מכפילי מתח הם המעגלים שבהם אנו מקבלים מתח DC גבוה מאוד מאספקת מתח AC נמוכה, מעגל מכפיל מתח מייצר מתח בכפול מתח קלט שיא של AC, כמו אם מתח השיא של מתח AC הוא 5 וולט, נקבל 15 וולט DC ביציאה, במקרה של מעגל משולש מתח. המולטימטר קורא רק את ערך ה- RMS (מתח הממוצע הבסיסי) של מתח ה- AC, עלינו להכפיל את ערך ה- RMS ל -1.414 (השורש 2), כדי לקבל את ערך השיא.
בדרך כלל שנאים נמצאים שם בכדי להגביר את המתח, אך לפעמים השנאים אינם רלוונטיים בגלל גודלם ועלותם. ניתן לבנות מעגלי מכפיל מתח באמצעות מעט דיודות וקבלים, ולכן הם בעלות נמוכה ויעילים מאוד בהשוואה לשנאים. מעגלי מכפיל מתח דומים למדי למעגלי מיישר המשמשים להמרת AC ל DC, אך מעגלי מכפיל מתח לא רק ממירים AC ל- DC אלא יכולים גם ליצור מתח DC גבוה מאוד.
מעגלים אלה שימושיים מאוד כאשר צריך לייצר מתח DC גבוה עם מתח AC נמוך ונדרש זרם נמוך, כמו בתנורי מיקרוגל, צגי CRT (צינורות קתודה) בטלוויזיה ובמחשבים. צג CRT דורש מתח DC גבוה עם זרם נמוך.
מכפיל מתח מלא גל
כפי שהשם מציין, מתח הכניסה מוכפל דרך מעגל זה. הפעולה היא כפול מתח גל מלא הוא פשוט מאוד:
במהלך חצי המחזור החיובי של גל סינוסואידי של AC, דיודה D1 מוטה קדימה ו- D2 מוטה הפוכה, כך שהקבל C1 נטען דרך ה- D1, עד לשיא גל הסינוס (Vpeak). ובמהלך מחצית המחזור השלילית של גל סינוס, D2 מוטה קדימה ו- D1 מכובד, כך שהקבל C2 מקבל טעינה דרך ה- D2, אל Vpeak.
כעת שני הקבלים טעונים Vpeak כך שנקבל את ה- 2 Vpeak (Vpeak + Vpeak), על פני C1 ו- C2, ללא עומס מחובר. זה נקרא על שם מיישר הגל המלא.
מעגל מכפיל מתח חצי גל
בעבר יצרנו גם מעגל מתח כפול, עם טיימר 555 במצב Astable ומקור DC. הפעם אנו משתמשים בשלט 220 וולט ובשנאי 9-0-9 בכדי להוריד את זרם החשמל 220 וולט, כדי שנוכל להדגים את מכפיל המתח על לוח המחוונים.
במהלך המחזור החיובי הראשון של גל סינוסואידי (AC), דיודה D1 מוטה קדימה והקבל C1 טעון דרך ה- D1. קבלים C1 טעונים עד מתח השיא של AC כלומר Vpeak.
במהלך מחצית המחזור השלילית של גל הסינוס, דיודה D2 מוליכה ומוטה D1 לאחור. D1 חוסם את פריקת הקבל C1. כעת הקבל C2 נטען עם המתח המשולב של הקבל C1 (Vpeak) והשיא השלילי של מתח ה- AC שהוא גם Vpeak. אז הקבל C2 נטען עד 2 וולט לשיא. מכאן שהמתח על פני הקבל C2 הוא פי שניים מה- Vp של ה- AC.
במחזור החיובי הבא, הקבל C2 נשחרר לעומס, אם העומס מחובר, ונטען במחזור הבא. אז אנו יכולים לראות שהוא נטען במחזור אחד ופריקה במחזור הבא, כך שתדר האדווה שווה לתדר אות הכניסה כלומר 50 הרץ (AC AC).
