Napięcie może być podwojone (a więc pomnożone przez dowolną potęgę dwójki przy użyciu urządzeń kaskadowych) za pomocą czysto elektronicznych środków bez uciekania się do transformatora. Stosunek napięcia do prądu ma zastosowanie, więc podwojenie nie jest kwestią uzyskania darmowej energii elektrycznej, która wcześniej nie istniała. Podwajanie napięcia i tym samym zmniejszanie prądu dostępnego na wyjściu nie jest czasem korzystne, ale często nie stanowi to problemu.
Istnieje wiele odmian obwodów podwajających, ale wszystkie podwajacze i mnożniki napięcia mają podobne zasady działania.
Podwajacz napięcia z przełączanym kondensatorem działa z wejścia prądu stałego. Dwa kondensatory ładują się równolegle do napięcia wejściowego. Następnie przy jednoczesnym przełączeniu dwóch przełączników zostają one odizolowane od wejścia, podłączone do wyjścia i ustawione szeregowo tak, że przy rozładowywaniu na wyjściu pojawia się dwukrotność napięcia wejściowego. Oczywiście, bez demona do szybkiego przełączania przełączników, przełączniki obsługiwane ręcznie nie są praktyczne. W konwerterach ac-to-dc, prąd zmienny na wejściu, oprócz dostarczania napięcia do podwojenia, również realizuje przełączanie za pomocą oscylacji biegunów.
Wewnętrzny obwód choppera może konwertować dc na ac przed zastosowaniem do sekcji podwajającej napięcie.
Zewnętrzny zegar (często wykonujący również inne funkcje na tej samej płytce drukowanej) może osiągnąć chopping i zwielokrotnienie napięcia.
W układach scalonych, MOSFET-y często zapewniają przełączanie.
Trójnik napięciowy może być zbudowany przez ułożenie podwajacza napięcia, typowo 5-Vpp przy 1 kHz, i prostego prostownika półfalowego, składającego się z diody i kondensatora połączonych od jednego zacisku wejściowego do przeciwległego zacisku wyjściowego. Wyjście podwajacza 10-V w szeregu z wyjściem prostownika 5-V daje 15 V na wyjściu triplera. Podwajacze i potrajacze, połączone kaskadowo, dają teoretycznie nieskończoną liczbę wyjść całkowitych.
W prototypowych zasilaczach zasilanych z linii, nawet bez transformatora, istnieje potencjalne niebezpieczeństwo porażenia prądem. Należy również pamiętać, że kondensatory elektrolityczne mogą eksplodować w przypadku odwrócenia polaryzacji. Kaskadowe układy zwielokrotniające powinny być budowane w konfiguracji drabinkowej, tak aby stopniowo wzrastający potencjał napięcia nie mógł się łukowo przeskakiwać przez poszczególne sekcje o niższym potencjale. W ten sposób cała drabinka nie zostanie zniszczona przez pojedynczą zwartą diodę lub kondensator. Bez konfiguracji drabinkowej, pojedyncze zwarcie może przepalić kolejne sąsiednie elementy, ostatecznie powodując przepięcie całego multiplikatora, sprzętu testowego i eksperymentatora.
Multiplikatory napięcia mogą generować miliony woltów do eksperymentów wysokoenergetycznych. Technologia transformatorowa w takich zastosowaniach wymagałaby skomplikowanych obudów wypełnionych cieczą i izolacji wysokonapięciowej.
Najszerzej stosowaną metodą generowania wysokiego napięcia i niskiego prądu wyjściowego jest wielostopniowy mnożnik Cockcrofta-Waltona ze względu na jego niski koszt i skromne wymagania izolacyjne. Napięcie spada gwałtownie, gdy jest podawane do obciążenia o niskiej impedancji. Był on szeroko stosowany w telewizorach kineskopowych, gdzie pomimo wysokiego tętnienia wymagane było 30-kV napięcie przyspieszające drugą anodę. Ponieważ dostępne są napięcia stopniowane, źródło to znalazło zastosowanie w akceleratorach cząstek i do biasowania lamp fotopowielacza. Są one używane do zasilania tak różnorodnych urządzeń jak akceleratory cząstek, aparaty rentgenowskie, telewizory kineskopowe, magnetrony w kuchenkach mikrofalowych, fotokopiarki i zappery na owady.
Wielostopniowe mnożniki napięcia Cockcroft-Walton mogą być skonfigurowane w pojedynczej drabince. Ten mnożnik napięcia używa niskiego napięcia pulsującego dc na wejściu, aby wytworzyć teoretycznie nieograniczone napięcie wyjściowe. Przy każdej zmianie polaryzacji, prąd przepływa przez kolejne diody ładując kolejne kondensatory, aż do samego końca. Po wstępnym włączeniu do sieci, do naładowania całego zespołu potrzebny jest określony czas. Każdy kondensator ma swoją stałą czasową, a całkowity czas zależy od przyłożonego napięcia, pojemności kondensatorów i długości drabinki. Odgałęźniki pośrednie mogą być instalowane w celu uzyskania dostępu do napięć pośrednich.
