倍率器（ダブラー、トリプラー、クアドラプラーなど）
電圧マルチプライヤ は、理論的にはACピーク入力の整数倍（たとえば、ACピーク入力の2、3、または4倍）の出力を生成する特殊な整流回路です。したがって、ダブラーを使用して100 VpeakAC電源から200VDCを取得し、クアドラプラーから400VDCを取得することができます。実際の回路に負荷がかかると、これらの電圧が低下します。
最初に、いくつかのタイプの電圧マルチプライヤ（電圧ダブラ（半波および全波）、電圧トリプラ、および電圧4倍）について説明します。次に、電圧マルチプライヤの安全性に関する一般的なメモを作成し、最後にCockcroft-Waltonマルチプライヤを作成します。
電圧ダブラ
電圧ダブラアプリケーションは、240VACまたは120VAC電源のいずれかを使用できるDC電源です。電源は、スイッチで選択された全波ブリッジを使用して、240VACソースから約300VDCを生成します。スイッチの120Vの位置は、120VACから約300VDCを生成するダブラーとしてブリッジを再配線します。どちらの場合も、300VDCが生成されます。これは、たとえばパーソナルコンピュータに電力を供給するためのより低い電圧を生成するスイッチングレギュレータへの入力です。
半波電圧ダブラ
下の図（a）の半波電圧ダブラは2つの回路で構成されています。（b）のクランパーと前の図のピーク検出器（半波整流器）です。これは下の図（c）に変更された形式で示されています。ピーク検出器（半波整流器）にC2が追加されました。
半波電圧ダブラ（a）は、（b）クランパーと（c）半波整流器で構成されています。
半波電圧ダブラ動作回路解析
上記の図（b）を参照すると、C2はAC入力の負の半サイクルで5 V（ダイオードのドロップを考慮して4.3 V）に充電されます。右端は導電性D2によって接地されています。左端はAC入力の負のピークで充電されます。これがクランパーの操作です。
正の半サイクルの間、半波整流器は上の図（c）で機能します。ダイオードD2は逆バイアスされているため、回路から外れています。これで、C2は電圧源と直列になります。ジェネレーターとC2の極性に注意してください。したがって、整流器D1は、正弦波のピークで合計10 V、ジェネレータから5 V、C2から5Vを見ます。 D1は波形v（1）（下の図）を伝導し、C1を5 V DCに乗っている正弦波のピークまで充電します（v（2）の下の図）。波形v（2）はダブラーの出力であり、正弦波入力の数サイクル後に10 V（ダイオードドロップで8.6 V）で安定します。
* SPICE 03255.eps C1 2 0 1000p D1 12ダイオードC24 1 1000p D2 01ダイオードV14 0 SIN（0 5 1k）.modelダイオードd .tran 0.01m 5m .end
電圧ダブラ：v（4）入力。 v（1）クランパーステージ。 v（2）ダブラー出力である半波整流器ステージ。
全波電圧ダブラ
全波電圧ダブラ 直列に積み重ねられた半波整流器のペアで構成されています。 （下の図）対応するネットリストは下の図にあります。
全波電圧ダブラ動作解析
下部整流器は、入力の負の半サイクルでC1を充電します。上部整流器は正の半サイクルでC2を充電します。各コンデンサは5Vの電荷を帯びます（ダイオードのドロップを考慮すると4.3 V）。ノード5の出力は、C1 + C2または10V（ダイオードドロップで8.6 V）の直列合計です。
* SPICE 03273.eps * R1 3 0100k * R2 5 3100k D1 02ダイオードD225ダイオードC13 0 1000p C2 5 3 1000p V1 2 3 SIN（0 5 1k）.modelダイオードd .tran 0.01 m 5m .end
全波電圧ダブラは、交互の極性で動作する2つの半波整流器で構成されています。
以下の出力v（5）の図は、入力v（2）エクスカーションの1サイクル以内に完全な値に達することに注意してください。
全波電圧ダブラ：v（2）入力、v（3）中間点の電圧、v（5）出力の電圧
半波整流器からの全波ダブラーの導出
