रोयर ऑसिलेटर: Difference between revisions

एक रॉयर ऑसीलेटर एक इलेक्ट्रॉनिक विश्राम ऑसीलेटर है जो मुख्य पावर पथ में एक [[संतृप्त रिएक्टर]] | संतृप्त-कोर [[ट्रांसफार्मर]] को नियोजित करता है। इसका आविष्कार और पेटेंट अप्रैल 1954 में रिचर्ड एल. ब्राइट और जॉर्ज एच. रॉयर द्वारा किया गया था, जो पेटेंट पर सह-आविष्कारक के रूप में सूचीबद्ध हैं।<ref>[https://patents.google.com/patent/US2783384A/en?oq=US2783384A Royer oscillator circuit United States Patent 2783384]</ref> इसमें सादगी, कम घटक गणना, [[आयत]] तरंग और ट्रांसफार्मर अलगाव के फायदे हैं। एक इन्वर्टर होने के साथ-साथ, इसका उपयोग गैल्वेनिक रूप से पृथक डीसी-डीसी कनवर्टर के रूप में किया जा सकता है जब ट्रांसफॉर्मर आउटपुट वाइंडिंग एक उपयुक्त रेक्टीफाइंग चरण से जुड़ा होता है, इस मामले में परिणामी उपकरण को आमतौर पर रॉयर कन्वर्टर कहा जाता है।

इसके कुछ नुकसान हैं, सबसे उल्लेखनीय यह है कि इसका आउटपुट वोल्टेज (आयाम और आवृत्ति दोनों) इनपुट वोल्टेज पर दृढ़ता से निर्भर है, और रॉयर द्वारा पेटेंट किए गए मूल डिजाइन में महत्वपूर्ण बदलाव किए बिना इसे दूर नहीं किया जा सकता है। अन्य नुकसान यह है कि ट्रांसफॉर्मर में बिजली की हानि बहुत महत्वपूर्ण हो सकती है क्योंकि इसे डिजाइन आवृत्ति पर अधिकतम (संतृप्त) चुंबकीय प्रवाह घनत्व पर काम करना चाहिए। इसलिए, ट्रांसफॉर्मर रोयर इन्वर्टर का एक महत्वपूर्ण घटक है जिसका प्रभाव (ए) इसके कार्य (आउटपुट वोल्टेज का आयाम और आवृत्ति) पर पड़ता है, और (बी) यह उस कार्य (समग्र दक्षता) को कितनी अच्छी तरह करता है।

[[File:Royer Circuit1.gif|250px|thumb|रोयर ऑसिलेटर सर्किट]]

[[File:DC-AC inverter of the Royer circuit.jpg|250px|thumb|55 हर्ट्ज डीसी-एसी इन्वर्टर]]रॉयर ऑसिलेटर सर्किट में एक सैचुरेबल रिएक्टर | सैचुरेबल-कोर ट्रांसफॉर्मर होता है जिसमें सेंटर-टैप्ड प्राइमरी वाइंडिंग, एक फीडबैक वाइंडिंग और (वैकल्पिक रूप से) [[माध्यमिक वाइंडिंग]] होती है। प्राथमिक के दो हिस्सों को [[पुश-पुल कनवर्टर]]|पुश-पुल कॉन्फ़िगरेशन में दो [[ट्रांजिस्टर]] द्वारा संचालित किया जाता है। फीडबैक वाइंडिंग [[सकारात्मक [[प्रतिक्रिया]]]] प्रदान करने के लिए ट्रांसफॉर्मर पावर की एक छोटी मात्रा को वापस ट्रांजिस्टर बेस में जोड़ता है, जिससे दोलन उत्पन्न होता है। दोलन आवृत्ति अधिकतम [[चुंबकीय प्रवाह]] घनत्व, बिजली आपूर्ति वोल्टेज और [[प्राथमिक वाइंडिंग]] के अधिष्ठापन द्वारा निर्धारित की जाती है।

