वोल्टेज गुणक सर्किट समझाया

वोल्टेज गुणक सर्किट समझाया

इलेक्ट्रॉनिक सर्किट डिवाइस, जो कम इनपुट वोल्टेज से कैपेसिटर को चार्ज करके 2x क्रम में वोल्टेज को बढ़ाने के लिए उपयोग किया जाता है, वोल्टेज वोल्टेज के रूप में जाना जाता है।

चार्ज करंट को इस तरह से स्विच किया जाता है कि किसी भी आदर्श स्थिति में, आउटपुट पर जो वोल्टेज उत्पन्न होता है, वह इनपुट पर वोल्टेज का ठीक दो गुना होता है।



डायोड का उपयोग करते हुए सरलतम वोल्टेज गुणक

का सबसे सरल रूप है वोल्टेज दोगुना सर्किट एक प्रकार का रेक्टिफायर है जो कि वैकल्पिक करंट (AC) वोल्टेज के रूप में इनपुट लेता है और आउटपुट के रूप में (DC) वोल्टेज का दोहरा परिमाण उत्पन्न करता है।



सरल डायोड का उपयोग स्विचिंग तत्वों के रूप में किया जाता है और स्विचिंग स्थिति में इन डायोड को चलाने के लिए मात्र वैकल्पिक वोल्टेज के रूप में एक इनपुट का उपयोग किया जाता है।

स्विचिंग दर को नियंत्रित करने के लिए एक अतिरिक्त ड्राइविंग सर्किट की आवश्यकता होती है, क्योंकि वोल्टेज का उपयोग किया जा रहा है, डीसी से डीसी प्रकार के होते हैं क्योंकि उन्हें उपरोक्त तरीके से स्विच नहीं किया जा सकता है।



डीसी से डीसी वोल्टेज कनवर्टर सर्किट में अधिकांश बार स्विचिंग तत्व नामक एक और अतिरिक्त डिवाइस की आवश्यकता होती है जिसे आसानी से और सीधे नियंत्रित किया जा सकता है जैसे कि एक ट्रांजिस्टर में।

इस प्रकार, जब यह स्विचिंग तत्व का उपयोग करता है, तो इसे स्विच के पार मौजूद वोल्टेज पर निर्भर नहीं होना पड़ता है क्योंकि एसी से डीसी तक सरल रूप में मामला होता है।

वोल्टेज दोगुना वोल्टेज गुणक सर्किट का एक प्रकार है। कुछ अपवादों के साथ अधिकांश वोल्टेज डबललर सर्किट को एक ही चरण में उच्च क्रम गुणक के रूप में देखा जा सकता है। इसके अलावा, अधिक मात्रा में वोल्टेज गुणा तब प्राप्त होता है जब कैस्केडिंग समान चरण होते हैं जो एक साथ उपयोग किए जा रहे हैं।



विलार्ड सर्किट

विलार्ड सर्किट में एक सरल रचना होती है जिसमें एक डायोड और एक संधारित्र होता है। एक ओर जहां विलार्ड सर्किट सादगी के संदर्भ में लाभ प्रदान करता है, वहीं दूसरी ओर यह आउटपुट उत्पन्न करने के लिए भी जाना जाता है जिसमें रिपल की विशेषताएं होती हैं जिन्हें बहुत खराब माना जाता है।

खलनायक वोल्टेज गुणक सर्किट

चित्रा 1.Villard सर्किट

अनिवार्य रूप से, विलार्ड सर्किट डायोड क्लैंप सर्किट का एक रूप है। एसी पीक वोल्टेज (वीपीके) को संधारित्र को चार्ज करने के लिए नकारात्मक उच्च चक्रों का उपयोग किया जाता है। संधारित्र के स्थिर DC के सुपरपोजिशन के साथ इनपुट के रूप में AC वेवफॉर्म आउटपुट बनाता है।

इस पर सर्किट के प्रभाव का उपयोग करके तरंग का डीसी मान स्थानांतरित किया जाता है। चूंकि डायोड एसी वेवफॉर्म की नकारात्मक चोटियों को 0V (वास्तविक अर्थों में -VF है, जो डायोड का सबसे छोटा फॉरवर्ड बायस वोल्टेज है) के आउटपुट पीक के पॉजिटिव चोटियों 2Vpk के मान के हैं।

