Wie erstelle ich eine Spannungsverdreifacherschaltung?

Spannungsverdreifacher-Schaltplan und Funktionsweise

Was ist Spannungsverdreifacher?

Voltage Tripler Circuit ist eine Schaltung, die die Eingangsspannung verdreifacht, d. h. die Ausgangsspannung ist dreimal so hoch wie die Spitzeneingangsspannung. Wir können die Spannungsverdreifacherschaltung sehr einfach aufbauen, indem wir einige Dioden und Kondensatoren verwenden. Die Spannungsverdreifacherschaltung ist eigentlich eine Art Multiplikatorschaltung, die eine Ausgangsspannung liefert, die zwei-, drei- oder viermal so hoch ist wie die Spitzeneingangsspannung.

Die Spannungsvervielfacherschaltungen werden verwendet, wenn wir eine hohe Spannung und einen niedrigen Strom benötigen. Spannungsvervielfacher werden auch verwendet, um die Größe des Transformators zu reduzieren oder ihn manchmal zu entfernen. Sie können sehr nützlich sein, um eine niedrige Wechselspannung in eine hohe Gleichspannung umzuwandeln, und es wird ein niedriger Strom benötigt.

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Erforderliche Komponenten

• 3 Anzahl 1N4007-Dioden
• 3 Stück 22-μF-Kondensatoren
• 9-0-9 Abwärtstransformator
• Digitalmultimeter

Diode (1N4007)

Eine Diode ist ein unidirektionales Gerät, d. h. sie lässt Stromfluss nur in eine Richtung zu. Es wird in vielen elektronischen Anwendungen wie Gleichrichtern, Signalverarbeitung, Clipping/Klemmung von Signalen, Erkennung von Signalen, Mischen von Signalen und vielen elektronischen Systemen verwendet. Es hat zwei Anschlüsse Anode und Kathode. Der Strom sollte also von der Anode zur Kathode fließen.

Eigentlich funktioniert eine Diode nach dem Halbleiterprinzip. Es gibt also zwei Arten von Halbleitern, die auf freien Elektronen basieren:N-Typ und P-Typ.

Ein Halbleiter vom N-Typ hat viele freie Elektronen und sehr wenige positive Löcher. Daher werden die Elektronen als Majoritätsladungsträger und die Löcher als Minoritätsladungsträger bezeichnet. Der Halbleiter vom P-Typ hat eine höhere Konzentration an positiven Löchern und eine sehr geringere Konzentration an Elektronen. Also sind die Majoritätsträger Löcher und die Minoritätsträger Elektronen.

Wenn P-Typ- und N-Typ-Regionen in Kontakt kommen, diffundieren Majoritätsträger von einer Seite zur anderen. Da es weniger Löcher in der N-Typ-Region und weniger Elektronen in der P-Typ-Region gibt, bewegen sich aufgrund des Konzentrationsunterschieds Elektronen in Richtung der P-Typ-Region und Löcher in Richtung der N-Typ-Region. Wenn die Elektronen aus dem N-Typ-Bereich mit Löchern in den P-Typ-Bereich diffundieren und Löcher aus dem P-Typ-Bereich mit Elektronen in den N-Typ-Bereich diffundieren, dann entsteht eine Schicht aus positiven Ionen auf der N-Seite und eine Schicht aus negative Ionen auf der P-Seite erscheinen.

Diese beiden Schichten erscheinen entlang der Verbindungslinie von zwei Regionen/Halbleitern. Dieser Bereich mit zwei Ionenschichten ist als Verarmungsbereich oder Verarmungsschicht bekannt, da in diesem Bereich keine Ladung vorhanden ist, da alle rekombinieren.

Sobald die Sperrschicht gebildet ist, findet aufgrund des von dieser Sperrzone erzeugten elektrischen Feldes keine Diffusion von Ladungsträgern aus beiden Bereichen statt.

