電圧倍増器の解説：ダブラー、トリプラー、クアドラプラ、コッククロフト-ウォルトン設計

電圧倍増器は、ACピーク入力の整数倍（通常2×、3×、4×）のDC出力を生成する特殊整流器です。実際には、100 VピークACソースでダブラーなら約200 V DC、クアドラプラなら約400 V DCが得られますが、実負荷ではこれらの値は減少します。

電圧倍増器の種類

電圧ダブラー

多くの実験室用電源は、120 Vまたは240 V ACをダブラーで約300 V DCに昇圧し、スイッチングレギュレータで低電圧を生成します。ダブラーとして構成された全波ブリッジは、120 Vまたは240 Vいずれの商用電源からも同じDC電圧を供給可能です。

半波電圧ダブラー

半波ダブラーは、クランパーと半波整流器を組み合わせます。クランパーがコンデンサC2を入力の負ピーク（≒5 Vマイナスダイオード降下）まで充電、その後整流器が正半サイクルでC2が発電機電圧に加算されるよう働きます。結果、出力は約10 V（現実的なダイオード降下考慮で≒8.6 V）で安定します。

*SPICE 03255.eps C1 2 0 1000p D1 1 2 diode C2 4 1 1000p D2 0 1 diode V1 4 0 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran 0.01m 5m .end

図解：v(4)が入力、v(1)がクランパー段、v(2)が半波整流段、v(3)が最終出力。

全波電圧ダブラー

2つの半波整流器を直列にスタックすることで、全波ダブラーは負半サイクルで1つのコンデンサ、正半サイクルで另一个のコンデンサを充電。2つのコンデンサが合わせて倍電圧を提供し、リップル耐性が向上。

*SPICE 03273.eps *R1 3 0 100k *R2 5 3 100k D1 0 2 diode D2 2 5 diode C1 3 0 1000p C2 5 3 1000p V1 2 3 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran 0.01m 5m .end

結果：v(5)が単一入力サイクルでフル出力に到達。

半波整流器から全波ダブラーを導出

逆極性の2つの半波整流器を組み合わせ、グランドを再参照すると、±5 V電源（ダイオード降下考慮で≒±4.3 V）が得られ、2出力間で10 Vとなります。

電圧トリプラー

トリプラーは本質的に、半波整流器の上にダブラーをスタックしたもの。半波段が約5 V、ダブラーが約10 Vを加算し、グランド基準で約15 V（ダイオード降下考慮で≒12.9 V）を生成。

*SPICE 03283.eps C3 3 0 1000p D3 0 4 diode C1 2 3 1000p D1 1 2 diode C2 4 1 1000p D2 3 1 diode V1 4 3 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran 0.01m 5m .end

電圧クアドラプラ

2段のダブラーをスタックしてクアドラプラを構成。各ダブラーが約10 V（現実的≒8.6 V）寄与し、合計約20 V（≒17.2 V）。中間ダブラーと最終段の2つのDC出力が利用可能。

*SPICE 03441.eps *C22 4 5 1000p *C11 3 0 1000p D11 0 5 diode D22 5 3 diode C1 2 3 1000p D1 1 2 diode C2 4 1 1000p D2 3 1 diode V1 4 3 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran 0.01m 5m .end

波形は連続するクランピングレベル上昇を示す：v(5)、v(4)、v(1)。

安全性と実用上の考慮

• 典型的シミュレーションパラメータ（5 V、1 kHz、1 nF）ではマイクロアンペア級電流；ミリアンペア負荷電流には、kHz回路で0.1–1.0 µFコンデンサを使用。
• 50/60 Hz商用電源動作では、数百〜数千µFコンデンサで数百ミリアンペア供給可能。
• 電解コンデンサの極性と耐圧を厳守——逆極性接続で爆発の危険。
• トランスレス直結回路（変圧器なし）は危険；シールド筐体内に収め、安全ガードなしでブレッドボードしないこと。

コッククロフト-ウォルトン倍増器

コッククロフト-ウォルトンは半波ダブラーのカスケード接続。8段（x8）で、5 Vピーク入力からダイオード降下考慮で約30 Vを出力可能。段数増加ごとの増分電圧は減少しますが、高圧トランス不要のトポロジーです。

D1 7 8 diode C1 8 6 1000p D2 6 7 diode C2 5 7 1000p D3 5 6 diode C3 4 6 1000p D4 4 5 diode C4 3 5 1000p D5 3 4 diode C5 2 4 1000p D6 2 3 diode D7 1 2 diode C6 1 3 1000p C7 2 0 1000p C8 99 1 1000p D8 0 1 diode V1 99 0 SIN(0 5 1k) .model diode d .tran 0.01m 50m .end

実用応用には、光電子増倍管（最大2000 V）、空気浄化用イオン発生器など。タップの系列が抵抗分圧器に代わるため、発熱低減と効率向上を実現。

重要なポイント

• 電圧倍増器はACピーク電圧をより高いDCレベルにスケーリング。
• 最もシンプルなのは半波ダブラー；全波ダブラーはリップル性能改善。
• トリプラーはダブラー+ピーク検出器；クアドラプラは2段ダブラースタック。
• コッククロフト-ウォルトン倍増器が高価なトランスなしで拡張可能な高電圧を提供。

関連ワークシート

• サマータ/サブトラクタ オペアンプ回路ワークシート