ध्रुवीयता उत्क्रमण से उपकरणों की सुरक्षा। ग़लत विद्युत आपूर्ति ध्रुवीयता ट्यूटोरियल लाइफ़ स्टोरीज़ से उपकरणों की सुरक्षा करना

बढ़ी हुई विश्वसनीयता आवश्यकताओं के अधीन औद्योगिक उपकरणों को डिजाइन करते समय, मुझे डिवाइस को बिजली कनेक्शन की गलत ध्रुवता से बचाने की समस्या का एक से अधिक बार सामना करना पड़ा है। यहां तक ​​कि अनुभवी इंस्टॉलर भी कभी-कभी प्लस को माइनस के साथ भ्रमित करने में कामयाब हो जाते हैं। संभवतः, नौसिखिया इलेक्ट्रॉनिक्स इंजीनियरों के प्रयोगों के दौरान ऐसी समस्याएं और भी अधिक तीव्र होती हैं। इस लेख में हम समस्या के सबसे सरल समाधानों पर गौर करेंगे - पारंपरिक और शायद ही कभी इस्तेमाल की जाने वाली सुरक्षा विधियाँ दोनों।

सबसे सरल उपाय जो तुरंत ही सुझाया जाता है वह है डिवाइस के साथ श्रृंखला में एक पारंपरिक अर्धचालक डायोड को जोड़ना।

सरल, सस्ता और खुशमिजाज़, ऐसा लगेगा कि ख़ुशी के लिए और क्या चाहिए? हालाँकि, इस विधि में एक बहुत गंभीर खामी है - खुले डायोड पर एक बड़ा वोल्टेज ड्रॉप।

यहां डायोड के सीधे कनेक्शन के लिए एक विशिष्ट I-V विशेषता दी गई है। 2 एम्पियर के करंट पर, वोल्टेज ड्रॉप लगभग 0.85 वोल्ट होगा। 5 वोल्ट और उससे कम के लो-वोल्टेज सर्किट के मामले में, यह एक बहुत महत्वपूर्ण नुकसान है। उच्च वोल्टेज वाले लोगों के लिए, ऐसी गिरावट कम भूमिका निभाती है, लेकिन एक और अप्रिय कारक है। उच्च धारा खपत वाले सर्किट में, डायोड बहुत महत्वपूर्ण शक्ति का अपव्यय करेगा। तो शीर्ष चित्र में दिखाए गए मामले के लिए, हमें मिलता है:

0.85V x 2A = 1.7W

ऐसे मामले के लिए डायोड द्वारा नष्ट की गई शक्ति पहले से ही बहुत अधिक है और यह काफ़ी गर्म हो जाएगा!
हालाँकि, यदि आप थोड़ा और पैसा देने को तैयार हैं, तो आप शोट्की डायोड का उपयोग कर सकते हैं, जिसमें कम ड्रॉप वोल्टेज है।

यहां शॉट्की डायोड के लिए एक विशिष्ट I-V विशेषता दी गई है। आइए इस मामले के लिए बिजली अपव्यय की गणना करें।

0.55V x 2A = 1.1W

पहले से कुछ हद तक बेहतर. लेकिन अगर आपका उपकरण और भी गंभीर करंट की खपत करता है तो क्या करें?

कभी-कभी डायोड को रिवर्स कनेक्शन में डिवाइस के समानांतर रखा जाता है, जो आपूर्ति वोल्टेज मिश्रित होने पर जल जाएगा और शॉर्ट सर्किट का कारण बनेगा। इस मामले में, आपके डिवाइस को न्यूनतम क्षति होने की संभावना है, लेकिन बिजली की आपूर्ति विफल हो सकती है, इस तथ्य का उल्लेख नहीं करने के लिए कि सुरक्षात्मक डायोड को स्वयं बदलना होगा, और इसके साथ ही, बोर्ड पर ट्रैक क्षतिग्रस्त हो सकते हैं। संक्षेप में, यह विधि चरम खेल प्रेमियों के लिए है।

हालाँकि, एक और थोड़ा अधिक महंगा, लेकिन बहुत सरल और ऊपर सूचीबद्ध नुकसानों से रहित, सुरक्षा का एक तरीका है - एक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर का उपयोग करना। पिछले 10 वर्षों में, इन अर्धचालक उपकरणों के मापदंडों में नाटकीय रूप से सुधार हुआ है, लेकिन इसके विपरीत, कीमत में काफी गिरावट आई है। शायद तथ्य यह है कि महत्वपूर्ण सर्किट को बिजली आपूर्ति की गलत ध्रुवता से बचाने के लिए उनका उपयोग बहुत ही कम किया जाता है, इसे काफी हद तक सोच की जड़ता से समझाया जा सकता है। निम्नलिखित चित्र पर विचार करें:

जब बिजली लागू की जाती है, तो लोड का वोल्टेज सुरक्षात्मक डायोड से होकर गुजरता है। इस पर गिरावट काफी बड़ी है - हमारे मामले में, लगभग एक वोल्ट। हालाँकि, परिणामस्वरूप, ट्रांजिस्टर के गेट और स्रोत के बीच कटऑफ वोल्टेज से अधिक वोल्टेज बनता है और ट्रांजिस्टर खुल जाता है। स्रोत-नाली प्रतिरोध तेजी से कम हो जाता है और धारा डायोड के माध्यम से नहीं, बल्कि खुले ट्रांजिस्टर के माध्यम से प्रवाहित होने लगती है।

आइए विशिष्टताओं पर चलते हैं। उदाहरण के लिए, FQP47З06 ट्रांजिस्टर के लिए, विशिष्ट चैनल प्रतिरोध 0.026 ओम होगा! यह गणना करना आसान है कि हमारे मामले में ट्रांजिस्टर द्वारा नष्ट की गई शक्ति केवल 25 मिलीवाट होगी, और वोल्टेज ड्रॉप शून्य के करीब है!

शक्ति स्रोत की ध्रुवता बदलते समय, सर्किट में कोई धारा प्रवाहित नहीं होगी। सर्किट की कमियों के बीच, कोई शायद यह देख सकता है कि ऐसे ट्रांजिस्टर में गेट और स्रोत के बीच बहुत अधिक ब्रेकडाउन वोल्टेज नहीं होता है, लेकिन सर्किट को थोड़ा जटिल करके, इसका उपयोग उच्च-वोल्टेज सर्किट की सुरक्षा के लिए किया जा सकता है।

मुझे लगता है कि पाठकों के लिए यह समझना मुश्किल नहीं होगा कि यह योजना कैसे काम करती है।

लेख के प्रकाशन के बाद, सम्मानित उपयोगकर्ता केरोरो ने टिप्पणियों में एक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर पर आधारित एक सुरक्षा सर्किट प्रदान किया, जिसका उपयोग आईफोन 4 में किया जाता है। मुझे आशा है कि अगर मैं अपनी पोस्ट को उनकी खोज के साथ पूरक कर दूं तो उन्हें कोई आपत्ति नहीं होगी।

