مضاعف الجهد - Voltage Doubler

ما هو مضاعف الجهد – Voltage doubler؟

مضاعف الجهد (Voltage doubler) كما يشير الاسم هو عبارة عن دائرة كهربائية تتكون الدائرة من جهد دخل متذبذب متردد ومكثفين وصمامين ثنائيين “دايود“، المدخل هو جهد التيار المتردد وسيكون الناتج جهد تيار مستمر مع ضعف قيمة الذروة لمدخل التيار المتردد، يمكن استبدال محولات الصعود الثقيلة والمكلفة في بعض التطبيقات بواسطة مضاعف الجهد هذا.

أنواع مضاعف الجهد:

هناك نوعين من مضاعف الجهد، وهما: مضاعف الجهد نصف الموجة (Half-wave voltage Doubler) ومضاعف الجهد الكامل الموجة (Full-wave voltage Doubler).

مضاعف الجهد نصف الموجة – Half Wave Voltage Doubler:

في دائرة مضاعف جهد التيار المستمر (DC) البسيطة. تتكون الدائرة من المكثفات والصمامات الثنائية “الدايودات” التي تعمل معًا لإنتاج جهد مزدوج. ويمكننا أن نمر بعمل مضاعف الجهد للتيار المستمر (DC) نصف الموجة أيضًا. في جميع أنحاء الدورة النصف الموجبة للموجة الجيبية للتيار المتردد (AC)، يتم إنشاء الدايود الأول (D1). في هذه الحالة يكون منحازًا للأمام وسيشحن المكثف المتصل به (C1) الذي يكون مساويًا للقيمة القصوى للجهد الثانوي للتيار المتردد للمحول المسمّى (VSMAX).

هذا المكثف غير قادر على التفريغ بسبب عدم توفر المسار. لذلك، سيبقى في حالة الشحن الكامل. بعد ذلك، في الدورة النصفية السالبة، يكون الدايود الثاني (D2) موصلاً أو متحيزًا للأمام، ويكون الدايود الأول (D1) غير موصل أو في حالة منحازة عكسياً. سوف يمنع الدايود المنحاز عكسياً (D1) تفريغ المكثف المتصل (C1) وسيقوم الدايود المنحاز للأمام (D2) بشحن المكثف المتصل به (C2).

هنا يمكننا تطبيق قانون كيرشوف الثاني للجهد (Kirchhoff’s voltage law)، على الحلقة الخارجية التي تبدأ من الجزء السفلي الثانوي للمحول “الطرف السفلي قطبيته سالبة والنهاية العليا في قطبية موجبة” في اتجاه عقارب الساعة:

هذا هو الجهد عبر المكثف والذي سيساوي (C2) ضعف قيمة الذروة للجهد الثانوي لمحول الإدخال (2VSMAX). خلال الدورة النصف الموجبة التالية لمدخل التيار المتردد، سيتم فتح الصمام الثنائي الثاني (D2) بسبب الحالة المنحازة عكسياً. لذلك، سيتم تفريغ المكثف الثاني (C2) من خلال الحمل والجهد الناتج ((Vout) <2VS MAX). خلاف ذلك، سيكون المكثفان في حالة الشحن كما ذكر أعلاه. إذا كان هناك حمل، فسيتم إعادة شحن (C2) مرة أخرى في الدورة التالية.

مضاعف الجهد الموجة الكاملة – Full Wave Voltage Doubler:

في مضاعف الجهد الموجة الكاملة، تكون المكونات مماثلة لمضاعف الجهد النصف الموجي. لكن يختلف في شكل الدائرة. في هذا النوع من المضاعف، مباشرة من خلال الدورة الموجبة لجهد الدخل المتردد، يكون الصمام الثنائي “الدايود” الأول (D1) في حالة التوصيل. هذه حالة تحيز للأمام وستشحن المكثف المتصل (C1) مساويًا للقيمة القصوى للجهد الثانوي للتيار المتردد للمحول (VSMAX).

في هذا الوقت، سيكون الصمام الثنائي “الدايود” (D2) في حالة تحيز عكسي أو غير موصل. خلال الدورة السالبة لجهد التيار المتردد، سيكون الصمام الثنائي “الدايود” (D2) في حالة تحيز للأمام ويتم شحن المكثف الثاني (C2). في حالة عدم التحميل، وتكون الفولتية الكاملة لاثنين من المكثفات:

يتم تسليمها كجهد مخرج، إذا كان هناك بعض الحمل المتصل عبر أطراف الخرج، فإنّ جهد الخرج ((Vout) <2VS MAX). يمكننا أن نلاحظ أنّ كلا مضاعف الجهد سيوفر (2VS MAX) كمخرجات، ليست هناك داعي لمحول مركزي. (2VS MAX) ستكون أعلى معدلات الجهد العكسي لدايودات الدائرة.

مزايا مضاعف الجهد:

• يمكن أن نستبدلها بدل المحولات غالية الثمن والثقيلة.

• يمكن أيضًا إنشاء جهد سالب عن طريق عكس قطبية الصمامات الثنائية والمكثفات المتصلة بها.

• يمكن أن نزيد قيمة عامل مضاعف الجهد عن طريق مضاعفات الجهد المماثلة (voltage multipliers).

تطبيقات مضاعف الجهد:

• مضخات الأيون (Ion pumps).

• تلفزيون (Television CRT).

• أنظمة الأشعة السينية (X-Ray systems).

• آلة النسخ (Copy machine).

• معدات الرادار (Radar equipments).

• أنابيب الموجة المتنقلة (Travelling wave tubes).