जूल थीफ़
जूल चोर एक न्यूनतम आत्म-दोलनशील वोल्टेज बूस्टर है जो छोटा, कम लागत वाला और बनाने में आसान है, आमतौर पर छोटे भार को चलाने के लिए उपयोग किया जाता है। इस सर्किट को अन्य नामों से भी जाना जाता है जैसे ब्लॉकिंग ऑसिलेटर, जूल रिंगर या वैम्पायर टॉर्च। यह एक सिंगल-सेल इलेक्ट्रिक बैटरी में लगभग सभी ऊर्जा का उपयोग कर सकता है, यहां तक कि वोल्टेज से भी नीचे जहां अन्य सर्किट बैटरी को पूरी तरह से डिस्आवेश (या "मृत") मानते हैं; इसलिए नाम, जो इस धारणा का सुझाव देता है कि सर्किट ऊर्जा की चोरी कर रहा है या स्रोत से "जूल" - शब्द "गहना चोर" पर एक वाक्य है। सर्किट ब्लॉकिंग ऑसिलेटर का एक प्रकार है जो एक अनियमित वोल्टेज बूस्ट कनर्वटर बनाता है। इनपुट पर उच्च वर्तमान ड्रा की कीमत पर आउटपुट वोल्टेज में वृद्धि हुई है, लेकिन आउटपुट का एकीकृत (औसत) धारा कम हो गया है और रोशनी की चमक कम हो गई है।
इतिहास
पूर्व कला
जूल चोर कोई नई अवधारणा नहीं है। मूल रूप से, यह एक स्व-ऑसिलेटिंग वोल्टेज बूस्टर के आउटपुट में एक लाइट-एमिटिंग डायोड जोड़ता है, जिसे कई दशक पहले पेटेंट कराया गया था।
- यूएस पेटेंट 1949383,[1]1930 में दायर, इलेक्ट्रॉनिक उपकरण, कम वोल्टेज को उच्च वोल्टेज में बदलने के लिए एक वेक्यूम - ट्यूब आधारित ऑसिलेटर सर्किट का वर्णन करता है।
- यूएस पेटेंट 2211852,[2]1937 में दायर, ब्लॉकिंग ऑसिलेटर उपकरण, एक वैक्यूम ट्यूब आधारित ब्लॉकिंग ऑसिलेटर का वर्णन करता है।
- यूएस पेटेंट 2745012,[3]1951 में दायर, ट्रांजिस्टर ब्लॉकिंग ऑसिलेटर, एक ट्रांजिस्टर आधारित ब्लॉकिंग ऑसिलेटर के तीन संस्करणों का वर्णन करता है।
- यूएस पेटेंट 2780767,[4]1955 में दायर, कम वोल्टेज को उच्च प्रत्यक्ष वोल्टेज में परिवर्तित करने के लिए सर्किट व्यवस्था है।
- यूएस पेटेंट 2881380,[5]1956 में दायर, वोल्टेज कनवर्टर है।
- यूएस पेटेंट 4734658,[6] 1987 में दायर किया गया, "लो वोल्टेज ड्रिवेन ऑसिलेटर सर्किट", एक बहुत कम वोल्टेज संचालित ऑसिलेटर सर्किट का वर्णन करता है, जो 0.1 वोल्ट से भी कम से संचालित करने में सक्षम है (जूल चोर की तुलना में कम वोल्टेज संचालित होगा)। यह एक जेएफईटी का उपयोग करके हासिल किया जाता है, जिसके संचालन के लिए पीएन जंक्शन के आगे पूर्वाग्रह की आवश्यकता नहीं होती है, क्योंकि इसका उपयोग कमी मोड में किया जाता है। दूसरे शब्दों में, नाली-स्रोत पहले से ही संचालित होता है, तब भी जब कोई बायस वोल्टेज लागू नहीं होता है। यह पेटेंट थर्मोइलेक्ट्रिक पावर स्रोतों के उपयोग के लिए अभिप्रेत था।
कपर्णिक
हर रोज व्यावहारिक इलेक्ट्रॉनिक्स (एवरीडे प्रैक्टिकल इलेक्ट्रॉनिक्स (ईपीई)) पत्रिका के नवंबर 1999 के अंक में, "इनजेन्यूटी अनलिमिटेड" (पाठक विचार) खंड में स्विंडन, विल्टशायर, यूके के जेड कापरनिक द्वारा "वन वोल्ट एलईडी - ए ब्राइट लाइट" नामक एक उपन्यास सर्किट विचार था। 1.5 वोल्ट से कम आपूर्ति वोल्टेज से एलईडी के संचालन के लिए तीन उदाहरण सर्किट दिखाए गए थे। बुनियादी सर्किट में अवरोधक थरथरानवाला के आधार पर ट्रांसफॉर्मर-फीडबैक एनपीएन ट्रांजिस्टर वोल्टेज कनवर्टर शामिल था। तीन ट्रांजिस्टर (जेडटीएक्स450 73% दक्षता पर, जेडटीएक्स650 79% पर, और बीसी550 57% पर) के परीक्षण के बाद, यह निर्धारित किया गया था कि कम Vce(sat) वाले ट्रांजिस्टर ने बेहतर दक्षता परिणाम प्राप्त किए। इसके अलावा, कम प्रतिरोध वाला प्रतिरोधक उच्च धारा उत्पन्न करेगा।[7]