सामान्य रिवर्स पोलरिटी सुरक्षा विधियाँ सर्किट को नुकसान से बचाने के लिए डायोड का उपयोग करती हैं। एक दृष्टिकोण में, एक श्रृंखला डायोड केवल सही ध्रुवता के साथ धारा प्रवाहित करने की अनुमति देता है (चित्र 1)। आप इनपुट को सही करने के लिए डायोड ब्रिज का भी उपयोग कर सकते हैं ताकि सर्किट को हमेशा सही ध्रुवता प्राप्त हो (चित्र 2)। इन दृष्टिकोणों का नुकसान यह है कि वे डायोड में वोल्टेज ड्रॉप पर बिजली बर्बाद करते हैं। 1ए के इनपुट करंट के साथ, चित्र 1 में सर्किट 0.7 वाट बिजली नष्ट करता है, और चित्र 2 में सर्किट 1.4 वाट बिजली नष्ट करता है।

प्रस्तुत सर्किट एक सरल विधि का उपयोग करता है जिसमें कोई वोल्टेज ड्रॉप या बर्बाद बिजली नहीं होती है (चित्रा 3)।

विपरीत ध्रुवता के साथ वोल्टेज नियंत्रण के लिए रिले का चयन। उदाहरण के लिए, आप 12V पावर सिस्टम के लिए 12V रिले का उपयोग कर सकते हैं। सर्किट में सही ध्रुवता के साथ, D1 रिवर्स बायस्ड है और रिले S1 बंद रहता है। फिर इनपुट और आउटपुट रिले संपर्कों से जुड़े होते हैं, और करंट सर्किट के अंत तक प्रवाहित होता है। डायोड डी1 रिले में बिजली को अवरुद्ध करता है, और सुरक्षा सर्किट बिजली का क्षय नहीं करता है।

एक साधारण रिवर्स पोलरिटी प्रोटेक्शन सर्किट में कोई वोल्टेज ड्रॉप नहीं होता है। यदि ध्रुवता गलत है, तो आगे के पूर्वाग्रह में डायोड डी1 रिले को चालू कर देता है (चित्र 4)। रिले को चालू करने से सर्किट के अंत में बिजली लागू होती है और लाल एलईडी डी3 चालू हो जाती है, जो विपरीत ध्रुवता का संकेत देती है। सर्किट केवल तभी बिजली की खपत करता है जब ध्रुवता उलट जाती है। क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर और सॉलिड-स्टेट स्विच के विपरीत, रिले संपर्कों में कम प्रतिरोध होता है, जिसका अर्थ है कि वे इनपुट स्रोत और सुरक्षा की आवश्यकता वाले सर्किट के बीच वोल्टेज ड्रॉप का कारण नहीं बनते हैं। इस प्रकार, डिज़ाइन गंभीर वोल्टेज प्रतिबंध वाले सिस्टम के लिए उपयुक्त है।

बढ़ी हुई विश्वसनीयता आवश्यकताओं के अधीन औद्योगिक उपकरणों को डिजाइन करते समय, मुझे डिवाइस को बिजली कनेक्शन की गलत ध्रुवता से बचाने की समस्या का एक से अधिक बार सामना करना पड़ा है। यहां तक ​​कि अनुभवी इंस्टॉलर भी कभी-कभी प्लस को माइनस के साथ भ्रमित करने में कामयाब हो जाते हैं। संभवतः, नौसिखिया इलेक्ट्रॉनिक्स इंजीनियरों के प्रयोगों के दौरान ऐसी समस्याएं और भी अधिक तीव्र होती हैं। इस लेख में हम समस्या के सबसे सरल समाधानों पर गौर करेंगे - पारंपरिक और शायद ही कभी इस्तेमाल की जाने वाली सुरक्षा विधियाँ दोनों।

सबसे सरल उपाय जो तुरंत ही सुझाया जाता है वह है डिवाइस के साथ श्रृंखला में एक पारंपरिक अर्धचालक डायोड को जोड़ना।


सरल, सस्ता और खुशमिजाज़, ऐसा लगेगा कि ख़ुशी के लिए और क्या चाहिए? हालाँकि, इस विधि में एक बहुत गंभीर खामी है - खुले डायोड पर एक बड़ा वोल्टेज ड्रॉप।


यहां डायोड के सीधे कनेक्शन के लिए एक विशिष्ट I-V विशेषता दी गई है। 2 एम्पियर के करंट पर, वोल्टेज ड्रॉप लगभग 0.85 वोल्ट होगा। 5 वोल्ट और उससे कम के लो-वोल्टेज सर्किट के मामले में, यह एक बहुत महत्वपूर्ण नुकसान है। उच्च वोल्टेज वाले लोगों के लिए, ऐसी गिरावट कम भूमिका निभाती है, लेकिन एक और अप्रिय कारक है। उच्च धारा खपत वाले सर्किट में, डायोड बहुत महत्वपूर्ण शक्ति का अपव्यय करेगा। तो शीर्ष चित्र में दिखाए गए मामले के लिए, हमें मिलता है:
0.85V x 2A = 1.7W.
ऐसे मामले के लिए डायोड द्वारा नष्ट की गई शक्ति पहले से ही बहुत अधिक है और यह काफ़ी गर्म हो जाएगा!
हालाँकि, यदि आप थोड़ा और पैसा देने को तैयार हैं, तो आप शोट्की डायोड का उपयोग कर सकते हैं, जिसमें कम ड्रॉप वोल्टेज है।


यहां शॉट्की डायोड के लिए एक विशिष्ट I-V विशेषता दी गई है। आइए इस मामले के लिए बिजली अपव्यय की गणना करें।
0.55V x 2A = 1.1W
पहले से कुछ हद तक बेहतर. लेकिन अगर आपका उपकरण और भी गंभीर करंट की खपत करता है तो क्या करें?
कभी-कभी डायोड को रिवर्स कनेक्शन में डिवाइस के समानांतर रखा जाता है, जो आपूर्ति वोल्टेज मिश्रित होने पर जल जाएगा और शॉर्ट सर्किट का कारण बनेगा। इस मामले में, आपके डिवाइस को न्यूनतम क्षति होने की संभावना है, लेकिन बिजली की आपूर्ति विफल हो सकती है, इस तथ्य का उल्लेख नहीं करने के लिए कि सुरक्षात्मक डायोड को स्वयं बदलना होगा, और इसके साथ ही, बोर्ड पर ट्रैक क्षतिग्रस्त हो सकते हैं। संक्षेप में, यह विधि चरम खेल प्रेमियों के लिए है।
हालाँकि, एक और थोड़ा अधिक महंगा, लेकिन बहुत सरल और ऊपर सूचीबद्ध नुकसानों से रहित, सुरक्षा का एक तरीका है - एक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर का उपयोग करना। पिछले 10 वर्षों में, इन अर्धचालक उपकरणों के मापदंडों में नाटकीय रूप से सुधार हुआ है, लेकिन इसके विपरीत, कीमत में काफी गिरावट आई है। शायद तथ्य यह है कि महत्वपूर्ण सर्किट को बिजली आपूर्ति की गलत ध्रुवता से बचाने के लिए उनका उपयोग बहुत ही कम किया जाता है, इसे काफी हद तक सोच की जड़ता से समझाया जा सकता है। निम्नलिखित चित्र पर विचार करें:


जब बिजली लागू की जाती है, तो लोड का वोल्टेज सुरक्षात्मक डायोड से होकर गुजरता है। इस पर गिरावट काफी बड़ी है - हमारे मामले में, लगभग एक वोल्ट। हालाँकि, परिणामस्वरूप, ट्रांजिस्टर के गेट और स्रोत के बीच कटऑफ वोल्टेज से अधिक वोल्टेज बनता है और ट्रांजिस्टर खुल जाता है। स्रोत-नाली प्रतिरोध तेजी से कम हो जाता है और धारा डायोड के माध्यम से नहीं, बल्कि खुले ट्रांजिस्टर के माध्यम से प्रवाहित होने लगती है।


