Калькулятор умножителя напряжения оценивает, какое постоянное напряжение получится на выходе схемы из диодов и конденсаторов. Учитываются число каскадов, входное напряжение, падение на диодах и просадка от тока нагрузки, поэтому результат ближе к реальной схеме, чем идеальная формула.
Умножитель напряжения — это схема из диодов и конденсаторов, которая превращает переменное напряжение в постоянное более высокого уровня. Конденсаторы заряжаются поочерёдно и складывают свои напряжения, поэтому выход растёт примерно пропорционально числу каскадов.
Идеальная оценка предполагает, что каждый каскад добавляет к результату входное напряжение. В реальной схеме часть напряжения теряется на прямом падении диодов, а часть — на просадке под нагрузкой. Чем больше ток и меньше ёмкость, тем заметнее второй вид потерь.
Сначала находят теоретический уровень: коэффициент умножения умножают на амплитудное входное напряжение. Это верхняя граница, которую схема не превысит даже без нагрузки.
Каждый каскад теряет прямое падение диода, поэтому суммарная потеря пропорциональна числу каскадов. Просадка от нагрузки обратно пропорциональна произведению числа каскадов, частоты и ёмкости: повышая любую из этих величин, её можно уменьшить.
Отношение реального напряжения к теоретическому показывает КПД умножителя в процентах. Диоды и конденсаторы выбирают с запасом по обратному и рабочему напряжению.
Пример 1. Вход 220 В, 2 каскада, ёмкость 10 мкФ, ток 5 мА, частота 50 Гц, кремниевый диод: теоретически 440,0 В, просадка 5,00 В, реально 433,6 В, КПД 98,5%.
Пример 2. Вход 100 В, 4 каскада, ёмкость 22 мкФ, ток 10 мА, частота 50 Гц, диод Шоттки: теоретически 400,0 В, реально 396,5 В, КПД 99,1%.
Выход умножителя при входе 220 В и токе 5 мА
| Каскады | Теоретически | Реально | КПД |
|---|---|---|---|
| 2 | 440,0 В | 433,6 В | 98,5% |
| 4 | 880,0 В | 874,7 В | 99,4% |
| 6 | 1320,0 В | 1314,1 В | 99,6% |
Полуволновая схема Кокрофта-Уолтона добавляет напряжение за каждый каскад по одной полуволне, а полноволновая использует обе полуволны и даёт удвоенный прирост при том же числе звеньев.
Часть напряжения теряется на прямом падении диодов, а часть — на разряде конденсаторов под нагрузкой. Чем меньше ёмкость и частота, тем больше вторая потеря.
Обратное напряжение диодов и рабочее напряжение конденсаторов берут выше реального выходного напряжения, обычно с запасом 1,5–2 раза, чтобы избежать пробоя.
Чем выше частота, тем меньше успевают разряжаться конденсаторы, поэтому просадка падает, а выходное напряжение приближается к теоретическому.