تعریف مدار ضرب کننده ولتاژ

تعریف مدار ضرب کننده ولتاژ:
ضرب کننده ولتاژ (Voltage Multiplier) یک نوع از مدارات دیودی یکسوساز محسوب می شود. این مدار قادر است ولتاژی را در خروجی تولید کند که چند برابر بزرگ تر از ولتاژ دریافتی در ورودی است.

در مدارات یکسوساز (Rectifier) دیدیم که ولتاژ خروجی DC که توسط یکسوساز کنترل می شود، دارای مقداری پایین تر از مقدار ولتاژ ورودی اصلی به یکسوساز است.

اما مدارات ضرب کننده ولتاژ نوعی از مدارت یکسوساز دیودی هستند که می توانند ولتاژی را در خروجی تولید کنند که چندین برابر بزرگ تر از مقدار ولتاژ اعمال شده به ورودی است.

اگرچه در مدارات الکترونیکی امری متداول است که از یک ترانسفورمر (Transformer) ولتاژ برای افزایش سطح ولتاژ استفاده شود، اما گاهی ممکن است دسترسی به یک ترانسفورمر افزاینده (Step-up Transformer) و یا یک ترانسفورمر ایزوله مخصوص برای کاربردهای ولتاژ بالا امکان پذیر نباشد.

بنابراین باید از روش دیگری به این منظور استفاده کرد. یک راه دیگر برای انجام این کار این است که از مدار ضرب کننده ولتاژ دیودی بهره ببریم.

این مدار سطح ولتاژ را بدون نیاز به ترانسفورمر بالا می برد. ضرب کننده ولتاژ از بسیاری جهات شبیه به مدار یکسوساز است؛ زیرا هر دو مدار قادر هستند ولتاژ AC ورودی را به ولتاژ DC خروجی تبدیل کنند. تبدیل ولتاژ C به DC در مدارهای الکتریکی و الکترونیکی متنوعی کاربرد دارد.

به عنوان مثالی از کاربردهای مدارت یکسوساز می توان به اجاق های مایکروویو، سیم پیچ های میدان الکتریکی قوی در لوله های کاتدی و تجهیزات تست الکترواستاتیک و ولتاژ بالا اشاره کرد. در تمام این مدارات لازم است که یک ولتاژ DC بسیار بزرگ را از یک منبع تغذیه AC نسبتا کوچک تولید کرد.

معمولا ولتاژ خروجی DC یک مدار یکسوساز توسط مقدار پیک یا بیشینه ولتاژ سینوسی ورودی محدود می شود.

اما از طریق استفاده از یک مدار یکسوساز دیودی به همراه خازن می توان به صورت موثری ولتاژ پیک ورودی را افزایش داد، به نحوی که یک ولتاژ DC برابر با مضربی فرد یا زوج از پیک ولتاژ ورودی در خروجی به دست آید. تصویری از یک مدار ضرب کننده ولتاژ تمام موج ساده در زیر نشان داده شده است.

مدار فوق یک ضرب کننده ولتاژ کاملا متقارن ساده را نشان می دهد که از دو مدار یکسوکننده نیم موج ساخته شده است.

از طریق اضافه کردن یک دیود و یک خازن به خروجی مدار یکسوساز نیم موج استاندارد، می توانیم مقدار ولتاژ خروجی را به یک اندازه مشخص افزایش دهیم.

این آرایش از ضرب کننده های ولتاژ را تحت عنوان ضرب کننده ولتاژ سری تمام موج (Full Wave Series Multiplier) نیز می شناسند؛ زیرا در هر نیم سیکل از شکل موج ولتاژ ورودی، یکی از دیودها در مود هدایت قرار می گیرد که این ویژگی مشابه با مدارات یکسوساز تمام موج است.

در مدار ضرب کننده ولتاژ تمام موج بالا، زمانی که سیگنال ولتاژ سینوسی ورودی مثبت باشد، خازنC1از  طریق دیود D 1 شارژ می شود و زمانی که ولتاژ سینوسی منفی باشد، خازنC2 از طریق دیودD2 شارژ خواهد شد.

در نهایت ولتاژی که از سر دو خازن سری با یکدیگر گرفته می شود، برابر با2Vinاست.

ولتاژی که توسط مدار ضرب کننده ولتاژ تولید می شود، از لحاظ تئوری می تواند بی نهایت باشد. اما به دلیل رگولاتور ولتاژ نسبتا ضعیف و نیز ظرفیت جریان پایین در این مدارت، معمولا فاکتور افزایش ولتاژ کمتر از مقدار ده خواهد بود.

اما اگر طراحی با استفاده از یک ترانسفورمر مناسب انجام شود، آن گاه مدار ضرب کننده ولتاژ، بسته به مقدار ولتاژ ورودی اصلی، قادر خواهد بود که ولتاژ خروجی در بازه چند صد تا چند هزار ولت را در خروجی ایجاد کند.

البته تمام این مقادیر ولتاژ خروجی، دارای مقادیر جریان کوچک در بازه میلی آمپر خواهند بود.