आइए विशिष्टताओं पर चलते हैं। उदाहरण के लिए, FQP47З06 ट्रांजिस्टर के लिए, विशिष्ट चैनल प्रतिरोध 0.026 ओम होगा! यह गणना करना आसान है कि हमारे मामले में ट्रांजिस्टर द्वारा नष्ट की गई शक्ति केवल 25 मिलीवाट होगी, और वोल्टेज ड्रॉप शून्य के करीब है!
शक्ति स्रोत की ध्रुवता बदलते समय, सर्किट में कोई धारा प्रवाहित नहीं होगी। सर्किट की कमियों के बीच, कोई शायद यह देख सकता है कि ऐसे ट्रांजिस्टर में गेट और स्रोत के बीच बहुत अधिक ब्रेकडाउन वोल्टेज नहीं होता है, लेकिन सर्किट को थोड़ा जटिल करके, इसका उपयोग उच्च-वोल्टेज सर्किट की सुरक्षा के लिए किया जा सकता है।


मुझे लगता है कि पाठकों के लिए यह समझना मुश्किल नहीं होगा कि यह योजना कैसे काम करती है।

लेख के प्रकाशन के बाद, सम्मानित उपयोगकर्ता केरोरो ने टिप्पणियों में एक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर पर आधारित एक सुरक्षा सर्किट प्रदान किया, जिसका उपयोग आईफोन 4 में किया जाता है। मुझे आशा है कि अगर मैं अपनी पोस्ट को उनकी खोज के साथ पूरक कर दूं तो उन्हें कोई आपत्ति नहीं होगी।

फ़ील्ड-इफ़ेक्ट ट्रांजिस्टर का उपयोग करके विद्युत सर्किट को गलत पावर पोलरिटी से बचाने के बारे में, मुझे याद आया कि मेरे पास लंबे समय से चार्जर से बैटरी को स्वचालित रूप से डिस्कनेक्ट करने की एक अनसुलझी समस्या है, जब चार्जर डी-एनर्जेटिक होता है। और मैं उत्सुक हो गया कि क्या किसी अन्य मामले में भी इसी तरह का दृष्टिकोण लागू करना संभव है, जहां, प्राचीन काल से, एक डायोड का उपयोग शट-ऑफ तत्व के रूप में भी किया जाता था।

यह लेख एक विशिष्ट साइकिल निर्माण मार्गदर्शिका है, क्योंकि... एक सर्किट के विकास के बारे में बात करता है जिसकी कार्यक्षमता लाखों तैयार उपकरणों में लंबे समय से लागू की गई है। इसलिए, अनुरोध इस सामग्री को पूरी तरह से उपयोगितावादी नहीं मानता है। बल्कि, यह बस एक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण के जन्म की कहानी है: आवश्यकता की पहचान से लेकर सभी बाधाओं के माध्यम से एक कार्यशील प्रोटोटाइप तक।

यह सब किस लिए है?

कम-वोल्टेज डीसी बिजली की आपूर्ति का बैकअप लेते समय, लीड-एसिड बैटरी को बफर के रूप में शामिल करने का सबसे आसान तरीका मुख्य आपूर्ति के समानांतर होता है, जैसा कि कारों में जटिल दिमाग होने से पहले किया जाता था। हालाँकि बैटरी सबसे इष्टतम मोड में काम नहीं करती है, यह हमेशा चार्ज होती है और बिजली आपूर्ति इनपुट पर मुख्य वोल्टेज बंद या चालू होने पर किसी भी बिजली स्विचिंग की आवश्यकता नहीं होती है। नीचे हम ऐसे समावेशन की कुछ समस्याओं और उन्हें हल करने के प्रयास के बारे में अधिक विस्तार से बात करेंगे।

पृष्ठभूमि

महज 20 साल पहले ऐसा कोई मुद्दा एजेंडे में नहीं था। इसका कारण एक विशिष्ट मुख्य बिजली आपूर्ति (या चार्जर) की सर्किटरी थी, जो मुख्य वोल्टेज बंद होने पर बैटरी को उसके आउटपुट सर्किट में डिस्चार्ज होने से रोकती थी। आइए अर्ध-तरंग सुधार के साथ सबसे सरल ब्लॉक सर्किट देखें:

यह बिल्कुल स्पष्ट है कि वही डायोड जो मुख्य वाइंडिंग के वैकल्पिक वोल्टेज को ठीक करता है, मुख्य आपूर्ति वोल्टेज बंद होने पर बैटरी को ट्रांसफार्मर की द्वितीयक वाइंडिंग पर डिस्चार्ज होने से भी रोकेगा। फुल-वेव ब्रिज रेक्टिफायर सर्किट, हालांकि कुछ हद तक कम स्पष्ट है, इसमें बिल्कुल समान गुण हैं। और यहां तक ​​कि वर्तमान एम्पलीफायर (जैसे कि व्यापक 7812 माइक्रोक्रिकिट और इसके एनालॉग्स) के साथ पैरामीट्रिक वोल्टेज स्टेबलाइजर का उपयोग भी स्थिति को नहीं बदलता है:

वास्तव में, यदि आप ऐसे स्टेबलाइज़र के सरलीकृत सर्किट को देखते हैं, तो यह स्पष्ट हो जाता है कि आउटपुट ट्रांजिस्टर का एमिटर जंक्शन उसी शट-ऑफ डायोड की भूमिका निभाता है, जो रेक्टिफायर आउटपुट पर वोल्टेज खो जाने पर बंद हो जाता है, और रहता है बैटरी चार्ज बरकरार.

हालाँकि, हाल के वर्षों में सब कुछ बदल गया है। पैरामीट्रिक स्थिरीकरण के साथ ट्रांसफार्मर बिजली आपूर्ति को अधिक कॉम्पैक्ट और सस्ते स्विचिंग एसी/डीसी वोल्टेज कनवर्टर्स द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है, जिनकी दक्षता और शक्ति/वजन अनुपात बहुत अधिक है। लेकिन सभी फायदों के साथ, इन बिजली आपूर्ति में एक खामी है: उनके आउटपुट सर्किट में बहुत अधिक जटिल सर्किट डिजाइन होता है, जो आमतौर पर सेकेंडरी सर्किट से वापस प्रवाहित होने वाले प्रवाह के खिलाफ कोई सुरक्षा प्रदान नहीं करता है। परिणामस्वरूप, "बीपी -> बफर बैटरी -> लोड" फॉर्म के सिस्टम में ऐसे स्रोत का उपयोग करते समय, जब मुख्य वोल्टेज बंद हो जाता है, तो बैटरी बिजली आपूर्ति के आउटपुट सर्किट में तीव्रता से डिस्चार्ज होने लगती है।

सबसे सरल तरीका (डायोड)

सबसे सरल उपाय बिजली आपूर्ति और बैटरी को जोड़ने वाले सकारात्मक तार से जुड़े शॉट्की बैरियर डायोड का उपयोग करना है:

