Διπλασιαστής τάσης Villard



Εισαγωγή 

Ένας πολλαπλασιαστής τάσης είναι ένα ηλεκτρικό κύκλωμα που μετατρέπει την ηλεκτρική τάση AC από χαμηλότερη τάση σε υψηλότερη τάση συνεχούς ρεύματος  χρησιμοποιώντας συνήθως ένα δίκτυο πυκνωτών και διόδων. Οι πολλαπλασιαστές τάσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία λίγων βολτ για ηλεκτρονικές συσκευές, ή  εκατομμύρια βολτ για σκοπούς όπως πειράματα φυσικής υψηλής ενέργειας και δοκιμές ασφάλειας κεραυνών. Ο πιο κοινός τύπος πολλαπλασιαστή τάσης είναι ο πολλαπλασιαστής σειράς μισού κύματος, που ονομάζεται επίσης κύκλωμα Villard (αλλά στην πραγματικότητα εφευρέθηκε από τον Heinrich Greinacher). Η αρχική μορφή του κυκλώματος με μία βαθμίδα επινοήθηκε αρχικά από τον Γάλλο χημικό και φυσικό Paul Ulrich Villard. Προκαλούσε διπλασιασμό της εισερχόμενης τάσης και γι' αυτό ονομάστηκε Διπλασιαστής τάσης Villard (Εικ.1). Το μεγάλο μειονέκτημα αυτού του κυκλώματος είναι ότι ο κυματισμός κορυφής σε κορυφή είναι τεράστιος 2Vpk και δεν μπορεί να εξομαλυνθεί εκτός εάν το κύκλωμα μετατραπεί αποτελεσματικά σε μία από τις πιο εξελιγμένες μορφές.

Περιγραφή κυκλώματος 

Το κύκλωμα Villard αποτελείται μόνο από έναν πυκνωτή και μια δίοδο. Τα πλεονεκτήματά του είναι η μεγάλη του απλότητα και το χαμηλό επίπεδο αρμονικών του.  Ο πυκνωτής φορτίζεται κατά την αρνητική εναλλαγή (ημιπερίοδος) στο μέγιστο πλάτος της εναλλασσόμενης τάσης (Vpk). Η τάση εξόδου είναι ίση με την τάση εισόδου AC συν τη σταθερή τάση του πυκνωτή. Το κύκλωμα αλλάζει τη συνιστώσα DC του σήματος από μηδέν σε Vpk, το ελάχιστο της γίνεται μηδέν βολτ, παραβλέποντας την τάση κατωφλίου της διόδου, επομένως η μέγιστη τάση εξόδου γίνεται 2*Vpk. Η τάση εξόδου είναι πάντα θετική, αλλά ταλαντώνεται με το ρυθμό της τάσης εισόδου AC. Εάν η δίοδος αντιστραφεί, η τάση εξόδου γίνεται πάντα αρνητική. Αυτό είναι το κύκλωμα που χρησιμοποιείται γενικά, μαζί με το κύκλωμα ανεστραμμένης διόδου, για την παροχή αρνητικής τάσης στο magnetron ενός φούρνου μικροκυμάτων.

Αναλυτική περιγραφή λειτουργίας 

Για να αναλύσουμε τη λειτουργία θα πρέπει πρώτα να εξηγήσουμε τη συμπεριφορά της διόδου και του πυκνωτή. Ας υποθέσουμε ότι τη στιγμή που αρχίζει η λειτουργία η πολικότητα είναι αυτή που φαίνεται στο σχήμα. Τότε η δίοδος θα είναι αγώγιμη κι έτσι ο πυκνωτής θα φορτίζεται μέχρι μια τάση ίση με την τάση κορυφής του σήματος εισόδου Vp. Η φόρτιση αυτή είναι ταχύτατη, επειδή η αντίσταση ορθής φοράς rf της διόδου είναι πολύ μικρή (άρα θα έχουμε μικρή σταθερά χρόνου φόρτισης rf C1).

Παραπομπές

Ηλεκτρικά κυκλώματα