पीक-टू-पीक को चिकना करना मुश्किल है क्योंकि यह 2Vpk के मूल्य के विशाल आकार का है और इस प्रकार इसे केवल तभी चिकना किया जा सकता है जब सर्किट प्रभावी तरीके से किसी अन्य अधिक परिष्कृत रूपों में परिवर्तित हो जाए।

माइक्रोवेव ओवन में इस सर्किट (जिसमें रिवर्स रूप में डायोड होते हैं) का उपयोग करके नकारात्मक उच्च वोल्टेज को मैग्नेट्रोन को आपूर्ति की जाती है।

ग्रीनाचर सर्किट

ग्रीनस्टार वोल्टेज दोगुना करने वाला विलेर्ड सर्किट से बेहतर साबित हुआ है, जिसमें थोड़ी लागत के लिए कुछ अतिरिक्त घटकों को जोड़कर अपने आप में काफी सुधार किया गया है।

ओपन-सर्किट लोड की स्थिति के तहत रिपल को बहुत कम पाया जाता है, अधिकांश बार शून्य की स्थिति में लेकिन लोड के प्रतिरोध और संधारित्र के मूल्य का उपयोग किया जाता है जो एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं और प्रभावित करते हैं करंट खींचा जा रहा है।

ग्रीनाचर सर्किट

चित्रा 2. ग्रीनाचर सर्किट

एक लिफाफा डिटेक्टर चरण या एक चोटी डिटेक्टर का उपयोग करके काम करने के लिए सर्किट द्वारा विलार्ड सेल चरण का पालन किया जाता है।

पीक डिटेक्टर का प्रभाव ऐसा होता है कि बहुत सारे चीर को हटा दिया जाता है, जबकि पीक वोल्टेज के आउटपुट को इस प्रकार संरक्षित किया जाता है।

हेनरिक ग्रीनाचर पहले व्यक्ति थे जिन्होंने इस सर्किट का आविष्कार 1913 में किया था (जो 1914 में प्रकाशित हुआ था) 200-300V के वोल्टेज प्रदान करने के लिए जो उनके आयनोमीटर के लिए उनके द्वारा आवश्यक था जो उनके द्वारा फिर से एक नया आविष्कार था।

इस सर्किट का आविष्कार करने की आवश्यकता से बहुत अधिक वोल्टेज उत्पन्न हुई क्योंकि ज़्यूरिख पावर स्टेशनों द्वारा आपूर्ति की जाने वाली बिजली केवल 110V एसी की थी और इस तरह अपर्याप्त थी।

हेनरिक ने 1920 में इस विचार को और विकसित किया और इसे गुणकों का एक झरना बनाने के लिए बढ़ाया। ज्यादातर बार, लोग हेनरिक ग्रीनिचर द्वारा आविष्कार किए गए मल्टीप्लायरों के इस झरने को एक विलार्ड कैस्केड के रूप में संदर्भित करते हैं जो गलत है और सच नहीं है।

मल्टीप्लायरों के इस झरने को कॉकरोफ्ट-वाल्टन के नाम से भी जाना जाता है, वैज्ञानिकों के बाद जॉन कॉक्रॉफ्ट और अर्नेस्ट वाल्टन ने कण त्वरक मशीन का निर्माण किया था और 1932 में स्वतंत्र रूप से सर्किट को फिर से खोजा था।

दो ग्रीनेचर कोशिकाओं का उपयोग जिसमें एक दूसरे के विपरीत ध्रुवीयता होती है लेकिन एक ही एसी स्रोत से संचालित होने के कारण इस तरह की टोपोलॉजी की अवधारणा को वोल्टेज क्वाड्रुप्लर सर्किट तक बढ़ाया जा सकता है।

दो व्यक्तिगत आउटपुट का उपयोग उनके पूरे आउटपुट को नीचे ले जाने के लिए किया जाता है। इस सर्किट में एक साथ इनपुट और आउटपुट का ग्राउंडिंग काफी असंभव है जैसा कि ब्रिज सर्किट के साथ होता है।

