Spänningen kan fördubblas (och därmed multipliceras med en valfri potens av två med hjälp av kaskadutrustning) på ett rent elektroniskt sätt utan att man behöver använda sig av en transformator. Förhållandet mellan spänning och ström gäller, så fördubbling är inte en fråga om att få gratis elektrisk energi som inte fanns tidigare. Att fördubbla spänningen och därmed minska den ström som finns tillgänglig vid utgången är ibland inte bra, men ofta är detta inget problem.
Det finns många dubblerkretsvarianter, men alla spänningsdubbler och multiplikatorer har liknande funktionsprinciper.
Den kopplade kondensatorspänningsdubblern drivs från en likströmsingång. Två kondensatorer laddar till ingångsspänningen medan de är parallella. När de två brytarna sedan aktiveras samtidigt isoleras de från ingången, ansluts till utgången och placeras i serie så att vid urladdning dubbelt så mycket som ingången visas vid utgången. Det är uppenbart att manuellt manövrerade brytare inte är praktiska om man saknar en demon som kan slå ut brytarna i snabb takt. En mängd olika omkopplingsstrategier har genomförts i verkligheten:
I växelströms-till-jämströmomvandlare åstadkommer växelströmmen vid ingången, förutom att den levererar den spänning som ska fördubblas, även omkoppling med hjälp av oscillerande polariteter.
En intern chopperkrets kan omvandla likström till växelström innan den appliceras på spänningsfördubblingssektionen.
En extern klocka (som ofta också utför andra funktioner på samma kretskort) kan åstadkomma chopping och spänningsmultiplikation.
I integrerade kretsar är det ofta MOSFETs som står för omkopplingen.
En spänningstrippel kan byggas genom att stapla en spänningsdubbler, typiskt 5-Vpp vid 1 kHz, och en enkel halvvågslikriktare, som består av en diod och en kondensator som är anslutna från en ingångsterminal till den motsatta utgångsterminalen. Den 10 V dubblerutgången i serie med 5 V likriktarutgången ger 15 V vid triplerutgången. Dubblare och triplare, kaskadkopplade, ger teoretiskt sett ett oändligt antal heltalsutgångar.
I prototyper för linjedrivna nätaggregat även utan transformator finns en potentiell chockrisk. Var också uppmärksam på att elektrolytkondensatorer exploderar om polariteten vänds om. Kaskadade multiplikatorkretsar bör byggas i en stegekonfiguration så att den progressivt ökande spänningspotentialen inte kan bildas en båge över enskilda sektioner med lägre spänning. På så sätt förstörs inte hela stegen av en enskild kortsluten diod eller kondensator. Utan stegekonfigurationen kan en enskild kortslutning bränna ut successiva intilliggande komponenter och så småningom ge överspänning till hela multiplikatorn, testutrustningen och experimentenheten.
Spänningsmultiplikatorer kan generera miljontals volt för högenergiexperiment. Transformatorteknik i sådana tillämpningar skulle kräva utarbetade vätskefyllda höljen och högspänningsisolering.
Den mest använda metoden för att generera högspänning med lågström är den flerstegs Cockcroft-Walton-multiplikatorn på grund av dess låga kostnad och blygsamma isoleringskrav. Spänningen sjunker abrupt när den matas in i en lågimpedansbelastning. Den användes i stor utsträckning i CRT-TV-apparater där det krävdes en accelerationsspänning på 30 kV för den andra anoden trots den höga krusningen. Eftersom det finns stegvisa spänningar att tillgå har denna källa använts i partikelacceleratorer och för att förspänna fotomultiplikatorrör. De används för att driva så olika utrustningar som partikelacceleratorer, röntgenapparater, TV-apparater med katodstrålerör, magnetroner i mikrovågsugnar, kopieringsapparater och insektssläckare.
Multistegs Cockcroft-Walton-spänningsmultiplikatorer kan konfigureras i en enda stege. Denna spänningsmultiplikator använder en pulserande likström med låg spänning vid ingången för att producera en teoretiskt obegränsad utgångsspänning. Vid varje förändring av polariteten strömmar strömmen genom successiva dioder för att ladda ytterligare kondensatorer, hela vägen till slutet. Efter den första aktiveringen krävs en bestämd tid för att ladda hela enheten. Varje kondensator har en tidskonstant och den totala tiden beror på den applicerade spänningen, kondensatorernas kapacitans och stegens längd. Mellanliggande kranar kan installeras för att få tillgång till mellanspänningar.
