частота 10 кГц, R нагрузки 30 кОм
Фиг.7. График Uвых (Uвх) частота 100 кГц, R нагрузки 30 кОм
Графики представляют собой прямые линии, отсекающие примерно 1 В. Коэффициенты умножения несколько больше, чем при холостом ходе. Но также возрастает – от 2,3 при низких частотах до 3,4 при 100 кГц.
3. Исследование пульсаций выходного напряжения. Измерения произведены при помощи осциллографа, подключённого к выходу умножителя. Коэффициент пульсаций определялся как процентное отношение скачка выходного напряжения (фиксируется по осциллограмме) к его максимальному значению (измеряется мультиметром). Типичный вид осциллограммы показан на рис.3. Результаты измерений представлены на фиг. 9-10.
Рис.3. Вид осциллограммы пульсаций напряжения
на выходе умножителя. Частота 10 Гц, R нагрузки 30 кОм.
Фиг.8. Зависимость коэффициента пульсаций от величины выходного напряжения. Частота входного напряжения 50 Гц; R нагрузки 3 кОм.
Фиг.9. Зависимость коэффициента пульсаций от частоты входного
напряжения; R нагрузки 3 кОм.
Из графиков видно, что при неизменной частоте коэффициент пульсаций остается постоянным. С увеличением частоты подаваемого напряжения коэффициент пульсаций значительно снижается. Это связано особенностями поведения конденсаторов в переменном электрическом поле.
4. Зависимость внутреннего сопротивления умножителя от величины и частоты входного напряжения. Умножитель нагружен сопротивлением 30кОм, величина тока измеряется мультиметром. Результаты представлены на Фиг.10-11.
Фиг.10. Зависимость внутреннего сопротивления умножителя напряжения от величины входного напряжения. Частота входного напряжения 100 Гц; R нагрузки 30 кОм.
Фиг.11. Зависимость внутреннего сопротивления умножителя напряжения от частоты подаваемого входного напряжения. R нагрузки 30 кОм.
Результаты исследований состоят в следующем:
· Внутреннее сопротивление не зависти от входного напряжения при постоянной частоте.
· Внутреннее сопротивление с увеличением частоты убывает.
Заключение.
Результаты исследований умножителя в описанных выше условиях показывают, что для синусоидального входного напряжения коэффициент умножения не зависит от напряжения в диапазоне до 7В, он незначительно увеличивается с ростом частоты входного напряжения в интервале 10 Гц – 100 кГц. В нагруженном состоянии при прочих равных условиях он уменьшается примерно на 0,5. Внутреннее сопротивление умножителя не зависит от входного сопротивления, но заметно убывает с увеличением частоты