संचालन का विवरण
ट्रांजिस्टर को तेजी से स्विच करके सर्किट काम करता है। प्रारंभ में, प्रतिरोधक, द्वितीयक वाइंडिंग और बेस-एमिटर जंक्शन (आरेख देखें) के माध्यम से करंट प्रवाहित होने लगता है, जिसके कारण ट्रांजिस्टर प्राथमिक वाइंडिंग के माध्यम से कलेक्टर करंट का संचालन शुरू कर देता है। चूंकि दो वाइंडिंग विपरीत दिशाओं में जुड़े हुए हैं, यह द्वितीयक वाइंडिंग में एक वोल्टेज को प्रेरित करता है जो धनात्मक है (घुमावदार ध्रुवीयता के कारण, डॉट कन्वेंशन देखें) जो उच्च पूर्वाग्रह के साथ ट्रांजिस्टर को चालू करता है। यह सेल्फ-स्ट्रोकिंग/पॉजिटिव-फीडबैक प्रक्रिया लगभग तुरंत ट्रांजिस्टर को जितना संभव हो उतना कठिन (संतृप्ति क्षेत्र में डालकर) चालू कर देती है, जिससे कलेक्टर-एमिटर पथ अनिवार्य रूप से एक बंद स्विच की तरह दिखता है (VCE के बाद से) केवल 0.1 वोल्ट होगा, यह मानते हुए कि बेस करंट काफी अधिक है)। बैटरी में प्रभावी ढंग से प्राइमरी वाइंडिंग के साथ, करंट की दर बढ़ जाती है जो इंडक्शन द्वारा विभाजित आपूर्ति वोल्टेज के अनुपात में होती है। आपूर्ति वोल्टेज पर निर्भर विभिन्न तंत्रों द्वारा ट्रांजिस्टर स्विच-ऑफ होता है।
एक ट्रांजिस्टर का लब्धि VCE के साथ रैखिक नहीं है। कम आपूर्ति वोल्टेज (आमतौर पर 0.75 V और नीचे) पर ट्रांजिस्टर को संतृप्ति बनाए रखने के लिए एक बड़े बेस करंट की आवश्यकता होती है क्योंकि कलेक्टर करंट बढ़ता है। इसलिए, जब यह एक महत्वपूर्ण कलेक्टर करंट तक पहुंचता है, तो उपलब्ध बेस ड्राइव अपर्याप्त हो जाता है और ट्रांजिस्टर बंद होना शुरू हो जाता है और पहले वर्णित सकारात्मक प्रतिक्रिया क्रिया इसे कठिन रूप से बंद कर देती है।
संक्षेप में, जब किसी भी कारण से कॉइल में करंट बढ़ना बंद हो जाता है, तो ट्रांजिस्टर कटऑफ क्षेत्र में चला जाता है (और कलेक्टर-एमिटर स्विच को खोलता है)। चुंबकीय क्षेत्र ढह जाता है, लोड संचालन करने के लिए या माध्यमिक-घुमावदार धारा के लिए किसी अन्य पथ को खोजने के लिए कितना भी वोल्टेज आवश्यक हो।
जब क्षेत्र शून्य पर वापस आता है, तो पूरा क्रम दोहराता है; जब तक ट्रांजिस्टर चालू नहीं हो जाता तब तक बैटरी प्राथमिक-घुमावदार धारा को तेज करती है।
यदि सर्किट पर लोड बहुत कम है तो कलेक्टर पर वृद्धि की दर और परम वोल्टेज केवल आवारा समाई द्वारा सीमित है, और आपूर्ति वोल्टेज के 100 गुना से अधिक तक बढ़ सकता है। इस कारण से, यह आवश्यक है कि लोड हमेशा जुड़ा रहे ताकि ट्रांजिस्टर क्षतिग्रस्त न हो क्योंकि VCE द्वितीयक में वापस प्रतिबिम्बित होता है, एक छोटे भार के कारण ट्रांजिस्टर की विफलता उत्क्रम VBE के माध्यम से घटित होगी, ट्रांजिस्टर की सीमा पार हो गई है (यह VCE से बहुत कम मान पर होता है)।
उच्च दोलन आवृत्तियों पर भी ट्रांजिस्टर बहुत कम ऊर्जा का प्रसार करता है, क्योंकि यह अपना अधिकांश समय पूरी तरह से चालू या पूरी तरह से बंद स्थिति में बिताता है, इसलिए ट्रांजिस्टर के माध्यम से या तो वोल्टेज अधिक या वर्तमान शून्य है, इस प्रकार स्विचिंग हानियों को कम करता है।
साधारण वोल्टेज सीमक