बेसिक रोयर [[स्क्वेर वेव]] आउटपुट वोल्टेज उत्पन्न करता है, <ref>Pressman et al., p. 266</ref> जो कुछ अनुप्रयोगों के लिए फायदेमंद हो सकता है। इस स्क्वायर-वेव आउटपुट वोल्टेज को एक उपयुक्त रेक्टिफायर चरण (आमतौर पर एक डायोड फुल-वेव ब्रिज जिसके बाद एक फिल्टर चोक और स्मूथिंग कैपेसिटर होता है) से गुजारकर निरंतर वोल्टेज (DC) में परिवर्तित किया जा सकता है।

यह सर्किट दो राज्यों के बीच स्विच करने के लिए पूरी तरह से चुंबकीय कोर संतृप्ति पर निर्भर करता है, जिसके तीन (3) महत्वपूर्ण परिणाम हैं: -

दूसरे, ऑपरेशन की आवृत्ति की ऊपरी सीमा होती है। यह व्यावहारिक रॉयर कन्वर्टर्स को समान पावर रेटिंग्स के स्विच-मोड पावर सप्लाई के अधिक आधुनिक उदाहरणों की तुलना में बड़ा और भारी बनाता है जो बहुत अधिक आवृत्तियों पर काम करते हैं।

! Core material !! Saturation Flux Density / G !! Core Losses W/cm³ at 50&nbsp;kHz

| Toshiba MB || 6000 || 0.49

| Metglas2714A || 6000 || 0.62

| Square Permalloy 80 (0.5 mil) || 7800 || 0.98

| Square Permalloy 80 (1 mil) || 7800 || 4.2

| Ferrite Type 84 || 4000 || 4

कुछ डीसी-एसी इनवर्टर में क्लासिक रॉयर ऑसिलेटर सर्किट का उपयोग किया जाता है जहां लोड के लिए स्क्वायर-वेव आउटपुट स्वीकार्य है। 1970 के दशक में DC-DC कन्वर्टर फॉर्म (रॉयर कन्वर्टर) काफी लोकप्रिय था, उस समय के दौरान इसे आमतौर पर बाइपोलर ट्रांजिस्टर के साथ लागू किया गया था।<ref name="Golio2010">{{cite book|author=Mike Golio|title=आरएफ और माइक्रोवेव हैंडबुक|url=https://books.google.com/books?id=UIHMnx0k9oAC&pg=SA3-PA66|year=2010|publisher=CRC Press|isbn=978-1-4200-3676-3|page=3–66}}</ref> हालांकि, ऊपर बताए गए नुकसान के कारण बिजली का स्तर आमतौर पर कुछ सौ वाट से कम तक सीमित होता है।

===जेन्सेन ऑसिलेटर/कनवर्टर===

स्विचिंग ट्रांजिस्टर को केवल नियंत्रण संकेत प्रदान करने के लिए एक अलग संतृप्त चुंबकीय कोर का उपयोग करके, मुख्य ट्रांसफार्मर को अब संतृप्त करने की आवश्यकता नहीं है और इसलिए इसकी बिजली हानि काफी कम हो सकती है। चूंकि जोड़ा गया ट्रांसफॉर्मर मुख्य ट्रांसफॉर्मर की तुलना में बहुत छोटा होता है, इसलिए संतृप्ति में संचालन के कारण इसका बिजली नुकसान मुख्य ट्रांसफॉर्मर को संतृप्ति में संचालित करने की तुलना में बहुत कम बिजली नुकसान होता है। इसके परिणामस्वरूप समग्र कनवर्टर दक्षता में महत्वपूर्ण सुधार हुआ है और डीसी-एसी इनवर्टर और डीसी-डीसी कन्वर्टर्स के बहुत अधिक बिजली रेटिंग के कार्यान्वयन की अनुमति मिलती है। इसके अलावा, डिजाइनर अब उपयुक्त घटकों और सामग्रियों की एक विस्तृत श्रृंखला से मुख्य ट्रांसफॉर्मर का चयन या डिजाइन करने के लिए स्वतंत्र है। यह सुधार पहली बार 1955 में जेन्सेन द्वारा पेटेंट कराया गया था, रॉयर द्वारा 06-अप्रैल-1954 को अपना पेटेंट दायर करने के ठीक 16 महीने बाद। (यूएस पेटेंट #2774878 देखें, 29-अगस्त-1955 दायर)।