Multiplikator napięcia Cockcrofta-Waltona jest jednym z typów wśród wielu pomp ładunkowych, nazwanych tak ze względu na charakterystyczny sposób, w jaki wymuszają one ładunek elektryczny wzdłuż podobnej do rury serii kondensatorów, z których każdy przechowuje ładunek do momentu odwrócenia biegunowości, po czym rozładowują się.
Ogólnie, pompa ładunkowa jest mnożnikiem napięcia, który jest zoptymalizowany do użycia z wejściem prądu stałego. Można by posiekać prąd stały za pomocą oscylatora i zastosować go do transformatora, ale jedną z zalet technologii zwielokrotniania napięcia jest to, że ciężki transformator z jego ogromnymi wymaganiami przestrzennymi został wyeliminowany. W dobie urządzeń przenośnych pompa ładunkowa jest atutem.
Pompa ładunkowa może być oparta na diodach, ale zwykła konfiguracja obejmuje przełączane MOSFETy z małymi kondensatorami ceramicznymi. Sprawność pompy ładującej jest wysoka, co jest wymagane w telefonach komórkowych. W konstrukcjach wykorzystujących elementy dyskretne, preferowane są diody Schottky’ego, powstałe w wyniku połączenia półprzewodnika z metalem, ze względu na ich niski spadek napięcia zasilającego. W pompie ładunkowej zaimplementowanej jako układ scalony, wysokowydajne MOSFET-y o niskiej impedancji wejściowej są powszechnie stosowane.
Pompa ładunkowa może również odwracać polaryzację na wyjściu w stosunku do wejścia. Poza zwiększeniem napięcia, pompa ładunkowa może zmniejszyć o połowę lub, w konfiguracji kaskadowej, podzielić wejście przez dowolną liczbę całkowitą. Użycie wysokich częstotliwości zegara pozwala na użycie mniejszej pojemności ze względu na krótsze stałe czasowe. Napięcie wyjściowe jest regulowane przez zmiany w cyklu pracy wyjścia zegarowego. Jedną z zalet pompy ładunkowej jest to, że może ona przechodzić pomiędzy trybami buck i boost, kompensując rozładowanie baterii pomiędzy ładowaniami.
Gdy potrzebne jest wiele wyjść napięcia stałego, pompa ładunkowa jest o wiele bardziej kompaktowa i tańsza niż zasilacz liniowy, który jest obciążony transformatorem z odczepami wtórnymi. Kondensatory mogą być elektrolityczne lub ceramiczne w zależności od szybkości przełączania.
Podwajacze i inwertery napięcia mogą być zbudowane wokół układu scalonego timera 555 z dwiema zewnętrznymi diodami i trzema lub czterema zewnętrznymi kondensatorami. Gdy do zasilania op-ampa wymagane jest dodatnie i ujemne zasilanie, pompa ładunkowa może być skonfigurowana jako inwerter napięcia.
Jeśli układ scalony wymaga wielu napięć, jak na przykład jedno wysokoprądowe źródło główne i pomocnicze źródła niskoprądowe, pompa ładunkowa jest idealnym konwerterem mocy. Inne zastosowania to EEPROM-y i pamięci flash.
Dzięki mniejszej liczbie komponentów i braku cewki indukcyjnej, prosta pompa ładunkowa wymaga mniej miejsca na płytce drukowanej i jest bardziej wydajna niż zasilacz liniowy.
Wady są skromne: jest ograniczona do obciążeń ułamkowo-amperowych i jak wszystkie SMPS-y, generuje pewne zakłócenia elektromagnetyczne i nie jest tak wydajna jak podobne zasilacze zbudowane wokół cewek, które mogą zasilać większe obciążenia, ale są droższe.
Wszystkie wzmacniacze napięcia wykorzystują konfigurację składającą się z diod i kondensatorów do zwielokrotnienia do poziomu napięcia pożądanego przez użytkownika końcowego, szczytowego napięcia ac (pochodzącego, w kolejności rosnącej zmienności, z sieci energetycznej, zapasowego na miejscu lub lokalnego falownika) lub napięcia dostarczanego z akumulatora, wodnego lub dzikiego prądu stałego z turbiny wiatrowej.
Diody i kondensatory są używane w porozumieniu w celu utworzenia wzmacniaczy napięcia. Obwody te są w stanie pomnożyć napięcie przez czynnik cztery lub więcej, aby wytworzyć teoretycznie dowolne napięcie, aż do zakresu kilowoltów. Technologia ta jest używana z dobrym skutkiem w transkontynentalnej dystrybucji energii elektrycznej o wysokim napięciu, aby dokonać zmian napięcia i systemu. Ale diody i kondensatory muszą mieć odpowiednie oceny odwrotnego zerwania o dwukrotności napięcia szczytowego z powodu wysokich napięć wytwarzanych w urządzeniach wielostopniowych.
W projektowaniu i diagnozowaniu wzmacniaczy napięcia, oscyloskopy sygnałów mieszanych lub powiązane oprzyrządowanie są niezbędne w wizualizacji sygnałów cyfrowych w zestawieniu z sygnałami analogowymi. Na przykład, w małej skali, przerywane działanie zasilania może zakłócić przepływ danych cyfrowych, a poprzez wyświetlanie obu przebiegów w czasie rzeczywistym, problemy te mogą być analizowane.
.