Умножитель напряжения

Умножи́тель напряже́ния (или каска́дный генера́тор^[1]) — устройство для преобразования низкого переменного (пульсирующего) напряжения в высоковольтное постоянное напряжение. В отдельных каскадах переменное напряжение выпрямляется, а выпрямленные напряжения включаются последовательно и суммируются. Связь каскадов с источниками питания осуществляется через ёмкости или посредством взаимной индукции. Питание каскадов может быть как последовательным, так и параллельным.

Умножитель напряжения преобразует переменное, пульсирующее напряжение в высокое постоянное напряжение. Умножитель строится из лестницы конденсаторов и диодов. В отличие от трансформатора такой метод не требует тяжёлого сердечника и усиленной изоляции, так как напряжения на всех ступенях равны.

Используя только конденсаторы и диоды, генераторы такого типа могут преобразовывать относительно низкое напряжение в очень высокое, при этом оказываясь много легче и дешевле по сравнению с трансформаторами. Ещё одним преимуществом является возможность снять напряжение с любой ступени схемы, так же как в многоотводном трансформаторе.

В отсутствие нагрузки, на выходе n секционного несимметричного умножителя создаётся напряжение: Uвых = 2·Uвх · n
где

• n — число каскадов
• Uвх — амплитуда входящего переменного напряжения,
• Uвых — выходящее постоянное напряжение.

При подключении нагрузки, конденсаторы будут периодически разряжаться и заряжаться. В результате, напряжение на выходе схемы окажется несколько ниже, чем 2·n·Uвх и не будет оставаться постоянным.

В общем случае соблюдается соотношение:

U_Bых = ${\displaystyle 2n\ U_{BX}-{\frac {I_{H}}{\omega C}}\cdot ({\frac {2}{3}}n^{3}+{\frac {1}{4}}n^{2}-{\frac {1}{6}}n)}$

где

${\displaystyle \omega }$ — частота входного напряжения,

${\displaystyle I_{H}}$ — ток через нагрузку,

${\displaystyle C}$ — емкость конденсатора.

При малых значениях ${\displaystyle n}$ выходное напряжение растет почти пропорционально числу каскадов. При увеличении ${\displaystyle n}$ этот рост замедляется и затем вообще прекращается. Делать умножители с числом каскадов большим, чем то, при котором достигается максимум умножения, не имеет смысла.

Несмотря на свои теоретические недостатки и ограничения, умножитель напряжения стал такой же классикой в электронной схемотехнике для получения высокого постоянного напряжения как и двухполупериодный выпрямитель (

Принципиальная схема умножителя данного типа была разработана в 1919 году швейцарским физиком Генрихом Грайнахером^[1].

В

• Генератор Кокрофта — Уолтона
• Генератор Маркса
• Генератор Ван де Граафа
• Генератор Фитча — Хауэлла
• Катушка Румкорфа