Powielacz napięcia

Powielacz napięcia – obwód elektryczny transformujący prąd przemienny na prąd stały o wyższym, względem wejściowego, napięciu. Powielacz napięcia składa się z układu odpowiednio połączonych kondensatorów oraz diod prostowniczych^[1].

Schemat powielacza napięcia

Budowa i działanie (kaskada Villarda)

Najczęściej spotykane powielacze mają budowę kaskady Villarda^[2], której schemat przedstawiony został na zamieszczonym obok rysunku^[3]. Przy założeniu, że U_s jest napięciem szczytowym źródła, to znaczy napięcie źródła zmienia się od +U_s do −U_s, pracę powielacza podzielić można na następujące etapy:

1. źródło przyjmuje napięcie −U_s, kondensator C₁ ładuje się poprzez diodę D₁ do napięcia U_s,
2. źródło przyjmuje napięcie +U_s, napięcie źródła sumuje się z napięciem kondensatora C₁ do wielkości 2U_s, kondensator C₂ ładuje się poprzez diodę D₂ do napięcia 2U_s
3. źródło przyjmuje napięcie −U_s, napięcie na kondensatorze C₁ spada do U_s (na jednej z okładek potencjał spada do 0V), kondensator C₃ ładuje się poprzez diodę D₃ do napięcia 2U_s
4. źródło przyjmuje napięcie +U_s, napięcie na kondensatorze C₁ wzrasta do 2U_s, napięcie na kondensatorze C₃ sumuje się z napięciem na C₁ do wielkości 4U_s, ładując w ten sposób kondensator C₄.

Dołączając kolejne segmenty analogiczne do układu C₁-D₁-C₂-D₂ można teoretycznie uzyskać napięcie wyjściowe będące dowolną wielokrotnością napięcia wejściowego, jednak w praktyce spotyka się układy powielające od dwóch do dwudziestu razy.

Zastosowania

Układ powielacza napięcia (1MV) akceleratora Cockcrofta-Waltona z 1937 r.

• W technice telewizyjnej do wytworzenia napięcia anodowego kineskopu. W konstrukcjach telewizorów po roku 1990 coraz częściej jest integrowany z transformatorem i nazywany trafopowielaczem.
• W niektórych urządzeniach technologicznych, np. w elektrostatycznych urządzeniach malarskich do malowania farbami ciekłymi, jak i proszkowymi.
• W akceleratorach cząstek.
• Do wytwarzania wysokich napięć, potrzebnych do wytwarzania wyładowań elektrycznych służących do testowania instalacji odgromowych.
• W niektórych zegarkach elektronicznych – podwajacz napięcia.
• Powielacz w zasilaczu lampy błyskowej.