Cockcroft-Walton-spänningsmultiplikatorn är en typ bland många laddningspumpar, som har fått sitt namn efter det karakteristiska sätt på vilket de tvingar en elektrisk laddning längs en rörliknande serie kondensatorer, som var och en lagrar laddningen tills polariteten vänds om, varefter de urladdas.
En laddningspump är generellt sett en spänningsmultiplikator som är optimerad för användning med en likströmsingång. Man skulle kunna hugga likströmmen med hjälp av en oscillator och applicera den på en transformator, men en av fördelarna med spänningsmultiplikationstekniken är att den tunga transformatorn med dess enorma utrymmesbehov elimineras. I vår tidsålder av mobila enheter är laddningspumpen en tillgång.
En laddningspump kan baseras på dioder, men den vanliga konfigurationen innebär switchade MOSFETs med små keramiska kondensatorer. Laddningspumpens effektivitet är hög, vilket krävs i mobiltelefoner. I konstruktioner som använder diskreta komponenter föredras Schottkydioder, som bildas av en halvledares övergång med metall, på grund av deras låga spänningsfall i genomströmning. I en laddningspump som implementeras som en IC är högeffektiva MOSFETs med låg ingångsimpedans vanliga.
En laddningspump kan också invertera polariteten vid utgången i förhållande till ingången. Förutom att öka spänningen kan en laddningspump halvera eller, i kaskadkonfiguration, dividera ingången med ett helt heltal. Användning av höga klockfrekvenser gör det möjligt att använda lägre kapacitans på grund av de kortare tidskonstanterna. Utgångsspänningen regleras genom förändringar i klockans utmatningscykel. En fördel med laddningspumpen är att den kan växla mellan buck- och boost-lägen, vilket kompenserar för batteridränering mellan laddningarna.
När flera likspänningsutgångar behövs är laddningspumpen mycket mer kompakt och billigare än ett linjärt nätaggregat, som belastas av en transformator med sekundära avtag. Kondensatorer kan vara elektrolytiska eller keramiska beroende på kopplingshastigheten.
Spänningsfördubblare och inverterare kan byggas runt 555-timer-IC:n med två externa dioder och tre eller fyra externa kondensatorer. När positiva och negativa matningar krävs för att driva en op-amp kan laddningspumpen konfigureras som en spänningsinverterare.
Om en IC kräver flera spänningar, t.ex. en enda primärkälla med hög strömstyrka och hjälpkällor med låg strömstyrka, är en laddningspump den idealiska strömomvandlaren. Andra tillämpningar är EEPROMs och flashminnen.
Med färre komponenter och ingen induktans kräver den enkla laddningspumpen mindre plats på kretskortet och är effektivare än den linjära strömförsörjningen.
Nackdelarna är blygsamma: Den är begränsad till bråkdelen av amperebelastningar och liksom alla SMPS genererar den en viss elektromagnetisk störning och är inte lika effektiv som liknande strömförsörjningar som är byggda kring induktorer, som kan försörja större belastningar men är dyrare.
Alla spänningsmultiplikatorer använder en konfiguration bestående av dioder och kondensatorer för att multiplicera till en spänningsnivå som önskas av slutanvändaren, en toppspänning i växelström (härledd från, i stigande variabilitet, elnätet, reservkraft eller lokal växelriktare) eller batteriförsörjd, vattenkraft eller vilda likström från ett vindkraftverk.
Dioder och kondensatorer används tillsammans för att bilda spänningsmultiplikatorer. Dessa kretsar kan multiplicera spänningen med en faktor fyra eller mer för att producera teoretiskt sett vilken spänning som helst, långt in i kilovoltområdet. Tekniken används med god effekt i transkontinental eldistribution med hög spänning för att göra spännings- och systemövergångar. Men dioderna och kondensatorerna måste ha tillräckliga värden för omvänd nedbrytning på två gånger toppspänningen på grund av de höga spänningar som produceras i flerstegsutrustningen.
När det gäller att konstruera och diagnostisera spänningsmultiplikatorer är oscilloskop med blandade signaler eller relaterad instrumentering viktiga för att visualisera digitala i juxtaposition med analoga signaler. I liten skala kan till exempel intermittent drift av strömförsörjningen störa det digitala dataflödet, och genom att visa båda vågformerna i realtid kan dessa problem analyseras.