===वर्तमान-फेड रॉयर/जेन्सेन कन्वर्टर===

मूल रॉयर ऑसिलेटर की एक खामी यह है कि स्विचिंग ट्रांजिस्टर पर तनाव स्विचिंग ट्रांज़िशन समय के दौरान अधिक होता है (यह वह समय है जब ट्रांजिस्टर स्विच या तो स्थिति बदल रहा है (ए) ऑफ से ऑन, या (बी) ऑन से ऑफ ). इस समय के दौरान, ट्रांजिस्टर एक साथ उच्च वोल्टेज और उच्च धारा दोनों का अनुभव करते हैं, जिससे ट्रांजिस्टर के भीतर उच्च तात्कालिक शक्ति अपव्यय होता है। इनपुट पावर सप्लाई और ट्रांसफॉर्मर सेंटर टैप के बीच एक प्रारंभ करनेवाला डालकर इस कमी को दूर किया जाता है। यह प्रारंभ करनेवाला केंद्र-टैप वोल्टेज को पूर्वोक्त स्विचिंग ट्रांज़िशन समय के दौरान इनपुट करंट को अपेक्षाकृत स्थिर रखते हुए (इसलिए नाम करंट-फेड) रखने की अनुमति देता है, इस प्रकार प्रत्येक ट्रांजिस्टर में वोल्टेज को कम करने की अनुमति देता है जबकि वर्तमान को एक से स्थानांतरित किया जाता है। ट्रांजिस्टर दूसरे के लिए, जिससे ट्रांजिस्टर तात्कालिक बिजली अपव्यय को बहुत कम कर देता है। इस उन्नत संस्करण को कुछ पुस्तकों में वर्तमान-फेड रॉयर ऑसिलेटर कहा जाता है।<ref>Pressman et al., p. 271</ref> इस सुधार के अधिकांश उदाहरणों में, यह डिज़ाइनर जानबूझकर इस प्रारंभ करनेवाला (हेनरी की इकाइयाँ, https://en.wikipedia.org/wiki/Henry_(unit)) के अधिष्ठापन मूल्य का चयन करता है ताकि पर्याप्त रूप से बड़ा हो सके ताकि इसमें प्रवाहित होने वाली धारा प्रारंभ करनेवाला अपेक्षाकृत स्थिर है; आम तौर पर करंट में एक छोटा रिपल घटक होता है, कहते हैं, औसत मूल्य के 30% से कम का पीक-टू-पीक रिपल। ऐसे मामलों में, इस प्रेरक को डीसी चोक या सिर्फ चोक कहा जाता है, [[चोक (इलेक्ट्रॉनिक्स)]] देखें।

यह सुधार ऊपर बताए गए जेन्सेन कन्वर्टर पर भी लागू हो सकता है।

=== विनियमित वर्तमान-फेड रॉयर/जेन्सेन कन्वर्टर ===

एक और शोधन इनपुट वोल्टेज स्रोत और चोक (प्रारंभ करनेवाला) के बीच एक स्टेप-डाउन कनवर्टर का जोड़ है। इस स्टेप-डाउन कन्वर्टर का उपयोग चोक में प्रवाहित धारा को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है, जिससे आउटपुट वोल्टेज को नियंत्रित किया जा सकता है। यह परिशोधन, निश्चित रूप से, मूल रोयर और जेन्सेन संस्करण दोनों के लिए समान प्रभावशीलता के साथ लागू किया जा सकता है। इसका एक प्रारंभिक उदाहरण जोन्स द्वारा यू.एस. पेटेंट में पाया जा सकता है, दायर 05-सितंबर-1980, यू.एस. 4,344,122।