下の図は、反対の極性の半波整流器のペアからの全波ダブラーの導出を示しています（a）。ペアの負の整流器は、わかりやすくするために再描画されています（b）。両方は、同じ地面を共有する（c）で結合されます。 （d）では、負の整流器が再配線され、1つの電圧源を正の整流器と共有します。これにより、±5 V（ダイオードドロップで4.3 V）の電源が得られます。ただし、2つの出力間で10Vを測定できます。接地基準点は、接地に対して+ 10Vが利用できるように移動されます。
全波ダブラー：（a）ダブラーのペア、（b）再描画、（c）アースの共有、（d）同じ電圧源の共有。 （e）グラウンドポイントを移動します。
電圧トリプラー
電圧トリプラー （下の図）は、ダブラーと半波整流器（C3、D3）の組み合わせから構築されています。半波整流器はノード3で5V（4.3 V）を生成します。ダブラーはノード2と3の間にさらに10 V（8.4 V）を供給し、出力ノード2で合計15 V（12.9 V）になります。接地。ネットリストは下の図にあります。
単段整流器の上に積み重ねられたダブラーで構成される電圧トリプラー。
下の図のV（3）は、最初の負の半サイクルで5 V（4.3 V）に上昇することに注意してください。入力v（4）は、半波整流器からの5 Vにより、5 V（4.3 V）上にシフトされます。そして、クランパー（C2、D2）により、v（1）でさらに5V。 D1はC1（波形v（2））をv（1）のピーク値まで充電します。
* SPICE 03283.eps C3 3 0 1000p D3 04ダイオードC12 3 1000p D1 12ダイオードC24 1 1000p D2 31ダイオードV14 3 SIN（0 5 1k）.modelダイオードd .tran 0.01m 5m .end
電圧トリプラー：v（3）半波整流器、v（4）入力+ 5 V、v（1）クランパー、v（2）最終出力。
Voltage Quadrupler
電圧4倍器 下の図に示す2つのダブラーの積み重ねられた組み合わせです。各ダブラーは、20 V（17.2 V）のアースに対してノード2で合計10 V（8.6 V）を供給します
ネットリストは下の図にあります。
直列に積み重ねられた2つのダブラーで構成され、ノード2に出力される電圧クワドラプラー。
四重極の波形を下図に示します。 2つのDC出力が利用可能です：v（3）、ダブラー出力、およびv（2）クアドラプラー出力。クランパーの中間電圧のいくつかは、5 Vだけスイングする入力正弦波（図示せず）が、v（5）、v（4）、およびv（1）のより高いレベルで連続的にクランプされることを示しています。厳密には、v（4）はクランパー出力ではありません。これは、v（3）ダブラー出力と直列のAC電圧源にすぎません。それでも、v（1）はv（4）のクランプバージョンです
* SPICE 03441.eps * SPICE 03286.eps C22 4 5 1000p C11 3 0 1000p D11 05ダイオードD2253ダイオードC12 3 1000p D1 12ダイオードC24 1 1000p D2 31ダイオードV14 3 SIN（ 0 5 1k）.modelダイオードd .tran 0.01m 5m .end
Voltage quadrupler：v（3）およびv（2）で利用可能なDC電圧。中間波形：クランパー：v（5）、v（4）、v（1）。
倍率器とライン駆動電源に関する注意事項
この時点で、倍率器に関するいくつかの注意事項が整理されています。例で使用されている回路パラメーター（V =5 V 1 kHz、C =1000 pf）は、多くの電流、マイクロアンペアを提供しません。さらに、負荷抵抗は省略されています。負荷をかけると、示されている電圧よりも電圧が低下します。例のように、回路が低電圧でkHzソースによって駆動される場合、コンデンサは通常0.1〜1.0 µFであるため、出力でミリアンペアの電流を利用できます。マルチプライヤが50 / 60Hzで駆動される場合、コンデンサは数百から数千マイクロファラッドで、数百ミリアンペアの出力電流を供給します。線間電圧で駆動する場合は、コンデンサの極性と定格電圧に注意してください。