हालाँकि, इस तरह के समाधान की मुख्य समस्याओं के बारे में ऊपर उल्लिखित लेख में पहले ही बताया जा चुका है। इसके अलावा, यह दृष्टिकोण इस तथ्य के कारण अस्वीकार्य हो सकता है कि 12-वोल्ट लीड-एसिड बैटरी को बफर मोड में संचालित करने के लिए कम से कम 13.6 वोल्ट के वोल्टेज की आवश्यकता होती है। और डायोड पर गिरने वाला लगभग आधा वोल्ट मौजूदा बिजली आपूर्ति (बिल्कुल मेरा मामला) के साथ संयोजन में इस वोल्टेज को अप्राप्य बना सकता है।

यह सब हमें स्वचालित स्विचिंग के वैकल्पिक तरीकों की तलाश करने के लिए मजबूर करता है, जिसमें निम्नलिखित गुण होने चाहिए:

  1. चालू होने पर कम फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप।
  2. स्विच ऑन करने पर लोड और बफर बैटरी द्वारा बिजली की आपूर्ति से खपत होने वाली सीधी धारा को महत्वपूर्ण हीटिंग के बिना झेलने की क्षमता।
  3. उच्च रिवर्स वोल्टेज ड्रॉप और कम ऑफ-स्टेट स्व-खपत।
  4. आम तौर पर ऑफ स्टेट, ताकि जब चार्ज की गई बैटरी प्रारंभिक रूप से डी-एनर्जेटिक सिस्टम से जुड़ी हो, तो यह डिस्चार्ज होना शुरू न हो जाए।
  5. बैटरी की उपस्थिति और चार्ज स्तर की परवाह किए बिना, मुख्य वोल्टेज लागू होने पर चालू स्थिति में स्वचालित संक्रमण।
  6. बिजली गुल होने की स्थिति में ऑफ स्टेट में सबसे तेज़ संभव स्वचालित संक्रमण।
यदि डायोड एक आदर्श उपकरण होता, तो यह इन सभी शर्तों को बिना किसी समस्या के पूरा करता, लेकिन कठोर वास्तविकता बिंदु 1 और 2 पर संदेह पैदा करती है।

अनुभवहीन समाधान (डीसी रिले)

आवश्यकताओं का विश्लेषण करते समय, जो कोई भी थोड़ा भी "जानकार" है, वह इस उद्देश्य के लिए एक विद्युत चुम्बकीय रिले का उपयोग करने के विचार के साथ आएगा, जो नियंत्रण द्वारा बनाए गए चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करके संपर्कों को भौतिक रूप से बंद करने में सक्षम है। वाइंडिंग में करंट. और वह शायद रुमाल पर कुछ इस तरह भी लिखेगा:

इस सर्किट में, सामान्य रूप से खुले रिले संपर्क तभी बंद होते हैं जब बिजली आपूर्ति के आउटपुट से जुड़ी वाइंडिंग से करंट प्रवाहित होता है। हालाँकि, यदि आप आवश्यकताओं की सूची से गुजरते हैं, तो यह पता चलता है कि यह सर्किट बिंदु 6 के अनुरूप नहीं है। आखिरकार, यदि रिले संपर्क एक बार बंद हो गए थे, तो मुख्य वोल्टेज के नुकसान से वे खुल नहीं पाएंगे। वाइंडिंग (और इसके साथ बिजली आपूर्ति का संपूर्ण आउटपुट सर्किट) उन्हीं संपर्कों के माध्यम से बैटरी से जुड़ा रहता है! सकारात्मक प्रतिक्रिया का एक विशिष्ट मामला होता है, जब नियंत्रण सर्किट का कार्यकारी सर्किट से सीधा संबंध होता है, और परिणामस्वरूप, सिस्टम एक बिस्टेबल ट्रिगर के गुणों को प्राप्त करता है।

इस प्रकार, ऐसा भोला दृष्टिकोण समस्या का समाधान नहीं है। इसके अलावा, यदि आप वर्तमान स्थिति का तार्किक रूप से विश्लेषण करते हैं, तो आप आसानी से इस निष्कर्ष पर पहुंच सकते हैं कि "बीपी -> बफर बैटरी" अंतराल में, आदर्श परिस्थितियों में, एक दिशा में करंट का संचालन करने वाले वाल्व के अलावा कोई अन्य समाधान नहीं हो सकता है। वास्तव में, यदि हम किसी बाहरी नियंत्रण सिग्नल का उपयोग नहीं करते हैं, तो इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि हम सर्किट में इस बिंदु पर क्या करते हैं, हमारा कोई भी स्विचिंग तत्व, एक बार चालू होने पर, बैटरी द्वारा बनाई गई बिजली को बैटरी द्वारा बनाई गई बिजली से अप्रभेद्य बना देगा। बिजली की आपूर्ति।

राउंडअबाउट (एसी रिले)

पिछले बिंदु की सभी समस्याओं को समझने के बाद, एक "अफवाह" करने वाला व्यक्ति आमतौर पर बिजली आपूर्ति को एक तरफा प्रवाहकीय वाल्व के रूप में उपयोग करने का एक नया विचार लेकर आता है। क्यों नहीं? आखिरकार, यदि बिजली की आपूर्ति एक प्रतिवर्ती उपकरण नहीं है, और इसके आउटपुट को आपूर्ति की गई बैटरी वोल्टेज इनपुट पर 220 वोल्ट का एक वैकल्पिक वोल्टेज नहीं बनाती है (जैसा कि वास्तविक सर्किट में 100% मामलों में होता है), तो यह अंतर हो सकता है स्विचिंग तत्व के लिए नियंत्रण संकेत के रूप में उपयोग किया जाना चाहिए:

बिंगो! सभी आवश्यकताओं को पूरा किया गया है और इसके लिए आवश्यक एकमात्र चीज एक रिले है जो मुख्य वोल्टेज लागू होने पर संपर्कों को बंद करने में सक्षम है। यह मुख्य वोल्टेज के लिए डिज़ाइन किया गया एक विशेष एसी रिले हो सकता है। या अपनी स्वयं की मिनी-पावर आपूर्ति के साथ एक नियमित रिले (एक साधारण रेक्टिफायर के साथ कोई भी ट्रांसफार्मर-मुक्त स्टेप-डाउन सर्किट यहां पर्याप्त है)।

हम जीत का जश्न मना सकते थे, लेकिन मुझे यह फैसला पसंद नहीं आया. सबसे पहले, आपको किसी चीज़ को सीधे नेटवर्क से कनेक्ट करना होगा, जो सुरक्षा की दृष्टि से अच्छा नहीं है। दूसरे, तथ्य यह है कि इस रिले को महत्वपूर्ण धाराओं को स्विच करना होगा, शायद दसियों एम्पीयर तक, और यह पूरे डिज़ाइन को उतना तुच्छ और कॉम्पैक्ट नहीं बनाता है जितना शुरू में लग सकता है। और तीसरा, ऐसे सुविधाजनक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर के बारे में क्या?