प्रौद्योगिकी हमेशा आगे बढ़ रही है, और स्व-दोलन सर्किट का विकास इस संबंध में अलग नहीं है। 1959 में, रॉयर ऑसिलेटर के पेटेंट और प्रकाशित होने के कुछ ही वर्षों बाद, एक नए ऑसिलेटर का आविष्कार किया गया था जिसे आमतौर पर बैक्सैंडल इन्वर्टर/कनवर्टर के रूप में संदर्भित किया जाता है क्योंकि इसे पीटर जेम्स बैक्संडल ([[पीटर बचंडल]] देखें), (जीबी पेटेंट देखें) द्वारा पेटेंट कराया गया था। 959,550, दायर 13-Mar-1959), और शुरुआत में उनके द्वारा 1959 के सम्मेलन पत्र में प्रकाशित किया गया था <ref>P.J. Baxandall, "[https://web.archive.org/web/20211222202712/http://www.sophia-electronica.com/Baxandall1959JM.pdf Transistor Sine-Wave LC Oscillators]", ''International Convention on Transistors and Associated Semiconductor Devices'', 25 May 1959, fig 5, p. 751</ref> जो स्पष्ट रूप से इसके संचालन का वर्णन करता है। हालांकि बैक्सैंडल इन्वर्टर/कनवर्टर वास्तव में अपने स्वयं के विकिपीडिया लेख के योग्य है, यहाँ इसका संक्षेप में उल्लेख किया गया है क्योंकि इसे कभी-कभी गुंजयमान रॉयर के रूप में संदर्भित किया जाता है; हालाँकि, जैसा कि निम्नलिखित दिखाएगा, यह एक मिथ्या नाम है क्योंकि इसके संचालन का सिद्धांत मूल रोयर से पूरी तरह अलग है।

===सिनवेव ऑसिलेटर (बैक्संडल, उर्फ ​​रेजोनेंट रॉयर बनाम ओरिजिनल रॉयर)===

एक अन्य सेल्फ़-ऑसिलेटिंग इन्वर्टर/कनवर्टर डिज़ाइन है जिसे बैक्सैंडल कन्वर्टर (कभी-कभी गलत तरीके से रेज़ोनेंट रॉयर कहा जाता है) के रूप में जाना जाता है, जो एक स्क्वायर-वेव वोल्टेज के बजाय एक साइनवेव आउटपुट वोल्टेज उत्पन्न करता है, जिसका उपयोग डीसी-डीसी रूपांतरण के लिए भी किया जाता है जब एक से जुड़ा होता है। उपयुक्त सुधारक चरण। यह पहली बार 1959 में पीटर जेम्स बैक्संडल [https://en.wikipedia.org/wiki/Peter_Baxandall] द्वारा वर्णित किया गया था (GB पेटेंट 959,550 देखें, 13-Mar-1959 दायर किया गया)। रॉयर थरथरानवाला और बैक्संडल थरथरानवाला के बीच तीन प्रमुख अंतर हैं, इन अंतरों को बिजली रूपांतरण के क्षेत्र में उनके आवेदन के संदर्भ में नीचे समझाया गया है (डीसी-एसी [https://en.wikipedia.org/wiki/Power_inverter) ], या डीसी-डीसी [https://en.wikipedia.org/wiki/DC-to-DC_converter])।

[[File:Royer oscillator.gif|Baxandall कनवर्टर (संधारित्र और प्रारंभ करनेवाला के जोड़ पर ध्यान दें) | थंब | 300px]]सबसे पहले, एक चोक (प्रारंभ करनेवाला) ट्रांसफार्मर प्राथमिक नल को आपूर्ति वोल्टेज के साथ श्रृंखला में जुड़ा हुआ है। ऊपर बताए गए रॉयर के करंट-फेड वेरिएंट के अनुसार, यह बैक्संडल इन्वर्टर को करंट-फेड बनाता है।

