Калькулятор умножителя напряжения

Умножитель на диодах и конденсаторах получает высокое постоянное напряжение из переменного: для ионизаторов, электростатических установок, питания газоразрядных приборов. Калькулятор помогает выбрать число каскадов и ёмкость конденсаторов.

Какие данные нужны.

• Действующее входное напряжение, В.
• Число каскадов - каскад: два диода и два конденсатора. Один каскад - удвоитель.
• Ёмкость каждого конденсатора, мкФ.
• Частота входного напряжения, Гц.
• Ток нагрузки, мА.

Как читать результат. Амплитуда входного напряжения, выход без нагрузки 2 * Каскадов * Амплитуда, просадка и размах пульсаций под нагрузкой и среднее выходное напряжение под нагрузкой.

Как уменьшить просадку. Просадка растёт примерно как куб числа каскадов и обратно пропорциональна частоте и ёмкости. Увеличение ёмкости или частоты снижает её пропорционально; лишние каскады резко её увеличивают.

Ограничения. Диоды считаются идеальными, конденсаторы - одинаковыми; падение на диодах (около 2 * Каскадов * прямое падение на одном диоде) не вычитается.

Типичные ошибки.

• Вводят амплитуду вместо действующего значения - выход завышается в корень(2) раз.
• Ставят много каскадов при большом токе - под нагрузкой выход оказывается ниже, чем при меньшем числе каскадов.

Высокое напряжение опасно для жизни: конденсаторы умножителя сохраняют заряд после отключения.

Формулы умножителя Кокрофта-Уолтона (Куффель Э., Цаенгль В. С., Куффель Й., "Техника высоких напряжений: основы", англоязычное издание, гл. 2; статья "Генератор Кокрофта-Уолтона", en.wikipedia.org).

Амплитуда = корень(2) * Напряжение
Без нагрузки = 2 * Каскадов * Амплитуда
Отношение = Ток / (Частота * Ёмкость)
Просадка = Отношение * (2 * Каскадов^3 / 3 + Каскадов^2 / 2 - Каскадов / 6)
Пульсации = Отношение * Каскадов * (Каскадов + 1) / 2 размах
Под нагрузкой = Без нагрузки - Просадка

Напряжение - действующее входное, В; ток нагрузки - в амперах; ёмкость - в фарадах; частота - в герцах. Калькулятор сам переводит миллиамперы и микрофарады.

Точность. Амплитуда - 2 знака после запятой, остальные - 1.

Когда ответа нет. Ёмкость или частота 0 - деление на ноль.

Пример. 230 В, 3 каскада, 1 мкФ, 50 Гц, 1 мА.

Амплитуда = 1,4142 * 230 примерно 325,27 В, Без нагрузки = 6 * 325,27 примерно 1951,6 В
Отношение = 0,001 / (50 * 0,000001) = 20 В
2 * 27 / 3 + 9 / 2 - 3 / 6 = 18 + 4,5 - 0,5 = 22, Просадка = 440 В
Пульсации = 20 * 3 * 4 / 2 = 120 В, Под нагрузкой примерно 1511,6 В

Удвоитель (один каскад), 100 В, 100 мкФ, 50 Гц, 100 мА: отношение 20 В, просадка 20 В, пульсации 20 В, без нагрузки 282,8 В.