ब्रिज सर्किट

वोल्टेज दोहरीकरण के लिए डेलोन सर्किट द्वारा उपयोग किए जाने वाले टोपोलॉजी को पुल टोपोलॉजी के रूप में जाना जाता है।

इस प्रकार के डेलोन सर्किट के सामान्य उपयोगों में से एक कैथोड रे ट्यूब के साथ टेलीविजन सेटों में पाया गया था। इन टेलीविज़न सेटों में डेलोन सर्किट का उपयोग e.h.t प्रदान करने के लिए किया गया था। वोल्टेज आपूर्ति।

चित्रा 3. वोल्ट क्वाड्रूपलर - विपरीत ध्रुवीयता के दो ग्रीनेचर कोशिकाएं

5kV से अधिक की वोल्टेज की पीढ़ी के साथ कई सुरक्षा खतरे और मुद्दे जुड़े हुए हैं, साथ ही ज्यादातर उपकरणों में एक ट्रांसफॉर्मर जो बहुत ही घरेलू उपकरण हैं, में बहुत ही अस्वाभाविक है।

लेकिन एक ई.एच.टी. 10kV टेलीविज़न सेट की एक बुनियादी आवश्यकता है जो काले और सफेद होते हैं जबकि रंगीन टेलीविज़न सेट को और भी अधिक e.h.t की आवश्यकता होती है।

अलग-अलग तरीके और साधन हैं जिनके द्वारा ई.एच.टी. इस तरह के आयाम प्राप्त किए जाते हैं जैसे: वोल्टेज ट्रांसलर का उपयोग करके या लाइन फ्लाईबैक कॉइल पर वेवफॉर्म पर वोल्टेज ड्यूलर को लगाकर ई.एच.टी. के भीतर मेन ट्रांसफार्मर पर वोल्टेज को दोगुना करना।

सर्किट के भीतर अर्ध-तरंग से युक्त दो चोटी डिटेक्टर कार्यात्मक रूप से ग्रीन डिटेक्टर में पाए जाने वाले शिखर डिटेक्टर कोशिकाओं के समान होते हैं।

आने वाली तरंग के एक-दूसरे के विपरीत होने वाले आधे चक्रों का उपयोग दो चोटी डिटेक्टर कोशिकाओं में से प्रत्येक के संचालन के लिए किया जाता है। आउटपुट हमेशा पीक इनपुट वोल्टेज से दोगुना पाया जाता है क्योंकि उनके द्वारा उत्पादित आउटपुट श्रृंखला में होते हैं।

चित्रा 4. ब्रिज (डेलोन) वोल्टेज डबलर

स्विचित संधारित्र सर्किट

एक डीसी स्रोत के वोल्टेज को डायोड-कैपेसिटर सर्किट का उपयोग करके दोगुना किया जा सकता है जो पर्याप्त सरल हैं और एक हेलिकॉप्टर सर्किट के उपयोग के साथ वोल्टेज डबलर से पहले उपरोक्त अनुभाग में वर्णित किया गया है।

इस प्रकार, डीसी को एसी में परिवर्तित करने से पहले यह वोल्टेज डबलर के माध्यम से प्रभावी होता है। प्राप्त करने और निर्मित सर्किट के लिए जो अधिक कुशल होते हैं, स्विचिंग डिवाइस को एक बाहरी घड़ी से संचालित किया जाता है जो चॉपिंग और गुणा दोनों के रूप में कार्य करने में कुशल है और इसे एक साथ प्राप्त किया जा सकता है।

स्विचित संधारित्र सर्किट

चित्र 5।

बस संधारित्र के समानांतर से चार्ज किए गए कैपेसिटर को स्विच करने के लिए प्राप्त स्विच्ड कैपेसिटर वोल्टेज डबललर को टाइप किए गए कैपेसिटर सर्किट के रूप में जाना जाता है।

जो अनुप्रयोग कम वोल्टेज द्वारा संचालित होते हैं वे अनुप्रयोग हैं जो विशेष रूप से इस दृष्टिकोण का उपयोग करते हैं क्योंकि एकीकृत सर्किट में विशिष्ट मात्रा में वोल्टेज की आपूर्ति की आवश्यकता होती है जो बैटरी वास्तव में वितरित या उत्पादन करने से अधिक है।