पहला समाधान (FET + बैटरी वोल्टेज मीटर)

समस्या के अधिक सुरुचिपूर्ण समाधान की खोज ने मुझे इस तथ्य का एहसास कराया कि बाहरी "रिचार्ज" के बिना, लगभग 13.8 वोल्ट के वोल्टेज पर बफर मोड में चलने वाली बैटरी, लोड की अनुपस्थिति में भी जल्दी से अपना मूल वोल्टेज खो देती है। . यदि यह बिजली की आपूर्ति पर निर्वहन करना शुरू कर देता है, तो पहले मिनट में यह कम से कम 0.1 वोल्ट खो देता है, जो एक साधारण तुलनित्र द्वारा विश्वसनीय निर्धारण के लिए पर्याप्त से अधिक है। सामान्य तौर पर, विचार यह है: एक कम्यूटेटिंग क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर का गेट एक तुलनित्र द्वारा नियंत्रित किया जाता है। तुलनित्र इनपुट में से एक स्थिर वोल्टेज स्रोत से जुड़ा है। दूसरा इनपुट बिजली आपूर्ति वोल्टेज विभक्त से जुड़ा है। इसके अलावा, विभाजन गुणांक का चयन किया जाता है ताकि बिजली की आपूर्ति चालू होने पर विभक्त के आउटपुट पर वोल्टेज स्थिर स्रोत के वोल्टेज से लगभग 0.1..0.2 वोल्ट अधिक हो। परिणामस्वरूप, जब बिजली की आपूर्ति चालू होती है, तो विभाजक से वोल्टेज हमेशा प्रबल रहेगा, लेकिन जब नेटवर्क डी-एनर्जेटिक होता है, जैसे बैटरी वोल्टेज गिरता है, तो यह इस गिरावट के अनुपात में घट जाएगा। कुछ समय के बाद, विभक्त के आउटपुट पर वोल्टेज स्टेबलाइजर के वोल्टेज से कम होगा और तुलनित्र एक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर का उपयोग करके सर्किट को तोड़ देगा।

ऐसे उपकरण का अनुमानित आरेख:

जैसा कि आप देख सकते हैं, तुलनित्र का सीधा इनपुट स्थिर वोल्टेज के स्रोत से जुड़ा है। इस स्रोत का वोल्टेज, सिद्धांत रूप में, महत्वपूर्ण नहीं है, मुख्य बात यह है कि यह तुलनित्र के अनुमेय इनपुट वोल्टेज के भीतर है, लेकिन यह सुविधाजनक है जब यह बैटरी वोल्टेज का लगभग आधा, यानी लगभग 6 वोल्ट है। तुलनित्र का व्युत्क्रम इनपुट बिजली आपूर्ति वोल्टेज विभक्त से जुड़ा है, और आउटपुट स्विचिंग ट्रांजिस्टर के गेट से जुड़ा है। जब व्युत्क्रम इनपुट पर वोल्टेज आगे के इनपुट से अधिक हो जाता है, तो तुलनित्र का आउटपुट क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर के गेट को जमीन से जोड़ता है, जिससे ट्रांजिस्टर चालू हो जाता है और सर्किट पूरा हो जाता है। नेटवर्क को डी-एनर्जेट करने के बाद, कुछ समय बाद बैटरी वोल्टेज कम हो जाता है, इसके साथ ही तुलनित्र के व्युत्क्रम इनपुट पर वोल्टेज गिर जाता है, और जब यह प्रत्यक्ष इनपुट के स्तर से नीचे होता है, तो तुलनित्र ट्रांजिस्टर गेट को "फाड़" देता है। जमीन और इस तरह सर्किट टूट जाता है। इसके बाद, जब बिजली की आपूर्ति फिर से "जीवन में आती है", तो व्युत्क्रम इनपुट पर वोल्टेज तुरंत सामान्य स्तर तक बढ़ जाएगा और ट्रांजिस्टर फिर से खुल जाएगा।

इस सर्किट के व्यावहारिक कार्यान्वयन के लिए, मैंने अपने पास मौजूद LM393 चिप का उपयोग किया। यह बहुत सस्ता है (खुदरा में दस सेंट से भी कम), लेकिन साथ ही किफायती है और इसमें काफी अच्छी विशेषताएं हैं, एक दोहरा तुलनित्र। यह 36 वोल्ट तक बिजली आपूर्ति वोल्टेज की अनुमति देता है, इसमें कम से कम 50 वी/एमवी का संचरण गुणांक होता है, और इसके इनपुट में काफी उच्च प्रतिबाधा होती है। व्यावसायिक रूप से उपलब्ध उच्च-शक्ति पी-चैनल MOSFETs में से पहला, FDD6685, एक स्विचिंग ट्रांजिस्टर के रूप में लिया गया था। कई प्रयोगों के बाद, निम्नलिखित व्यावहारिक स्विच सर्किट प्राप्त किया गया:

इसमें, स्थिर वोल्टेज के अमूर्त स्रोत को प्रतिरोधी आर 2 और जेनर डायोड डी 1 से युक्त एक बहुत ही वास्तविक पैरामीट्रिक स्टेबलाइजर से बदल दिया जाता है, और विभक्त को ट्रिमिंग प्रतिरोधी आर 1 के आधार पर बनाया जाता है, जो आपको विभाजन गुणांक को वांछित में समायोजित करने की अनुमति देता है। कीमत। चूंकि तुलनित्र इनपुट में बहुत महत्वपूर्ण प्रतिबाधा होती है, स्टेबलाइजर में भिगोना प्रतिरोध का मूल्य सौ kOhms से अधिक हो सकता है, जो रिसाव वर्तमान को कम करने की अनुमति देता है, और इसलिए डिवाइस की कुल खपत। ट्रिमिंग रोकनेवाला का मान बिल्कुल भी महत्वपूर्ण नहीं है और इसे सर्किट के प्रदर्शन पर किसी भी परिणाम के बिना दस से कई सौ kOhm तक की सीमा में चुना जा सकता है। इस तथ्य के कारण कि तुलनित्र LM393 का आउटपुट सर्किट एक खुले कलेक्टर सर्किट के अनुसार बनाया गया है, इसके कार्यात्मक समापन के लिए कई सौ kOhms के प्रतिरोध के साथ एक लोड अवरोधक R3 की भी आवश्यकता होती है।

डिवाइस को समायोजित करने से ट्रिमर रेसिस्टर स्लाइडर की स्थिति को ऐसी स्थिति में सेट किया जाता है जहां माइक्रोक्रिकिट के लेग 2 पर वोल्टेज लेग 3 पर लगभग 0.1..0.2 वोल्ट से अधिक हो जाता है। स्थापित करने के लिए, उच्च-प्रतिबाधा सर्किट में मल्टीमीटर का उपयोग नहीं करना बेहतर है, लेकिन केवल अवरोधक स्लाइडर को निचली स्थिति में सेट करके (आरेख के अनुसार), बिजली की आपूर्ति कनेक्ट करें (हम अभी तक बैटरी कनेक्ट नहीं करते हैं), और, माइक्रोसर्किट के पिन 1 पर वोल्टेज को मापते हुए, अवरोधक संपर्क को ऊपर की ओर ले जाएं। जैसे ही वोल्टेज तेजी से शून्य पर गिरता है, प्री-ट्यूनिंग को पूरा माना जा सकता है।