最後に、直接ライン駆動の電源（変圧器なし）は、実験者およびライン操作のテスト機器にとって危険です。危険な回路がユーザーを保護するためにエンクロージャー内にあるため、商用の直接駆動電源は安全です。これらの回路を任意の電圧の電解コンデンサでブレッドボードする場合、極性を逆にするとコンデンサが爆発します。このような回路は、安全シールドの背後で電源を入れる必要があります。
コッククロフト-ウォルトン乗数
任意の長さのカスケードされた半波ダブラーの倍率器は、コッククロフト-ウォルトンとして知られています。 下の図に示す乗数。この乗算器は、低電流で高電圧が必要な場合に使用されます。従来の電源に対する利点は、高価な高電圧変圧器が必要ないことです。少なくとも出力ほど高くはありません。
コッククロフト-ウォルトンx8倍率器; v（8）で出力します。
上の図のノード1と2の左側にあるダイオードとコンデンサのペアは、半波ダブラーを構成します。ダイオードを45 o 回転させます 反時計回りに、下部のコンデンサを90 o 前の図（a）のように見えます。ダブラーセクションの4つは、理論上のx8増倍率のために右側にカスケード接続されています。ノード1には、1x（5 V）だけシフトアップされた正弦波であるクランパー波形（図示せず）があります。他の奇数番号のノードは、連続的に高い電圧にクランプされた正弦波です。最初のダブラーの出力であるノード2は、下の図の2x DC電圧v（2）です。連続する偶数番号のノードは、連続して高い電圧に充電されます：v（4）、v（6）、v（8）
D1 78ダイオードC18 6 1000p D2 67ダイオードC25 7 1000p D3 56ダイオードC34 6 1000p D4 45ダイオードC43 5 1000p D5 34ダイオードC52 4 1000p D6 23ダイオードD71 2ダイオードC61 3 1000p C7 2 0 1000p C8 99 1 1000p D8 01ダイオードV199 0 SIN（0 5 1k）.modelダイオードd .tran 0.01m 50m .end
コッククロフト-ウォルトン（x8）波形。出力はv（8）です。
ダイオードドロップがない場合、2つのダイオードドロップ（10-1.4）=8.6 Vが現実的であることを考慮すると、各ダブラーは2Vinまたは10Vを生成します。合計4つのダブラーの場合、40 Vのうち4・8.6 =34.4Vが期待されます。
上記の図を参照すると、v（2）はほぼ正しいです。ただし、v（8）は予想される34.4 Vではなく<30Vです。コッククロフト-ウォルトン乗数の問題は、追加の各ステージが前のステージよりも追加が少ないことです。したがって、ステージ数には実際的な制限があります。基本回路を変更することで、この制限を克服することができます。 [ABR]以前の回路の5ミリ秒と比較して40ミリ秒のタイムスケールにも注意してください。電圧がこの回路の端子値まで上昇するのに40ミリ秒かかりました。上の図のネットリストには、シミュレーション時間を50ミリ秒に延長するための「.tran0.010m50m」コマンドがあります。ただし、プロットされるのは40ミリ秒だけです。
コッククロフト・ウォルトン乗算器は、最大2000 Vを必要とする光電子増倍管のより効率的な高電圧源として機能します。[ABR]さらに、管には多数のダイノードがあります。 、低電圧の「偶数番号」ノードへの接続が必要な端子。マルチプライヤタップの直列ストリングは、以前の設計の発熱抵抗分圧器に取って代わります。
ACラインで動作するコッククロフト-ウォルトン乗算器は、静電荷を中和するための「イオン発生器」と空気清浄機に高電圧を供給します。
倍率器レビュー：
- 倍率器は、ACピーク入力電圧のDC倍数（2、3、4など）を生成します。
- 最も基本的な乗数は半波ダブラーです。
- 全波ダブルはダブラーとして優れた回路です。
- トリプラーは、半波ダブラーであり、従来の整流器ステージ（ピーク検出器）です。
- クアドラプラーは、半波ダブラーのペアです
- 半波ダブラーの長いストリングは、コッククロフト-ウォルトン乗数として知られています。
関連するワークシート：
- 夏および減算器のオペアンプ回路ワークシート
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