ज्यादातर मामलों में, हमेशा एकीकृत सर्किट के बोर्ड पर एक घड़ी संकेत की उपलब्धता होती है और इस प्रकार यह किसी भी अन्य अतिरिक्त सर्किटरी के लिए अनावश्यक बनाता है या इसे उत्पन्न करने के लिए केवल कम सर्किटरी की आवश्यकता होती है।

इस प्रकार, चित्र 5 में आरेख योजनाबद्ध रूप से स्विच किए गए संधारित्र विन्यास का सबसे सरल रूप प्रदर्शित करता है। इस आरेख में, दो कैपेसिटर हैं जो समानांतर में एक साथ एक ही वोल्टेज के लिए चार्ज किए गए हैं।

पोस्ट कैपेसिटर को आपूर्ति बंद करने के बाद श्रृंखला में स्विच किया जाता है। इस प्रकार, उत्पादित आउटपुट वोल्टेज श्रृंखला में दो कैपेसिटर से उत्पन्न होने की स्थिति में आपूर्ति या इनपुट वोल्टेज से दोगुना है।

विभिन्न प्रकार के स्विचिंग डिवाइस हैं जिनका उपयोग ऐसे सर्किट में किया जा सकता है, लेकिन MOSFET डिवाइस एकीकृत सर्किट के मामले में सबसे अधिक बार उपयोग किए जाने वाले स्विचिंग डिवाइस हैं।

चित्रा 6. चार्ज-पंप वोल्टेज डबललर योजनाबद्ध

चित्र 6 में आरेख 'चार्ज पंप' की अन्य बुनियादी अवधारणाओं में से एक है। इनपुट वोल्टेज का उपयोग पहले Cp, चार्ज पंप कैपेसिटर को चार्ज करने के लिए किया जाता है।

इसके बाद, आउटपुट कैपेसिटर, C0 को इनपुट वोल्टेज के साथ श्रृंखला में स्विच करके चार्ज किया जाता है जिसके परिणामस्वरूप C0 चार्ज होता है इनपुट वोल्टेज की मात्रा दोगुनी हो जाती है। सफलतापूर्वक C0 को पूरी तरह से चार्ज करने के लिए, चार्ज पंप को कई चक्र लेने की आवश्यकता हो सकती है।

लेकिन एक बार एक स्थिर राज्य का अधिग्रहण हो जाने के बाद, चार्ज पंप कैपेसिटर के लिए एकमात्र आवश्यक चीज, Cp को कम मात्रा में चार्ज पंप करना होता है, जो आउटपुट कैपेसिटर, C0 से लोड पर आपूर्ति किए जाने वाले चार्ज के बराबर होता है।

आउटपुट वोल्टेज पर एक तरंग तब बनता है जब C0 लोड में आंशिक रूप से डिस्चार्ज हो जाता है जबकि इसे चार्ज पंप से डिस्कनेक्ट किया जा रहा है। इस प्रक्रिया में गठित इस तरंग में छोटे डिस्चार्ज समय और फ़िल्टर किए जाने में आसान की विशेषता होती है और इस प्रकार ये विशेषताएं उन्हें उच्चतर घड़ी आवृत्तियों के लिए छोटे बनाती हैं।

इस प्रकार, किसी भी विशिष्ट रिपल के लिए, कैपेसिटर को छोटा किया जा सकता है। एकीकृत सर्किट में सभी व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए घड़ी की आवृत्ति की अधिकतम मात्रा आमतौर पर सैकड़ों kHz की सीमा में आती है।

डिक्सन चार्ज पंप

डिक्सन चार्ज पंप, जिसे डिक्सन गुणक के रूप में भी जाना जाता है, में डायोड / कैपेसिटर कोशिकाओं का एक झरना होता है, जहां एक घड़ी पल्स ट्रेन संधारित्र में से प्रत्येक के निचले प्लेट को चलाती है।

सर्किट को कॉक्रॉफ्ट-वाल्टन गुणक का एक संशोधन माना जाता है, लेकिन डीसी इनपुट द्वारा केवल एसी इनपुट के बजाय घड़ी की ट्रेनों के साथ स्विचिंग सिग्नल के अपवाद के रूप में कॉकरोफ्ट-वाल्टन मल्टीप्लायर के साथ मामला है।