दूसरे, ट्रांसफॉर्मर के समानांतर एक कैपेसिटर जोड़कर एक गुंजयमान टैंक सर्किट बनाया जाता है, या तो स्विचिंग ट्रांजिस्टर के पार प्राथमिक तरफ, या आउटपुट वाइंडिंग में द्वितीयक तरफ, या दोनों का संयोजन होता है। इस परिवर्तन का अर्थ है कि बैक्संडल आउटपुट वोल्टेज एक साइन-वेव ([[साइन लहर]] देखें) है, जबकि क्लासिक रोयर सर्किट आउटपुट वोल्टेज एक स्क्वायर वेव (स्क्वायर वेव देखें) है।

अंत में, तीसरा प्रमुख अंतर यह है कि ट्रांसफॉर्मर संतृप्त नहीं होता है या नहीं होना चाहिए। दो ट्रांजिस्टर के बीच स्विच करना केवल प्राकृतिक अनुनाद के माध्यम से लाया जाता है जो एक प्रारंभ करनेवाला और एक संधारित्र के बीच होता है, और चुंबकीय घटक की संतृप्ति से नहीं। यह इन दो ऑसिलेटर्स के बीच मूलभूत अंतर है: रॉयर एक चुंबकीय घटक (संदर्भ [[संतृप्ति (चुंबकीय)]]) की संतृप्ति के कारण स्व-दोलन करता है, जबकि एल-सी अनुनाद (अनुनाद देखें) के कारण बैक्सडॉल स्व-दोलन करता है।

====ऑपरेशन====

जब एक ट्रांजिस्टर चालू होता है, तो इसका कलेक्टर वोल्टेज शून्य के करीब होता है और यह इनपुट चोक की धारा को प्राथमिक वाइंडिंग में से एक में निर्देशित करता है। वहीं, दूसरा ट्रांजिस्टर ऑफ है, इसका करंट शून्य है जबकि इसका वोल्टेज हाफ-साइन (पीक = विन * पीआई) है। ट्रांजिस्टर बारी-बारी से ट्रांसफार्मर की प्रत्येक प्राथमिक वाइंडिंग में इनपुट करंट को निर्देशित करते हैं। प्राथमिक वाइंडिंग में विरोधी धाराएं हमेशा संतुलित रहती हैं लेकिन संपूर्ण प्राथमिक पूरी साइनवेव को देखती है। इस तरह, ट्रांजिस्टर को पुश-पुल मोड में बारी-बारी से पूरी तरह से चालू और बंद करने की अनुमति देते हुए एक साइनवेव उत्पन्न करने में सक्षम होता है। यह रोयेर परिवर्तक से एकमात्र समानता है।

ट्रांसफॉर्मर सेंटर-टैप नोड पर वोल्टेज ऊपर और नीचे झूलता है क्योंकि प्रारंभ करनेवाला वर्तमान परिवर्तन का विरोध करता है। परिणामस्वरूप वेवफॉर्म एक फुल-वेव रेक्टिफायर ([[ सही करनेवाला ]] देखें) के आउटपुट की तरह दिखाई देता है। डी.सी. आपूर्ति वोल्टेज औसत के बराबर है, इसलिए नल लगभग (पीआई/2) * वीसीसी पर चरम पर है। जैसा कि ट्रांसफार्मर प्राथमिक पर 2: 1 ऑटोट्रांसफॉर्मर की तरह काम करता है, ऑफ ट्रांजिस्टर कलेक्टर वोल्टेज दोगुना या पीआई गुना Vcc तक पहुंच जाता है।

बेल टेलीफोन प्रयोगशालाओं को सौंपे गए डीसी-डीसी कनवर्टर के लिए 1973 के पेटेंट में एक समान विचार को नियोजित करने वाला एक सर्किट दिखाई देता है।<ref>[https://patents.google.com/patent/US3818314A/en?oq=US3818314A United States Patent 3818314 Fig. 3]</ref> जो दिलचस्प रूप से अनुनाद और चुंबकीय संतृप्ति दोनों का उपयोग करता है।