एक साधारण जेनर डायोड आधारित वोल्टेज नियामक बनाने के लिए पिछले योजनाबद्ध का एक सरल संशोधन एलईडी को तीन घटकों के साथ बदल देता है। डायोड डी1 कैपेसिटर सी को केवल तभी आवेश करने की अनुमति देने के लिए अर्ध-तरंग दिष्टकारी के रूप में कार्य करता है जब डायोड डी1 के बाईं ओर जूल चोर से उच्च वोल्टेज उपलब्ध हो। जेनर डायोड डी2 आउटपुट वोल्टेज को सीमित करता है। जैसा कि कोई नियमन नहीं है, लोड द्वारा खपत नहीं की गई ऊर्जा की कोई भी अतिरिक्त ऊर्जा जेनर डायोड में गर्मी के रूप में नष्ट हो जाएगी, जिसके परिणामस्वरूप रूपांतरण की कम दक्षता होगी।
एक बेहतर समाधान अगले योजनाबद्ध उदाहरण में दिखाया गया है।
बंद-लूप विनियमित जूल चोर
जब एक अधिक स्थिर आउटपुट वोल्टेज वांछित होता है, जूल चोर को एक बंद लूप नियंत्रण दिया जा सकता है। उदाहरण सर्किट में, शोट्की डायोड D1 कैपेसिटर C1 पर निर्मित आवेश को चालू होने पर स्विचिंग ट्रांजिस्टर Q1 में वापस बहने से रोकता है। एक 5.6 वोल्ट जेनर डायोड D2 और ट्रांजिस्टर Q2 प्रतिक्रिया नियंत्रण बनाता है: जब कैपेसिटर C1 में वोल्टेज D2 के जेनर वोल्टेज द्वारा गठित थ्रेसहोल्ड वोल्टेज से अधिक होता है और ट्रांजिस्टर Q2 का बेस-एमिटर टर्न-ऑन वोल्टेज होता है, ट्रांजिस्टर Q2 चालू होता है स्विचिंग ट्रांजिस्टर Q1 के बेस करंट को डायवर्ट करने पर, दोलन को बाधित करता है और कैपेसिटर C1 पर वोल्टेज को और भी बढ़ने से रोकता है। जब C1 में वोल्टेज दहलीज वोल्टेज Q2 से नीचे चला जाता है, तो बंद हो जाता है, जिससे दोलन फिर से हो सकता है। इस बहुत ही सरल सर्किट में BJT2 (Vbe) और अपेक्षाकृत उच्च तरंग के कारण तापमान पर निर्भर आउटपुट वोल्टेज की कमी है, लेकिन इसे कम नुकसान के साथ एक साधारण एलसी पाई नेटवर्क के साथ फ़िल्टर किया जा सकता है। उदाहरण सर्किट में, एक कम ड्रॉपआउट रेगुलेटर शामिल है जो आउटपुट वोल्टेज को और अधिक विनियमित करने में योगदान देता है और तरंग को कम करता है, लेकिन कम रूपांतरण दक्षता का दंड है।
यह भी देखें
- आर्मस्ट्रांग ऑसिलेटर
- ब्लॉकिंग ऑसिलेटर
- फ्लाईबैक कन्वर्टर
- फॉरवर्ड कन्वर्टर
- स्विच्ड-मोड बिजली की आपूर्ति
संदर्भ
- ↑ US 1949383, Harold C. Weber, "Electronic device", issued 1934-02-27, assigned to Industrial Development Corp
- ↑ US 2211852, Geiger Max, "Blocking oscillator apparatus", issued 1940-08-20, assigned to Telefunken AG
- ↑ US 2745012, Jean H. Felker, "Transistor blocking oscillators", issued 1956-05-08, assigned to Nokia Bell Labs
- ↑ US 2780767, Janssen Peter Johanne Hubertus, "Circuit arrangement for converting a low voltage into a high direct voltage", issued 1957-02-05, assigned to Hartford National Bank and Trust Co
- ↑ US 2881380, Kruger Bodo, "Voltage converter", issued 1959-04-07, assigned to US Philips Corp
- ↑ US 4734658, John E. Bohan, Jr., "Low voltage driven oscillator circuit", issued 1988-03-29, assigned to Honeywell Inc
- ↑ "Everyday Practical Electronics" (PDF). November 1999. p. 804.
बाहरी संबंध
- Simulations and implementations
- Joule Thief Simulation
- Simulation and efficiency comparison of different Joule Thief versions - archived 2017-10-30 (in Polish)
- Supercharged Joule Thief at Higher Efficiency, (Larger Schematic)
- Joule Thief - Modified Version
- Video