आपको न्यूनतम वोल्टेज अंतर के साथ बंद करने का प्रयास नहीं करना चाहिए, क्योंकि इससे अनिवार्य रूप से सर्किट का गलत संचालन होगा। वास्तविक परिस्थितियों में, इसके विपरीत, आपको जानबूझकर संवेदनशीलता कम करनी होगी। तथ्य यह है कि जब लोड चालू होता है, तो बिजली आपूर्ति में गैर-आदर्श स्थिरीकरण और कनेक्टिंग तारों के सीमित प्रतिरोध के कारण सर्किट के इनपुट पर वोल्टेज अनिवार्य रूप से गिर जाता है। यह इस तथ्य को जन्म दे सकता है कि एक अति संवेदनशील उपकरण इस तरह की गिरावट को बिजली की आपूर्ति का वियोग मानेगा और सर्किट को तोड़ देगा। नतीजतन, बिजली की आपूर्ति केवल तभी जुड़ी होगी जब कोई लोड नहीं होगा, और बैटरी को बाकी समय काम करना होगा। सच है, जब बैटरी को थोड़ा डिस्चार्ज किया जाता है, तो क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर का आंतरिक डायोड खुल जाएगा और बिजली की आपूर्ति से करंट इसके माध्यम से सर्किट में प्रवाहित होने लगेगा। लेकिन इससे ट्रांजिस्टर अधिक गर्म हो जाएगा और बैटरी लंबे समय तक अंडरचार्ज मोड में काम करेगी। सामान्य तौर पर, अंतिम अंशांकन एक वास्तविक लोड के तहत किया जाना चाहिए, माइक्रोक्रिकिट के पिन 1 पर वोल्टेज की निगरानी करना और अंततः विश्वसनीयता के लिए एक छोटा सा मार्जिन छोड़ना चाहिए।

इस योजना के महत्वपूर्ण नुकसान अंशांकन की सापेक्ष जटिलता और सही संचालन सुनिश्चित करने के लिए बैटरी ऊर्जा के संभावित नुकसान को सहन करने की आवश्यकता है।

आखिरी खामी ने मुझे परेशान किया और कुछ चिंतन के बाद मुझे बैटरी वोल्टेज नहीं, बल्कि सीधे सर्किट में करंट की दिशा मापने का विचार आया।

दूसरा समाधान (क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर + वर्तमान दिशा मीटर)

धारा की दिशा मापने के लिए किसी चतुर सेंसर का उपयोग किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक हॉल सेंसर जो एक कंडक्टर के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र वेक्टर को पंजीकृत करता है और आपको सर्किट को तोड़े बिना न केवल दिशा, बल्कि वर्तमान की ताकत भी निर्धारित करने की अनुमति देता है। हालाँकि, ऐसे सेंसर की कमी (और ऐसे उपकरणों के साथ अनुभव) के कारण, क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर चैनल पर वोल्टेज ड्रॉप के संकेत को मापने का प्रयास करने का निर्णय लिया गया था। बेशक, खुली अवस्था में, चैनल प्रतिरोध को एक ओम के सौवें हिस्से में मापा जाता है (यही पूरा विचार है), लेकिन, फिर भी, यह काफी सीमित है और आप इस पर खेलने का प्रयास कर सकते हैं। इस समाधान के पक्ष में एक अतिरिक्त तर्क यह है कि इसमें बारीक समायोजन की कोई आवश्यकता नहीं है। हम केवल वोल्टेज ड्रॉप की ध्रुवीयता को मापेंगे, न कि उसके निरपेक्ष मान को।

सबसे निराशावादी गणना के अनुसार, लगभग 14 mOhm के FDD6685 ट्रांजिस्टर के खुले चैनल प्रतिरोध और 50 V/mV के "न्यूनतम" कॉलम से LM393 तुलनित्र की अंतर संवेदनशीलता के साथ, हमारे पास 12 वोल्ट का पूर्ण वोल्टेज स्विंग होगा केवल 17 mA से अधिक के ट्रांजिस्टर के माध्यम से करंट के साथ तुलनित्र आउटपुट पर। जैसा कि आप देख सकते हैं, मूल्य काफी वास्तविक है। व्यवहार में, यह लगभग छोटे परिमाण का एक क्रम होना चाहिए, क्योंकि हमारे तुलनित्र की विशिष्ट संवेदनशीलता 200 V/mV है, वास्तविक परिस्थितियों में ट्रांजिस्टर चैनल प्रतिरोध, स्थापना को ध्यान में रखते हुए, 25 mOhm से कम होने की संभावना नहीं है, और गेट पर नियंत्रण वोल्टेज स्विंग तीन वोल्ट से अधिक नहीं हो सकती।

सार कार्यान्वयन कुछ इस तरह दिखेगा:

यहां तुलनित्र इनपुट क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर के विपरीत पक्षों पर सीधे सकारात्मक बस से जुड़े हुए हैं। जब करंट इसके माध्यम से अलग-अलग दिशाओं में गुजरता है, तो तुलनित्र के इनपुट पर वोल्टेज अनिवार्य रूप से भिन्न होंगे, और अंतर का संकेत वर्तमान की दिशा के अनुरूप होगा, और परिमाण इसकी ताकत के अनुरूप होगा।

पहली नज़र में, सर्किट बेहद सरल लगता है, लेकिन यहां तुलनित्र को बिजली की आपूर्ति के साथ एक समस्या उत्पन्न होती है। यह इस तथ्य में निहित है कि हम माइक्रोसर्किट को सीधे उसी सर्किट से बिजली नहीं दे सकते हैं जिसे इसे मापना चाहिए। डेटाशीट के अनुसार, LM393 इनपुट पर अधिकतम वोल्टेज सप्लाई वोल्टेज माइनस दो वोल्ट से अधिक नहीं होना चाहिए। यदि यह सीमा पार हो जाती है, तो तुलनित्र प्रत्यक्ष और व्युत्क्रम इनपुट पर वोल्टेज में अंतर देखना बंद कर देता है।

इस समस्या के दो संभावित समाधान हैं। पहला, स्पष्ट, तुलनित्र की आपूर्ति वोल्टेज को बढ़ाना है। दूसरी बात जो दिमाग में आती है, यदि आप थोड़ा सोचें, तो दो डिवाइडर का उपयोग करके नियंत्रण वोल्टेज को समान रूप से कम करना है। यह इस प्रकार दिख सकता है:

यह योजना अपनी सरलता और संक्षिप्तता से मनमोहक है, लेकिन, दुर्भाग्य से, यह वास्तविक दुनिया में संभव नहीं है। तथ्य यह है कि हम केवल कुछ मिलीवोल्ट के तुलनित्र इनपुट के बीच वोल्टेज अंतर से निपट रहे हैं। इसी समय, उच्चतम सटीकता वर्ग के भी प्रतिरोधों के प्रतिरोध का प्रसार 0.1% है। 2 से 8 के न्यूनतम स्वीकार्य विभाजन अनुपात और 10 kOhm के उचित विभाजक प्रतिबाधा के साथ, माप त्रुटि 3 mV तक पहुंच जाएगी, जो 17 mA के वर्तमान में ट्रांजिस्टर में वोल्टेज ड्रॉप से ​​कई गुना अधिक है। डिवाइडर में से किसी एक में "ट्यूनर" का उपयोग उसी कारण से समाप्त कर दिया गया है, क्योंकि सटीक मल्टी-टर्न रेसिस्टर का उपयोग करते समय भी 0.01% से अधिक की सटीकता के साथ इसके प्रतिरोध का चयन करना संभव नहीं है (साथ ही मत भूलना समय और तापमान बहाव के बारे में)। इसके अलावा, जैसा कि पहले ही ऊपर लिखा जा चुका है, सैद्धांतिक रूप से इस सर्किट को इसकी लगभग "डिजिटल" प्रकृति के कारण अंशांकन की बिल्कुल भी आवश्यकता नहीं होनी चाहिए।

