倍壓器 - 電路、工作原理、型別及應用

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由二極體和電容器組成的電子電路，可以將交流電訊號從較低的電壓值轉換為較高的直流電壓值，稱為倍壓器。倍壓器用於多種電子裝置中，以產生從幾伏到數百萬伏的電壓訊號。

在本文中，我們將討論倍壓器的定義、電路、型別、工作原理和應用。

什麼是倍壓器？

倍壓器是一種由電容器和二極體組成的電子電路，用於倍增或提高交流訊號的電壓水平。倍壓器接收較低值的交流電壓，將其轉換為直流電壓並提高其電壓水平。因此，倍壓器電路同時執行整流和電壓倍增的功能。其中，整流操作由二極體執行，電壓升高由電容器實現。

倍壓器電路

一個簡單倍壓器的電路如圖 1 所示。

很明顯，倍壓器只是二極體和電容器的組合。低壓交流訊號從電源（在本例中為變壓器）輸入到電路。這個交流電壓由二極體轉換為直流電壓，並由電容器升高。這樣，倍壓器輸出高值的直流電壓。此輸出直流電壓可以是輸入電壓的幾倍，因此負載電路必須具有高阻抗。

倍壓器的工作原理

現在，讓我們瞭解圖 1 所示倍壓器的工作原理。假設交流輸入電壓的最大值為 +V_m。那麼，倍壓器的工作原理如下：

• 步驟 1  − 輸入電壓負峰值 (-V_m) − 電容器 C₁ 透過二極體 D₁ 充電至 V_m 伏。

• 步驟 2 − 輸入電壓正峰值 (+V_m) − 在此步驟中，電容器 C₁ 的電壓與輸入源的電壓相加。因此，透過二極體 D₂ 將電容器 C₂ 充電至 2V_m 伏。

• 步驟 3  − 第二個負峰值 (-V_m) − 電容器 C₁ 的電壓已降至 0 伏，因此允許電容器 C₃ 透過二極體 D₃ 充電至 2V_m 伏的電壓。

• 步驟 4 − 第二個正峰值 (+V_m) − 在此步驟中，電容器 C₂ 的電壓增加到 2V_m 伏，如步驟 2 所示。這也將電容器 C₄ 充電至 2V_m 的電壓。因此，總輸出電壓是電容器 C₂ 和 C₄ 下電壓的總和，即 4V_m。

注意 − 在實際應用中，需要更多週期才能使 C4 達到完整的輸出電壓。

倍壓器的型別

根據輸入電壓與輸出電壓之比，倍壓器可分為以下三種類型：

• 倍壓器
• 三倍壓器
• 四倍壓器

讓我們逐一討論這三種類型的倍壓器。

倍壓器

顧名思義，倍壓器是一種將輸入電壓加倍的倍壓器。倍壓器的電路如圖 2 所示。

它由兩個電容器和兩個二極體組成。因此，倍壓器電路是一個兩級倍壓器。倍壓器的一個典型示例可以在開關電源中找到，該電源包含一個 SPDT（單刀雙擲）開關以選擇 120 V 或 240 V 電源。

三倍壓器

三倍壓器顧名思義，它是一個三級倍壓器。三倍壓器是最流行的倍壓器型別之一。三倍壓器使用三個電容器和三個二極體，如圖 3 所示連線，以產生大約等於輸入交流電壓最大值的三倍的輸出直流電壓。

在實際應用中，三倍壓器電路的輸出直流電壓總是低於輸入電壓最大值的 3 倍，因為它們具有高阻抗，並且由於各個階段的部分放電導致不同階段的電壓損失。

三倍壓器的一些常見應用包括 CRT 彩色電視機、影印機、雷射印表機、電擊武器等。

四倍壓器

四倍壓器是一種倍壓器電路，它輸出的直流電壓大約等於輸入電壓最大值的四倍。四倍壓器只是兩個倍壓器電路的簡單疊加，如圖 4 所示。

倍壓器的應用

倍壓器用於產生從幾伏到數百萬伏的直流電壓，用於電子電路以及高能物理實驗等應用。倍壓器的一些常見應用如下：

• 電視機、電腦顯示器、示波器等使用的陰極射線管。
• 雷射印表機和影印機
• X 射線機
• 光電倍增管
• 行波管
• 離子泵
• 滅蚊燈
• 倍壓器也用於 Cockcroft-Walton 發電機等。
• 在汽車製造行業，高壓倍壓器用於噴漆機。

結論

倍壓器是一種由二極體和電容器組成的電子電路，可以將交流電壓從較低值轉換為較高值的直流電壓。

根據電壓倍增的倍數，倍壓器電路可分為三種主要型別，即倍壓器（將峰值電壓加倍）、三倍壓器（將峰值電壓增加三倍）和四倍壓器（將電壓提高到峰值的四倍）。

倍壓器廣泛應用於多種低電流和高電壓應用中，例如 CRT 電視機、CRT 顯示器、示波器、雷射印表機、影印機等。