Kaskadowy mnożnik napięcia, jak sama nazwa wskazuje, jest to układ do mnożenia napięcia.
Do zasialania tego układu wymagany jest prąd przemienny.
Na wyjściu układu otrzymuje się prąd o odpowiednio pomnożonym napięciu.
Natężenie uzyskanego prądu zależy od pojemności zastosowanych kondensatorów.
Teoretycznie nie ma ograniczenia mnożnika, lecz wraz z jego wzrostem spada natężenie prądu oraz wzrasta czas ladowania (dostarczania ladunków).
Urządzenie jest banalnie proste do wykonania, a do jego konstrukcji potrzebna jest tylko odpowiednia ilość kondensatorów i diod prostowniczych.
Każda dioda i kondensator mnożą o 1.
Rysunek przedstawia przykładowy schemat układu, który mnoży napięcie 6 razy:
Jak to działa
Zasada działania jest dosyć prosta.
Kondensatory są ładowane po kolei napięciem nominalnym, a na wyjściu mamy sumę napięć ze wszystkich kondensatorów.
Diody zapobiegają przeciwnemu ładowaniu kondensatorów.
Zakladając, że zasilające napięcie przemienne równa się U, a mnożnik równa się n, to pomnożone napięcie będzie miało wartość 1,41*U*n.
Kondensatory ladują się do napięcia 2*1.41*U, więc muszą być przystosowane do napięcia 3*U.
Aby uzyskać względnie dużą moc prądu należy zastosować kondensatory o możliwie największej pojemności.
Wraz ze wzrostem długości drabiny mnożącej (wielkości mnożnika n) spada wydajność prądowa.
Kiedy i jak używać
Mnożenie niższych napięć (poniżej 220V) jest możliwe, ale nie ma za bardzo sensu.
Lepszą wydajność uzyska się stosując np. transformator.
Napięcia powyżej 10kV zwielokrotnia się generatorem Marxa.
Natomiast do napięć 500-5000V jest to układ niemal niezastąpiony.
Kondensatory można zrobić z folii polietylenowej, chociaż polecam kondensatory typu MMC (można połączyć szeregowo kilka kondensatorów komercyjnych).
Kondensatory komercyjne (MMC) najlepiej trzymają napięcie (mają najmniej strat) i dlatego są najlepszym rozwiązaniem do możnika.
Jak zrobić kondensator na wysokie napięcie dowiesz się odwiedzając stronę o produkcji kondensatorów na wysokie napięcie.
Jeśli chodzi o diody, to można używać albo diody wysokonapięciowe od telewizora, albo zwykłe diody prostownicze (np. 1N4007) 1A/1000V połączone szeregowo.
Jedną diodę na schemacie należy zastąpić 3*U/1000 takimi diodami (czyli np. 9 diod na każde 3kV prądu przemiennego, można zaryzykować mniej).
Przy użyciu zwykłych diód (1A/1000V) trzeba je zanurzyć w oleju. Generalnie polecam diody wysokonapięciowe, jedna kosztuje tyle co 10 zwykłych, więc koszt jest podobny, są za to bardziej niezawodne.
Do wyjścia wysokiego napięcia trzeba dodać opornik o oporze ok. 4 razy większym niż napięcie (ograniczenie prądu rozładowania do max. 250mA).
Opór ten powinien się składać z kilku oporników zanurzonych w oleju.
Zapobiegnie to zniszczeniu diód i kondensatorów. Jeżeli zajdzie potrzeba uzyskania w miarę jednostajnego wyładowania (a nie gwałtownego impulsowego), dany opór należy kilkakrotnie zwielokrotnić.
Zastosowania
Zastosowań kaskadowego mnożnika napięcia jest wiele.
Można go używać jako generator wysokiego napięcia stałego ładowania kondensatorów lub do zasilania np. generatora Van de Graaffa czy laserów.
Urządzenia tego można używać do uzyskania tanim kosztem dowolnego napięcia. Ja używam ten układ (3 x 5kV = 15kV) do zasilania lasera azotowego oraz generatora Marx'a