टेक्ट्रोनिक्स एनालॉग ऑसिलोस्कोप # टेक्ट्रोनिक्स 547 ऑसिलोस्कोप के [[कैथोड रे ट्यूब]] को चलाने में इस प्रकार के एक सर्किट का उपयोग किया गया था।<ref name="Williams1998">{{cite book|author=Jim Williams|title=एनालॉग सर्किट डिजाइन की कला और विज्ञान|year=1998|publisher=Newnes|isbn=978-0-08-049943-7|page=145}}</ref> Baxandall कन्वर्टर का एक अन्य अनुप्रयोग कोल्ड कैथोड फ्लोरोसेंट लैंप (CCFLs) को पॉवर देने में है, CCFL इन्वर्टर देखें। [[सीसीएफएल]] [[हार्मोनिक्स]] की उपस्थिति में अपने वर्तमान-से-प्रकाश उत्पादन दक्षता में गिरावट प्रदर्शित करते हैं, इसलिए उन्हें स्क्वायर वेव की तुलना में साइनवेव के साथ ड्राइव करना बेहतर होता है।<ref>Williams (1998), p. 157</ref> प्रकाश तीव्रता समायोजन प्रदान करने के लिए, एक एकीकृत सर्किट आमतौर पर एक अतिरिक्त ट्रांजिस्टर के गेट में एक पल्स-चौड़ाई मॉडुलन | पल्स-चौड़ाई मॉड्यूलेटेड सिग्नल चलाता है, जिससे फीडिंग चोक के साथ एक स्टेप-डाउन (हिरन) कनवर्टर बनता है।<ref>{{cite web | url=https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ucc3973.pdf | title=BiCMOS शीत कैथोड फ्लोरोसेंट लैंप चालक नियंत्रक| publisher=Unitrode Products/Texas Instruments | accessdate=30 August 2020 }} (includes UCC3973 data sheet)</ref> अन्य एकीकृत सर्किट दो ऑसिलेटर ट्रांजिस्टर को भी नियंत्रित करते हैं और ऐसा करने के लिए ट्रांसफॉर्मर मिड टैप की शून्य घाटी को समझते हैं।<ref>{{cite web | url=https://www.ti.com/lit/ds/symlink/uc3872.pdf | title=गुंजयमान लैंप गिट्टी नियंत्रक| publisher=Unitrode/Texas Instruments | accessdate=30 August 2020 }} (UC3872 data sheet)</ref>

Baxandall कन्वर्टर का उपयोग हाल ही में लो-वोल्टेज स्रोतों से फ्लोरोसेंट ट्यूब चलाने में किया गया है, अक्सर आपातकालीन प्रकाश व्यवस्था और कैंपिंग आदि के लिए रिचार्जेबल बैटरी का उपयोग किया जाता है। ऐसा लगता है कि कॉम्पैक्ट फ्लोरोसेंट लैंप (सीएफएल) के लिए यह संस्करण अधिकांश दो-ट्रांजिस्टर ड्राइवरों का अग्रदूत रहा है, जिसे हाल ही में कम वोल्टेज वाले एलईडी लैंप चलाने के लिए बढ़ाया गया है।

मूल रॉयर ऑसिलेटर/इन्वर्टर सेल्फ-ऑसिलेटिंग सर्किट का एक उदाहरण है क्योंकि इसके संचालन की आवृत्ति पूरी तरह से बिजली के बाहरी स्रोत (इनपुट डीसी वोल्टेज) और कम से कम एक मुख्य पावर घटक द्वारा निर्धारित की जाती है जो पूरी शक्ति को संसाधित करता है। उपकरण के माध्यम से गुजरता है, नीचे नोट 1 देखें। सेल्फ-ऑसिलेटिंग इनवर्टर (और कन्वर्टर्स) के अन्य उदाहरण हैं जिन्हें कभी-कभी