מעגל משולש מתח
כדי לבנות את מעגל טריפלר המתח, עלינו רק להוסיף דיודה וקבל אחד נוסף למעגל כפול המתח של חצי הגל הנ"ל על פי דיאגרמת המעגל שלמטה.
כפי שראינו במעגל מכפילי המתח, בקבל חצי מחזור חיובי הראשון C1 טעון Vpeak וקבל C2 טעון ל- 2Vpeak במחצית השלילית.
כעת במהלך מחצית המחזור החיובית השנייה, דיודות D1 ו- D3 מתנהלות ו- D2 מוטה הפוכה. באופן זה הקבל C2 מטעין את הקבל C3 עד אותו המתח עצמו, שהוא 2 וופ.
כעת הקבל C1 ו- C3 נמצאים בסדרה והמתח על פני C1 הוא Vpeak והמתח על פני C3 הוא 2 Vpeak, אז המתח על פני חיבור הסדרה של C1 ו- C3 הוא Vpeak + 2Vpeak = 3 Vpeak, ואנחנו מקבלים משולש את מתח הקלט וולט שיא.
מעגל מרובע מתח
כפי שבנינו מעגל מתח טריפלר ידי הוספת דיודה אחד וקבל חצי גל מעגל מכפיל מתח, שוב אנחנו רק צריכים להוסיף עוד אחד דיודה ו הקבל במעגל מתח טריפלר, כדי לבנות את מעגל לארבעה מתח (4 פעמים מתח הכניסה).
ראינו במעגל טריפלר מתח, כי הקבל C1 טעון ל- Vpeak במחצית החיובית החיובית הראשונה, C2 טעון ל- 2Vpeak בחצי המחזור השלילי ו- C3 טעון גם ל- 2Vpeak במחצית החיובית השנייה.
עכשיו במהלך מחצית המחצית השלילית השנייה דיודות D2 ו- D4 מוליכות, והקבל C4 טעון ל- 2Vpeak, על ידי הקבל C3 שנמצא גם הוא ב- 2 Vpeak. ואנחנו מקבלים ארבע פעמים Vpeak (4Vpeak), על פני הקבל C2 ו- C4, שכן שני הקבלים הם ב -2 Vpeak.
בשנת מעגלי מכפיל המתח, כמעט המתח הוא לא בדיוק מרובה של מתח השיא, וכתוצאה מכך מתח היא פחות מסכום המכפלות בגלל כמה נפילת מתח על פני דיודות, ולכן המתח וכתוצאה מכך יהיה:
Vout = מכפיל * Vpeak - מתחים צונחים על פני דיודות
החיסרון מסוג זה של מעגלי מכפיל הוא תדירות אדווה גבוהה וקשה מאוד להחליק את הפלט, אם כי שימוש בערך הגדול של הקבלים יכול לעזור להפחית את האדוות. והיתרון של המעגל הוא שאנחנו יכולים לייצר מתח גבוה מאוד ממקור מתח נמוך.
אנו יכולים לייצר מתח גבוה בהרבה ויכולים להשיג פי 5, 6 פעמים, 7 פעמים ויותר, את מתח המתח AC Peak, על ידי הוספת דיודות וקבלים נוספים. אנו יכולים גם ליצור את המתח השלילי הגבוה על ידי היפוך קוטביות של דיודות וקבלים במעגל זה. תיאורטית אנו יכולים להכפיל את המתח אינסוף אך באופן מעשי זה לא אפשרי בגלל קיבול של קבלים, זרם נמוך, אדווה גבוהה וגורמים רבים אחרים.
וִידֵאוֹ:
הערות:
- מתח לא ישתפר באופן מיידי אך הוא יגדל לאט ולאחר זמן מה הוא יכוון לשלושת מתח הכניסה.
- דירוג המתח של הקבלים צריך להיות לפחות כפול מתח הכניסה.
- מתח היציאה הוא לא בדיוק מתח הכניסה המרובה, הוא יהיה פחות ממתח הכניסה.