डिक्सन मल्टीप्लायर की मूल आवश्यकता यह है कि एक दूसरे के विपरीत चरणों की घड़ी दालों को वैकल्पिक कोशिकाओं को चलाना चाहिए। लेकिन, चित्र 7 में दर्शाए गए वोल्टेज डबलर के मामले में, केवल एक घड़ी संकेत की आवश्यकता होती है क्योंकि गुणा का केवल एक चरण होता है।

डिक्सन चार्ज पंप

चित्रा 7. डिक्सन चार्ज-पंप वोल्टेज-डबललर

सर्किट जहां डिक्सन मल्टीप्लायर ज्यादातर और अक्सर उपयोग किए जाते हैं, वे एकीकृत सर्किट होते हैं, जहां किसी भी बैटरी से आपूर्ति वोल्टेज सर्किटरी द्वारा आवश्यक से कम होता है।

तथ्य यह है कि इसमें उपयोग किए गए सभी अर्धचालक मूल रूप से एकीकृत सर्किट के निर्माताओं के लिए एक लाभ के रूप में समान हैं।

मानक लॉजिक ब्लॉक जो सबसे अधिक पाया जाता है और कई एकीकृत सर्किट में उपयोग किया जाता है वह है MOSFET डिवाइस।

यह एक कारण है कि डायोड कई बार इस प्रकार के ट्रांजिस्टर द्वारा प्रतिस्थापित किए जाते हैं, लेकिन डायोड के रूप में एक फ़ंक्शन के लिए भी वायर्ड होते हैं।

इस व्यवस्था को डायोड-वायर्ड MOSFET के रूप में भी जाना जाता है। चित्र 8 में आरेख इस प्रकार के डायोड-वायर्ड एन-चैनल एन्हांसमेंट प्रकार MOSFET उपकरणों का उपयोग करते हुए एक डिकसन वोल्टेज डबलर को दर्शाता है।

चित्रा 8. डायोड-वायर्ड MOSFETs का उपयोग करके डिक्सन वोल्टेज डबललर

डिक्सन चार्ज पंप के मूल रूप में कई सुधार और बदलाव हुए हैं। इनमें से अधिकांश सुधार ट्रांजिस्टर ड्रेन सोर्स वोल्टेज द्वारा उत्पादित प्रभाव की कमी के क्षेत्र में हैं। इनपुट वोल्टेज छोटा होने की स्थिति में यह सुधार उतना ही महत्वपूर्ण माना जाता है जितना कि कम वोल्टेज वाली बैटरी के मामले में।

आउटपुट वोल्टेज हमेशा इनपुट वोल्टेज का एक अभिन्न गुणक होता है (जब आदर्श स्विचिंग तत्वों का उपयोग किया जाता है)

लेकिन ऐसे मामले में जहां MOSFET स्विच के साथ इनपुट सेल के रूप में सिंगल-सेल बैटरी का उपयोग किया जाता है, ऐसे मामलों में आउटपुट इस मान से बहुत कम होता है क्योंकि ट्रांजिस्टर के पार वोल्टेज में गिरावट होगी।

असतत घटकों का उपयोग कर रहे सर्किट के ऑन-स्टेट में वोल्टेज में बेहद कम गिरावट के कारण, Schottky डायोड को स्विचिंग तत्व के रूप में एक अच्छा विकल्प माना जाता है।

लेकिन एकीकृत सर्किट के डिजाइनर ज्यादातर MOSFET का उपयोग करना पसंद करते हैं क्योंकि यह अधिक आसानी से उपलब्ध है जो सर्किट में अपर्याप्तता और उच्च जटिलता की उपस्थिति की भरपाई से अधिक है जो MOSFET उपकरणों में मौजूद है।

इसे समझने के लिए, हम एक उदाहरण लेते हैं: 1.5V की धुन का एक नाममात्र वोल्टेज एक क्षारीय बैटरी में मौजूद है।

