倍压器 - 电路、工作原理、类型及应用

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由二极管和电容器组成的电子电路，可以将交流电信号从较低的电压值转换为较高的直流电压值，称为倍压器。倍压器用于多种电子设备中，以产生从几伏到数百万伏的电压信号。

在本文中，我们将讨论倍压器的定义、电路、类型、工作原理和应用。

什么是倍压器？

倍压器是一种由电容器和二极管组成的电子电路，用于倍增或提高交流信号的电压水平。倍压器接收较低值的交流电压，将其转换为直流电压并提高其电压水平。因此，倍压器电路同时执行整流和电压倍增的功能。其中，整流操作由二极管执行，电压升高由电容器实现。

倍压器电路

一个简单倍压器的电路如图 1 所示。

很明显，倍压器只是二极管和电容器的组合。低压交流信号从电源（在本例中为变压器）输入到电路。这个交流电压由二极管转换为直流电压，并由电容器升高。这样，倍压器输出高值的直流电压。此输出直流电压可以是输入电压的几倍，因此负载电路必须具有高阻抗。

倍压器的工作原理

现在，让我们了解图 1 所示倍压器的工作原理。假设交流输入电压的最大值为 +V_m。那么，倍压器的工作原理如下：

• 步骤 1  − 输入电压负峰值 (-V_m) − 电容器 C₁ 通过二极管 D₁ 充电至 V_m 伏。

• 步骤 2 − 输入电压正峰值 (+V_m) − 在此步骤中，电容器 C₁ 的电压与输入源的电压相加。因此，通过二极管 D₂ 将电容器 C₂ 充电至 2V_m 伏。

• 步骤 3  − 第二个负峰值 (-V_m) − 电容器 C₁ 的电压已降至 0 伏，因此允许电容器 C₃ 通过二极管 D₃ 充电至 2V_m 伏的电压。

• 步骤 4 − 第二个正峰值 (+V_m) − 在此步骤中，电容器 C₂ 的电压增加到 2V_m 伏，如步骤 2 所示。这也将电容器 C₄ 充电至 2V_m 的电压。因此，总输出电压是电容器 C₂ 和 C₄ 下电压的总和，即 4V_m。

注意 − 在实际应用中，需要更多周期才能使 C4 达到完整的输出电压。

倍压器的类型

根据输入电压与输出电压之比，倍压器可分为以下三种类型：

• 倍压器
• 三倍压器
• 四倍压器

让我们逐一讨论这三种类型的倍压器。

倍压器

顾名思义，倍压器是一种将输入电压加倍的倍压器。倍压器的电路如图 2 所示。

它由两个电容器和两个二极管组成。因此，倍压器电路是一个两级倍压器。倍压器的一个典型示例可以在开关电源中找到，该电源包含一个 SPDT（单刀双掷）开关以选择 120 V 或 240 V 电源。

三倍压器

三倍压器顾名思义，它是一个三级倍压器。三倍压器是最流行的倍压器类型之一。三倍压器使用三个电容器和三个二极管，如图 3 所示连接，以产生大约等于输入交流电压最大值的三倍的输出直流电压。

在实际应用中，三倍压器电路的输出直流电压总是低于输入电压最大值的 3 倍，因为它们具有高阻抗，并且由于各个阶段的部分放电导致不同阶段的电压损失。

三倍压器的一些常见应用包括 CRT 彩色电视机、复印机、激光打印机、电击武器等。

四倍压器

四倍压器是一种倍压器电路，它输出的直流电压大约等于输入电压最大值的四倍。四倍压器只是两个倍压器电路的简单叠加，如图 4 所示。

倍压器的应用

倍压器用于产生从几伏到数百万伏的直流电压，用于电子电路以及高能物理实验等应用。倍压器的一些常见应用如下：

• 电视机、电脑显示器、示波器等使用的阴极射线管。
• 激光打印机和复印机
• X 射线机
• 光电倍增管
• 行波管
• 离子泵
• 灭蚊灯
• 倍压器也用于 Cockcroft-Walton 发电机等。
• 在汽车制造行业，高压倍压器用于喷漆机。

结论

倍压器是一种由二极管和电容器组成的电子电路，可以将交流电压从较低值转换为较高值的直流电压。

根据电压倍增的倍数，倍压器电路可分为三种主要类型，即倍压器（将峰值电压加倍）、三倍压器（将峰值电压增加三倍）和四倍压器（将电压提高到峰值的四倍）。

倍压器广泛应用于多种低电流和高电压应用中，例如 CRT 电视机、CRT 显示器、示波器、激光打印机、复印机等。