जो कुछ कहा गया है उसके आधार पर, व्यवहार में आपूर्ति वोल्टेज को बढ़ाना ही एकमात्र विकल्प बचा है। सिद्धांत रूप में, यह ऐसी कोई समस्या नहीं है, यह देखते हुए कि बड़ी संख्या में विशेष माइक्रो-सर्किट हैं जो आपको केवल कुछ हिस्सों का उपयोग करके आवश्यक वोल्टेज के लिए एक स्टेपअप कनवर्टर बनाने की अनुमति देते हैं। लेकिन तब डिवाइस की जटिलता और इसकी खपत लगभग दोगुनी हो जाएगी, जिससे मैं बचना चाहूंगा।

कम-पावर बूस्ट कनवर्टर बनाने के कई तरीके हैं। उदाहरण के लिए, अधिकांश एकीकृत कन्वर्टर्स सीधे चिप पर स्थित "पावर" स्विच के साथ श्रृंखला में जुड़े एक छोटे प्रारंभकर्ता के स्व-प्रेरण वोल्टेज का उपयोग करते हैं। यह दृष्टिकोण अपेक्षाकृत शक्तिशाली रूपांतरण के लिए उचित है, उदाहरण के लिए, दसियों मिलीमीटर के करंट के साथ एक एलईडी को बिजली देने के लिए। हमारे मामले में, यह स्पष्ट रूप से अनावश्यक है, क्योंकि हमें केवल लगभग एक मिलीएम्प का करंट प्रदान करने की आवश्यकता है। एक नियंत्रण स्विच, दो कैपेसिटर और दो डायोड का उपयोग करके एक डीसी वोल्टेज दोहरीकरण सर्किट हमारे लिए अधिक उपयुक्त है। इसके संचालन के सिद्धांत को चित्र से समझा जा सकता है:

समय के पहले क्षण में, जब ट्रांजिस्टर बंद हो जाता है, तो कुछ भी दिलचस्प नहीं होता है। पावर बस से करंट डायोड डी1 और डी2 से होकर आउटपुट तक जाता है, जिसके परिणामस्वरूप कैपेसिटर सी2 पर वोल्टेज इनपुट को आपूर्ति की गई वोल्टेज से थोड़ा कम होता है। हालाँकि, यदि ट्रांजिस्टर खुलता है, तो कैपेसिटर C1, डायोड D1 और ट्रांजिस्टर के माध्यम से, लगभग आपूर्ति वोल्टेज तक चार्ज हो जाएगा (D1 और ट्रांजिस्टर पर सीधी गिरावट को घटाकर)। अब, यदि हम ट्रांजिस्टर को फिर से बंद करते हैं, तो यह पता चलता है कि चार्ज किया गया कैपेसिटर C1 रोकनेवाला R1 और पावर स्रोत के साथ श्रृंखला में जुड़ा हुआ है। नतीजतन, इसका वोल्टेज बिजली स्रोत के वोल्टेज में जुड़ जाएगा और, रोकनेवाला आर 1 और डायोड डी 2 में कुछ नुकसान झेलने के बाद, सी 2 को लगभग दोगुना यूइन तक चार्ज कर देगा। इसके बाद पूरा चक्र दोबारा शुरू किया जा सकता है। परिणामस्वरूप, यदि ट्रांजिस्टर नियमित रूप से स्विच करता है, और C2 से ऊर्जा निष्कर्षण बहुत अधिक नहीं है, तो 12 वोल्ट से आपको केवल पांच भागों (कुंजी की गिनती नहीं) की कीमत पर लगभग 20 मिलते हैं, जिनके बीच एक भी वाइंडिंग नहीं होती है या आयामी तत्व.

ऐसे डबललर को लागू करने के लिए, पहले से सूचीबद्ध तत्वों के अलावा, हमें एक दोलन जनरेटर और कुंजी की भी आवश्यकता है। ऐसा लग सकता है कि इसमें बहुत सारे विवरण हैं, लेकिन वास्तव में ऐसा नहीं है, क्योंकि हमारे पास पहले से ही लगभग वह सब कुछ है जो हमें चाहिए। मुझे आशा है कि आप यह नहीं भूले होंगे कि LM393 में दो तुलनित्र हैं? और इस तथ्य के बारे में क्या कि हमने अब तक उनमें से केवल एक का ही उपयोग किया है? आख़िरकार, एक तुलनित्र भी एक एम्पलीफायर है, जिसका अर्थ है कि यदि आप इसे प्रत्यावर्ती धारा पर सकारात्मक प्रतिक्रिया के साथ कवर करते हैं, तो यह एक जनरेटर में बदल जाएगा। साथ ही, इसका आउटपुट ट्रांजिस्टर नियमित रूप से खुलेगा और बंद होगा, एक डबललर कुंजी की भूमिका पूरी तरह से निभाएगा। जब हम अपनी योजना को क्रियान्वित करने का प्रयास करते हैं तो हमें यही मिलता है:

सबसे पहले, जनरेटर को उस वोल्टेज से बिजली देने का विचार जो वह वास्तव में ऑपरेशन के दौरान पैदा करता है, काफी जंगली लग सकता है। हालाँकि, यदि आप करीब से देखें, तो आप देख सकते हैं कि जनरेटर को शुरू में डायोड डी1 और डी2 के माध्यम से शक्ति प्राप्त होती है, जो इसे शुरू करने के लिए पर्याप्त है। जेनरेशन होने के बाद, डबललर काम करना शुरू कर देता है, और आपूर्ति वोल्टेज सुचारू रूप से लगभग 20 वोल्ट तक बढ़ जाता है। इस प्रक्रिया में एक सेकंड से अधिक समय नहीं लगता है, जिसके बाद जनरेटर, और इसके साथ पहला तुलनित्र, सर्किट के ऑपरेटिंग वोल्टेज से काफी अधिक शक्ति प्राप्त करता है। इससे हमें क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर के स्रोत और नाली पर वोल्टेज अंतर को सीधे मापने और अपने लक्ष्य को प्राप्त करने का अवसर मिलता है।

यहां हमारे स्विच का अंतिम आरेख है:

इसके बारे में समझाने के लिए कुछ भी नहीं बचा है, सब कुछ ऊपर वर्णित है। जैसा कि आप देख सकते हैं, डिवाइस में एक भी समायोजन तत्व नहीं है और, यदि सही ढंग से इकट्ठा किया गया है, तो तुरंत काम करना शुरू कर देता है। पहले से परिचित सक्रिय तत्वों के अलावा, केवल दो डायोड जोड़े गए हैं, जिसके लिए आप कम से कम 25 वोल्ट के अधिकतम रिवर्स वोल्टेज और 10 एमए के अधिकतम फॉरवर्ड करंट वाले किसी भी कम-शक्ति वाले डायोड का उपयोग कर सकते हैं (उदाहरण के लिए, व्यापक रूप से 1N4148 का उपयोग किया गया है, जिसे पुराने मदरबोर्ड से अलग किया जा सकता है)।

इस सर्किट का ब्रेडबोर्ड पर परीक्षण किया गया, जहां यह पूरी तरह कार्यात्मक साबित हुआ। प्राप्त पैरामीटर पूरी तरह से अपेक्षाओं के अनुरूप हैं: दोनों दिशाओं में तात्कालिक स्विचिंग, लोड कनेक्ट करते समय कोई अपर्याप्त प्रतिक्रिया नहीं, बैटरी से वर्तमान खपत केवल 2.1 एमए है।

