Калькулятор множителя Кокрофта-Уолтона — специализированный инструмент, используемый для вычисления выходного напряжения схемы умножителя напряжения Кокрофта-Уолтона. Эта схема преобразует низкое входное напряжение переменного тока в значительно более высокое выходное напряжение постоянного тока с помощью ряда конденсаторов и диодов, расположенных в несколько каскадов. Он широко используется в таких приложениях, как ускорители частиц, рентгеновские аппараты и высоковольтные мощностью принадлежности.
Этот калькулятор упрощает сложный процесс расчета выходного напряжения схемы, учитывая такие факторы, как количество каскадов, ток нагрузки, входная частота и значения компонентов.
Формула Калькулятора Множителя Кокрофта-Уолтона
Выходное напряжение умножителя Кокрофта-Уолтона можно рассчитать по следующей формуле:
Где:
- vout: Выходное напряжение
- Vin_peak: Пиковое входное напряжение источника переменного тока
- N: Количество ступеней в умножителе
- Загрузить: Ток нагрузки
- R: Эквивалентное последовательное сопротивление диодов и конденсаторов
- Q: Заряд передается в каждом цикле
- C: Емкость каждого конденсатора
- f: Входная частота переменного тока
объяснение
- 2 × Vin_пик × N: Представляет собой идеальное усиление напряжения при отсутствии потерь.
- Iнагрузка × (R × N × (N + 1) / 2): Счета для падение напряжения из-за тока нагрузки и внутреннего сопротивления.
- (Q / C × f × N): Учитывает пульсацию напряжения и падение напряжения, вызванные ограничениями по хранению заряда.
Эта формула обеспечивает точные прогнозы выходного напряжения, учитывая реальную неэффективность.
Справочная таблица для быстрого использования
Вот справочная таблица, демонстрирующая приблизительные выходные напряжения для стандартного умножителя Кокрофта-Уолтона с типичными параметрами. Это общие оценки, которые помогут пользователям, не требуя подробных расчетов.
| Входное напряжение переменного тока (V_peak) | Количество ступеней (N) | Емкость (мкФ) | Ток нагрузки (мА) | Выходное напряжение (V) |
|---|---|---|---|---|
| 100 | 5 | 1 | 10 | 920 |
| 120 | 6 | 0.5 | 15 | 1080 |
| 200 | 8 | 0.1 | 5 | 1600 |
| 300 | 10 | 0.05 | 2 | 2800 |
В этой таблице предполагается минимальное сопротивление и пульсация. Фактические результаты могут отличаться в зависимости от параметров схемы.
Пример калькулятора множителя Кокрофта-Уолтона
Рассчитаем выходное напряжение умножителя Кокрофта-Уолтона со следующими характеристиками:
- Vin_peak: 120 V
- N: 6 этапов
- Загрузить: 15 мА
- R: 5 Ом
- C: 0.5 мкФ
- f: 50 Гц
- Q: 0.015 C (рассчитывается как Iнагр / f)
Шаг 1: Идеальное напряжение
Идеальное усиление напряжения = 2 × Vin_peak × N = 2 × 120 × 6 = 1440 В
Шаг 2: Падение напряжения из-за нагрузки
Падение напряжения из-за нагрузки = Iнагр × (R × N × (N + 1) / 2) = 0.015 × (5 × 6 × (6 + 1) / 2) = 0.015 × 105 = 1.575 В
Шаг 3: Пульсирующее напряжение
Напряжение пульсации = Q / (C × f × N) = 0.015 / (0.5 × 10⁻⁶ × 50 × 6) = 0.015 / 0.00015 = 100 В
Шаг 4: Конечное выходное напряжение
Vout = Идеальное усиление напряжения − Падение напряжения − Напряжение пульсации = 1440 − 1.575 − 100 ≈ 1338.425 В
Выходное напряжение составляет приблизительно 1338.4 V.
Наиболее распространенные часто задаваемые вопросы
The main limitations include significant voltage drops due to load current, increased ripple voltage with more stages, and reduced затрат at higher output voltages. These factors should be considered during design and implementation.
Увеличение емкости или входной частоты может уменьшить пульсацию напряжения. Однако это может потребовать более качественных компонентов, что может увеличить затраты.
Практическое количество ступеней зависит от желаемого выходного напряжения, входной частоты и требований к нагрузке. Слишком большое количество ступеней может привести к чрезмерным потерям и нестабильной работе.