В радиолюбительской практике часто необходимо получить два и более напряжений для питания разных каскадов одного устройства. Простой пример тому - питание специализированных микросхем (напряжения 5...9 и 12...15 В). Для того, чтобы не "плодить" источники питания и использовать простые трансформаторы с одной вторичной обмоткой (при условии, что питаемое устройство не требует большого тока), можно пойти простым путем и получить несколько напряжений от одного источника. Такой подход позволит также сэкономить место в корпусе устройства и затраты на трансформатор, которые, как правило, пропорциональны его мощности и количеству обмоток.
Например, получить удвоенное напряжение от трансформаторного источника питания просто, если выпрямитель выполнен по однополупериодной схеме, или сетевой трансформатор имеет вторичную обмотку с отводом от середины. Такие случаи многократно описаны в литературе. А вот когда выпрямитель выполнен по мостовой схеме (что чаще всего встречается на практике), то получить удвоенное напряжение можно, применяя схему представленную на рис. 1.
Мостовой выпрямитель VD1...VD4 и сглаживающий конденсатор С1 образуют "классический" источник питания с выходным напряжением Un. Особенность схемы - дополнительный канал удвоения напряжения, собранный на элементах С2, VD5, VD6, C3.
Положительная полуволна напряжения со вторичной обмотки трансформатора Т1 через диод VD5 заряжает конденсатор С2. Во время отрицательной полуволны диод VD5 закрыт, а конденсатор С2 оказывается включенным последовательно с вторичной обмоткой Т1, и напряжения на конденсаторе и на обмотке Т1 складываются. От этого напряжения через диод VD6 заряжается конденсатор C3, так что на нем получается близкое к удвоенному напряжение.
При подключении нагрузки напряжение уменьшается (чем больше ток нагрузки, тем меньше напряжение). Ток нагрузки канала удвоения протекает через диод VD1, общий провод и конденсатор С2. В результате через диод VD1 течет суммарный ток (основного канала и дополнительного). Это надо учитывать при выборе диодов и трансформатора для будущего источника питания.
Предлагаемая схема источника с удвоением напряжения подходит как проверенный вариант для питания относительно простых устройств с небольшим током потребления (по основному каналу - до 1 А). Каналы в этой схеме зависят друг от друга, и при увеличении тока нагрузки в основном канале снижается напряжение в дополнительном даже при его минимальной нагрузке. Поэтому при больших токах лучше воспользоваться классической схемой с двумя обмотками понижающего трансформатора и отдельными выпрямителями.
Вторым вариантом повышения напряжения является использование электронных умножителей. Наглядный пример умножителя в бытовой технике - это умножитель высокого напряжения для питания кинескопа в телевизионных приемниках. По такому же принципу работают все умножители, на вход которых поступают импульсы напряжения.
Простым примером умножителя является схема, показанная на рис. 2.
На вход подаются импульсы любой формы с частотой повторения f=10...12 кГц и скважностью 0=2...3. Такие импульсы вырабатывает практически любой генератор, построенный по классической схеме на ТТЛ- или КМОП-микросхемах. Однако, учитывая низкую нагрузочную способность этих микросхем, на выходе генератора необходимо включить буферный усилитель (эмиттерный повторитель или несколько элементов микросхемы, включенных параллельно). Амплитуда входного сигнала UBX должна быть не менее 5 В. Поскольку такой умножитель заведомо рассчитан на небольшой выходной ток, диоды VD1...VD6 используются типов КД521, КД522, Д220, Д310 и аналогичные. Оксидные конденсаторы - типа К50-24 и аналогичные.
Выходной ток данного узла не превысит выходной ток генератора, поэтому такой умножитель напряжения служит для питания лишь отдельных микросхем или слаботочных каскадов устройства, требующих повышенного напряжения. Зависимость выходного напряжения (Un) от выходного тока - обратно пропорциональная (чем выше Un. тем меньше выходной ток). Максимальный выходной ток для выхода удвоения (2Un) в данной схеме составляет 40 мА при Un=6 В, для выхода 3Un при том же напряжении U„ - 48 мА, 4Un - 55 мА. Максимальный выходной ток составляет при Un=15 В для выхода 2Un - 10 мА, 3Un - 5 мА, 4Un - 2,5 мА.
Аналогичным образом на основе данной схемы получают умножитель отрицательного напряжения. Разница состоит в том, что все диоды включаются наоборот и изменяется полярность оксидных конденсаторов (рис. 3).
На практике установлено, что отрицательное напряжение умножителя относительно базового не превысит -3Un. Два других (более низких) выходных напряжения будут -2Un и -Un. Получить в таком случае напряжение -4Un без изменения схемы не удается.
Автор: А.Кашкаров, г.С.-Петербург