मुद्रित सर्किट बोर्ड लेआउट विकल्पों में से एक भी शामिल है। 300 डीपीआई, भागों के किनारे से देखें (इसलिए आपको दर्पण छवि में प्रिंट करने की आवश्यकता है)। फ़ील्ड इफ़ेक्ट ट्रांजिस्टर कंडक्टर साइड पर लगा होता है।

असेंबल किया गया उपकरण, इंस्टॉलेशन के लिए पूरी तरह से तैयार:

मैंने इसे पुराने तरीके से तार दिया, इसलिए यह थोड़ा टेढ़ा हो गया, लेकिन फिर भी, डिवाइस नियमित रूप से 15 एम्पीयर तक के करंट वाले सर्किट में बिना ज़्यादा गरम होने के किसी भी संकेत के कई दिनों तक अपना कार्य कर रहा है।

बढ़ी हुई विश्वसनीयता आवश्यकताओं के अधीन औद्योगिक उपकरणों को डिजाइन करते समय, मुझे डिवाइस को बिजली कनेक्शन की गलत ध्रुवता से बचाने की समस्या का एक से अधिक बार सामना करना पड़ा है। यहां तक ​​कि अनुभवी इंस्टॉलर भी कभी-कभी प्लस को माइनस के साथ भ्रमित करने में कामयाब हो जाते हैं। संभवतः, नौसिखिया इलेक्ट्रॉनिक्स इंजीनियरों के प्रयोगों के दौरान ऐसी समस्याएं और भी अधिक तीव्र होती हैं। इस लेख में हम समस्या के सबसे सरल समाधानों पर गौर करेंगे - पारंपरिक और शायद ही कभी इस्तेमाल की जाने वाली सुरक्षा विधियाँ दोनों।

सबसे सरल उपाय जो तुरंत ही सुझाया जाता है वह है डिवाइस के साथ श्रृंखला में एक पारंपरिक अर्धचालक डायोड को जोड़ना।


सरल, सस्ता और खुशमिजाज़, ऐसा लगेगा कि ख़ुशी के लिए और क्या चाहिए? हालाँकि, इस विधि में एक बहुत गंभीर खामी है - खुले डायोड पर एक बड़ा वोल्टेज ड्रॉप।


यहां डायोड के सीधे कनेक्शन के लिए एक विशिष्ट I-V विशेषता दी गई है। 2 एम्पियर के करंट पर, वोल्टेज ड्रॉप लगभग 0.85 वोल्ट होगा। 5 वोल्ट और उससे कम के लो-वोल्टेज सर्किट के मामले में, यह एक बहुत महत्वपूर्ण नुकसान है। उच्च वोल्टेज वाले लोगों के लिए, ऐसी गिरावट कम भूमिका निभाती है, लेकिन एक और अप्रिय कारक है। उच्च धारा खपत वाले सर्किट में, डायोड बहुत महत्वपूर्ण शक्ति का अपव्यय करेगा। तो शीर्ष चित्र में दिखाए गए मामले के लिए, हमें मिलता है:
0.85V x 2A = 1.7W.
ऐसे मामले के लिए डायोड द्वारा नष्ट की गई शक्ति पहले से ही बहुत अधिक है और यह काफ़ी गर्म हो जाएगा!
हालाँकि, यदि आप थोड़ा और पैसा देने को तैयार हैं, तो आप शोट्की डायोड का उपयोग कर सकते हैं, जिसमें कम ड्रॉप वोल्टेज है।


यहां शॉट्की डायोड के लिए एक विशिष्ट I-V विशेषता दी गई है। आइए इस मामले के लिए बिजली अपव्यय की गणना करें।
0.55V x 2A = 1.1W
पहले से कुछ हद तक बेहतर. लेकिन अगर आपका उपकरण और भी गंभीर करंट की खपत करता है तो क्या करें?
कभी-कभी डायोड को रिवर्स कनेक्शन में डिवाइस के समानांतर रखा जाता है, जो आपूर्ति वोल्टेज मिश्रित होने पर जल जाएगा और शॉर्ट सर्किट का कारण बनेगा। इस मामले में, आपके डिवाइस को न्यूनतम क्षति होने की संभावना है, लेकिन बिजली की आपूर्ति विफल हो सकती है, इस तथ्य का उल्लेख नहीं करने के लिए कि सुरक्षात्मक डायोड को स्वयं बदलना होगा, और इसके साथ ही, बोर्ड पर ट्रैक क्षतिग्रस्त हो सकते हैं। संक्षेप में, यह विधि चरम खेल प्रेमियों के लिए है।
हालाँकि, एक और थोड़ा अधिक महंगा, लेकिन बहुत सरल और ऊपर सूचीबद्ध नुकसानों से रहित, सुरक्षा का एक तरीका है - एक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर का उपयोग करना। पिछले 10 वर्षों में, इन अर्धचालक उपकरणों के मापदंडों में नाटकीय रूप से सुधार हुआ है, लेकिन इसके विपरीत, कीमत में काफी गिरावट आई है। शायद तथ्य यह है कि महत्वपूर्ण सर्किट को बिजली आपूर्ति की गलत ध्रुवता से बचाने के लिए उनका उपयोग बहुत ही कम किया जाता है, इसे काफी हद तक सोच की जड़ता से समझाया जा सकता है। निम्नलिखित चित्र पर विचार करें:


जब बिजली लागू की जाती है, तो लोड का वोल्टेज सुरक्षात्मक डायोड से होकर गुजरता है। इस पर गिरावट काफी बड़ी है - हमारे मामले में, लगभग एक वोल्ट। हालाँकि, परिणामस्वरूप, ट्रांजिस्टर के गेट और स्रोत के बीच कटऑफ वोल्टेज से अधिक वोल्टेज बनता है और ट्रांजिस्टर खुल जाता है। स्रोत-नाली प्रतिरोध तेजी से कम हो जाता है और धारा डायोड के माध्यम से नहीं, बल्कि खुले ट्रांजिस्टर के माध्यम से प्रवाहित होने लगती है।


आइए विशिष्टताओं पर चलते हैं। उदाहरण के लिए, FQP47З06 ट्रांजिस्टर के लिए, विशिष्ट चैनल प्रतिरोध 0.026 ओम होगा! यह गणना करना आसान है कि हमारे मामले में ट्रांजिस्टर द्वारा नष्ट की गई शक्ति केवल 25 मिलीवाट होगी, और वोल्टेज ड्रॉप शून्य के करीब है!
शक्ति स्रोत की ध्रुवता बदलते समय, सर्किट में कोई धारा प्रवाहित नहीं होगी। सर्किट की कमियों के बीच, कोई शायद यह देख सकता है कि ऐसे ट्रांजिस्टर में गेट और स्रोत के बीच बहुत अधिक ब्रेकडाउन वोल्टेज नहीं होता है, लेकिन सर्किट को थोड़ा जटिल करके, इसका उपयोग उच्च-वोल्टेज सर्किट की सुरक्षा के लिए किया जा सकता है।


मुझे लगता है कि पाठकों के लिए यह समझना मुश्किल नहीं होगा कि यह योजना कैसे काम करती है।

लेख के प्रकाशन के बाद, सम्मानित उपयोगकर्ता केरोरो ने टिप्पणियों में एक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर पर आधारित एक सुरक्षा सर्किट प्रदान किया, जिसका उपयोग आईफोन 4 में किया जाता है। मुझे आशा है कि अगर मैं अपनी पोस्ट को उनकी खोज के साथ पूरक कर दूं तो उन्हें कोई आपत्ति नहीं होगी।

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