Wenn wir die P-Seite einer Diode mit einem Pluspol der Batterie und die N-Seite mit einem Minuspol verbinden, wird dies als Vorwärtsspannung bezeichnet. Wenn wir die Spannung von Null erhöhen, fließt zunächst kein Strom durch die Diode, weil die Spannung nicht ausreicht, damit die Ladungsträger die Potentialbarriere der Sperrschicht passieren können. Wenn die an die Diode angelegte Spannung größer ist als der einzige Strom, der in der Diode fließen kann.

Wenn wir die N-Seite einer Diode mit einem Minuspol der Batterie und die P-Seite mit einem Pluspol verbinden, wird dies als Sperrvorspannung bezeichnet. Wenn diese Vorspannung angelegt wird, ziehen die negativen Elektronen auf der P-Seite zum negativen Anschluss und Löcher auf der N-Seite zum positiven Anschluss. Dadurch wird die Verarmungsschicht breiter und die Diode sperrt somit den Strom. Deshalb ist die Diode ein unidirektionales Gerät.

Kondensator

Ein Kondensator ist ein Gerät, das verwendet wird, um Energie in Form von Ladung zu speichern. Sie sind in vielen elektronischen Anwendungen weit verbreitet. Ein Kondensator besteht aus zwei Metallplatten, zwischen denen ein Dielektrikum eingefüllt ist. Wenn wir also ein elektrisches Potential an diese beiden Platten anlegen, entsteht zwischen diesen Platten ein elektrisches Feld. Die positive Ladung wird auf der negativen Seite gesammelt und die negative Ladung wird auf der positiven Seite gesammelt.

Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis beide Platten ausreichend geladen sind und der Kondensator in diesem Zustand vollständig geladen ist. Beide Platten haben die gleiche Ladung mit unterschiedlichen Polaritäten. Zwischen diesen Platten baut sich also ein elektrisches Feld auf. So hält ein Kondensator die Ladung. Schauen wir uns nun an, warum sich zwischen den beiden Platten des Kondensators ein Dielektrikum befindet.

Das Dielektrikum hat die Moleküle, die polar sind, d. h. sie können sich aufgrund der auf die Platten aufgebrachten Ladung zu einer der Platten bewegen. Daher richten sich die Moleküle so aus, dass mehr Elektronen von der negativen Platte angezogen und mehr Elektronen von der positiven Platte abgestoßen werden können. Wenn wir nun die Batterie entfernen, nachdem wir den Kondensator vollständig aufgeladen haben, kann der Kondensator diese Ladung lange halten. Und so fungiert es als Energiespeicher. Wenn Sie eine Last an die beiden Anschlüsse des Kondensators anlegen, beginnt dieser sich zu entladen und der Strom beginnt, über die angeschlossene Last zu fließen.

Ein Kondensator kann an vielen Stellen verwendet werden. Eine der Anwendungen in diesem Projekt. Es kann auch als Bypass-Kondensator verwendet werden. Bypass-Kondensatoren werden mit ICs verwendet, um Rauschen in der Stromversorgung zu filtern und die durch das Schalten verursachten Welligkeiten und Schwankungen zu bewältigen. Wenn also die Stromversorgung zu diesem Zeitpunkt unterbrochen wird, fungiert der Kondensator als vorübergehende Stromversorgung. Sie können auch in Gleichrichtern verwendet werden. Obwohl der Gleichrichter aus Dioden besteht, ist die Rolle des Kondensators ebenfalls wichtig.

Der Ausgang des Gleichrichters ist eine kontinuierliche Wellenform, die, wenn sie vom Kondensator weitergegeben wird, aufgrund des Ladens und Entladens des Kondensators in ein glattes Gleichstromsignal umgewandelt wird. Eine weitere Anwendung des Kondensators ist die Signalfilterung. Sie werden verwendet, um die in der Signalverarbeitung weit verbreiteten Filter zu entwerfen. Sie werden also in Radios verwendet, um die Frequenz abzustimmen, um den perfekten Kanal auszuwählen, den man hören möchte. Die letzte, aber nicht die geringste Verwendung eines Kondensators ist die Energiespeicherung. Ihre Lebensdauer ist viel länger als bei normalen Batterien und sie können die Leistung viel schneller liefern, da ihre Lade- und Entladezeit wirklich kürzer ist.