आदर्श स्विचिंग तत्वों के साथ वोल्टेज डबल का उपयोग करके इसमें आउटपुट को 3.0V तक दोगुना किया जा सकता है जिसमें शून्य का वोल्टेज ड्रॉप होता है।

लेकिन डायोड-वायर्ड MOSFET के ड्रेन-स्रोत की वोल्टेज ड्रॉप जब यह चालू है तो गेट थ्रेशोल्ड वोल्टेज के बराबर न्यूनतम होना चाहिए जो कि आमतौर पर 0.9V की धुन में होता है।

आउटपुट वोल्टेज को वोल्टेज डवलर द्वारा केवल 0.6V से 2.1V तक सफलतापूर्वक उठाया जा सकता है।

सर्किट द्वारा वोल्टेज में वृद्धि को कई चरणों का उपयोग किए बिना प्राप्त नहीं किया जा सकता है अगर अंतिम चौरसाई ट्रांजिस्टर के पार ड्रॉप को भी माना जाता है और इसे ध्यान में रखा जाता है।

दूसरी ओर, एक विशिष्ट शोट्स्की डायोड का ऑन्स्टेज वोल्टेज 0.3 V का है। एक वोल्टेज ड्यूलर द्वारा उत्पादित आउटपुट वोल्टेज 2.7V की सीमा में होगा यदि यह स्मूथी डायोड या 2.4V का उपयोग करता है यदि यह सुचारू डायोड का उपयोग करता है।

क्रॉस-युग्मित स्विच्ड कैपेसिटर

क्रॉस-युग्मित स्विच्ड कैपेसिटर सर्किट इनपुट वोल्टेज के बहुत कम होने के लिए जाने जाते हैं। उपकरणों में एक एकल-सेल बैटरी की आवश्यकता हो सकती है जो वायरलेस बैटरी जैसे कि पेजर और ब्लूटूथ डिवाइस से संचालित होती हैं ताकि बिजली की आपूर्ति निरंतर हो सके जब यह एक वोल्ट के तहत छुट्टी दे दी गई हो।

क्रॉस-युग्मित स्विच्ड कैपेसिटर

चित्रा 9. क्रॉस-युग्मित स्विच-कैपेसिटर वोल्टेज डबललर

घड़ी के कम होने की स्थिति में ट्रांजिस्टर Q2 को बंद कर दिया जाता है। एक ही समय में, ट्रांजिस्टर Q1 को चालू किया जाता है अगर घड़ी अधिक होती है और इसके परिणामस्वरूप कैपेसिटर C1 से वोल्टेज Vn को चार्ज किया जाता है। plate1 के उच्च होने की स्थिति में C1 के शीर्ष प्लेट को डबल विन तक धकेल दिया जाता है।

इस वोल्टेज को आउटपुट के रूप में प्रदर्शित करने में सक्षम करने के लिए, स्विच S1 उसी समय बंद हो जाता है। साथ ही, C2 को चालू करके C2 को चार्ज करने की अनुमति दी जाती है।

घटकों की भूमिका अगले आधे चक्र में उलट हो जाती है: be1 कम होगा, S1 खुल जाएगा, high2 उच्च होगा, और S2 बंद हो जाएगा।

इस प्रकार सर्किट के प्रत्येक पक्ष से वैकल्पिक रूप से, आउटपुट वोल्टेज को 2Vin के साथ आपूर्ति की जाती है। इस सर्किट में होने वाला नुकसान कम है क्योंकि डायोड-वायर्ड MOSFETs की कमी है और इसके साथ जुड़े थ्रेशोल्ड वोल्टेज की समस्या है।

सर्किट के अन्य लाभों में से एक यह है कि यह तरंग आवृत्ति को दोगुना कर देता है क्योंकि इसमें दो वोल्टेज डबलर मौजूद होते हैं जो चरण घड़ियों से आउटपुट को प्रभावी ढंग से आपूर्ति करते हैं।

इस सर्किट का मूल नुकसान यह है कि डिकिंसन गुणक के आवारा समाई इस सर्किट की तुलना में काफी कम पाए जाते हैं और इस प्रकार इस सर्किट में होने वाले अधिकांश नुकसानों के लिए जिम्मेदार हैं।

के सौजन्य से: https://en.wikipedia.org/wiki/Voltage_doubler




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