Spannungsverdreifacher-Schaltplan

Die Schaltung ist wirklich sehr einfach. Sie können diese Schaltung entweder auf einem Steckbrett herstellen oder auf Perfboard löten. Sie müssen nur dem Schaltplan folgen und schon sind Sie fertig. Verbinden Sie zunächst den 9V-Anschluss des Trafos mit dem Pluspol des Kondensators. Verbinden Sie nun den negativen Anschluss dieses Kondensators mit dem positiven Anschluss der Diode und verbinden Sie dann den negativen Anschluss dieser Diode mit dem 0-V-Anschluss des Transformators. Verbinden Sie nun den Minuspol einer anderen Diode mit dem Pluspol dieser Diode und den Pluspol mit dem Minuspol des Minuspols eines anderen Kondensators und verbinden Sie dann den Pluspol dieses Kondensators mit dem 0-V-Anschluss des Transformators.

Jetzt müssen Sie den positiven Anschluss des dritten Kondensators mit dem negativen Anschluss der vorherigen Diode und den negativen Anschluss mit dem positiven Anschluss der dritten Diode verbinden und dann den negativen Anschluss dieser Diode mit verbinden 0V-Klemme des Trafos.

Wir verwenden einen 9-0-9-Transformator, um das Wechselstromnetz von 220 V herunterzuregeln. Nun, in der ersten positiven Halbwelle, wird die Diode D1 in Vorwärtsrichtung vorgespannt und der Kondensator C1 wird von D1 auf den Spitzenwert der Spannung (Vpeak) aufgeladen. Und in der negativen Halbwelle ist die Diode D2 in Durchlassrichtung vorgespannt und die Diode D1 in Sperrichtung vorgespannt. D1 lässt den Kondensator C1 nicht entladen. Der Kondensator C2 wird mit der kombinierten Spannung von C1 (Vpeak) und der negativen Spitzenspannung des Wechselstromnetzes aufgeladen, sodass er auf 2 Vpeak aufgeladen wird.

Während der zweiten positiven Halbwelle leiten die Dioden D1 und D3 und D2 wird in Sperrrichtung vorgespannt. Der Kondensator C3 lädt sich also auf die gleiche Spannung wie C2 auf, die 2 Vpeak beträgt. Wie wir nun sehen können, sind die Kondensatoren C1 und C3 in Reihe geschaltet, sodass die Gesamtspannung an diesen Kondensatoren Vpeak + 2Vpeak =3Vpeak beträgt. So erhalten wir den dreifachen Wert der angelegten Spannung als Ausgang. Analytisch kann die obige Berechnung richtig sein. Aber wir müssen auch den praktischen Aspekt berücksichtigen. Tatsächlich fällt auch ein Teil der Spannung über den Dioden ab, sodass die Ausgangsspannung nicht genau das Dreifache der Eingangsspannung beträgt. Es wird sein:

Vout =3 x Vpeak – Spannungen fallen über Dioden ab

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Funktionsweise der Spannungsverdreifacherschaltung

Die eingangsseitige Spannung wird vom Transformator gemessen und die ausgangsseitige Spannung wird von der dritten Diode gemessen. Stellen Sie zuerst den Knopf des Digitalmultimeters auf den 20-V-Bereich ein und messen Sie die Eingangsspannung und messen Sie dann die Spannung der Ausgangsseite, indem Sie den Bereich ändern. In diesem Projekt haben wir einen 9-V-Transformator verwendet, um den Eingang zu geben. Dieser Wert ist der RMS-Wert, also müssen wir ihn zur Bestimmung der Spitze-zu-Spitze-Spannung mit √2 multiplizieren, also Vpeak =9 x √2 =12,7 V

Also analytisch sollte unsere Ausgabe 12,7 x 3 =38,1 V betragen

Aber es stellt sich heraus, dass es ungefähr 37,3 V sind. Der Spannungsabfall über den Dioden beträgt also 38,1-37,3 =0,8 V