Dependent and Independent Variables

 

आश्रित और स्वतंत्र चर

किसी भी सर्किट में स्वतंत्र चर (जैसे आपूर्ति वोल्टेज और शाखाओं में प्रतिरोध) और निर्भर चर (प्रतिरोधों, धाराओं, शक्तियों, आदि में वोल्टेज) होते हैं। जब एक स्वतंत्र चर बढ़ता है, तो आश्रित चर में से प्रत्येक, सामान्य रूप से, बढ़ते या घटते हुए प्रतिक्रिया देगा। यदि आप समझते हैं कि सर्किट कैसे काम करता है, तो आप यह अनुमान लगाने में सक्षम होंगे कि एक चर बढ़ेगा या घटेगा।

उदाहरण :

यदि प्रतिरोध R L और वोल्टेज V S का विश्लेषण किया जाता है , तो यह देखा जाता है कि इस मामले में वांछित मान 1 kW और 10 V हैं, इन्हें "नाममात्र मान" कहा जाता है, लेकिन वास्तविक मान कुछ द्वारा नियंत्रित होते हैं सहिष्णुता, जो मूल्यों का एक निश्चित मूल्य नहीं हैं। डायोड भी अपनी दहलीज वोल्टेज वैल्यू को बदल सकता है।

लेकिन ये तीन चर (आर एल , वी एस और वी जे ) निर्माण पर निर्भर करते हैं, वे खुद पर निर्भर करते हैं, वे "स्वतंत्र चर" हैं। फिर "निर्भर चर" हैं, जो उपरोक्त तीन चर पर निर्भर करते हैं, जो हैं: वी एल , आई एल , पी डी , पी एल और पी टी । ये निम्नलिखित तालिका में परिलक्षित होते हैं:

एक डायोड की डाटा शीट

डेटा शीट में निर्माता द्वारा प्रदान की गई अधिकांश जानकारी केवल उन लोगों के लिए उपयोगी है जो सर्किट डिजाइन करते हैं, हम केवल उस डेटा शीट पर उस जानकारी का अध्ययन करेंगे जो इस पाठ में दिखाई देने वाले मापदंडों का वर्णन करता है।

ब्रेकडाउन वोल्टेज उल्टा

हम 1N4001 डायोड की विशेषताओं शीट का अध्ययन करेंगे, बिजली की आपूर्ति में इस्तेमाल किया गया एक शुद्ध डायोड (सर्किट जो एक वैकल्पिक वोल्टेज को एक प्रत्यक्ष वोल्टेज में परिवर्तित करते हैं)।

1N4001 से 1N4007 तक के डायोड की श्रृंखला सात डायोड हैं जिनमें आगे पूर्वाग्रह के साथ समान विशेषताएं हैं, लेकिन रिवर्स पूर्वाग्रह में उनकी विशेषताएं अलग हैं।

पहले हम "अधिकतम सीमाएं" का विश्लेषण करेंगे जो ये हैं:

ये तीन मान कुछ परिचालन स्थितियों के तहत टूटना निर्दिष्ट करते हैं। यह जानना महत्वपूर्ण है कि डायोड के लिए ब्रेकडाउन वोल्टेज 50V है, भले ही डायोड का उपयोग कैसे किया जाए। यह ब्रेक हिमस्खलन द्वारा उत्पन्न होता है और 1N4001 में यह ब्रेक सामान्य रूप से विनाशकारी होता है।

फॉरवर्ड बायस के साथ अधिकतम करंट

सूचना का एक दिलचस्प टुकड़ा आगे ध्रुवीकरण के साथ औसत धारा है, जो डेटा शीट पर इस तरह दिखाई देता है:

इंगित करता है कि 1N4001 एक रेक्टिफायर के रूप में उपयोग किए जाने पर 1 ए फॉरवर्ड पक्षपाती का सामना कर सकता है। अर्थात्, 1 ए आगे का पक्षपाती वर्तमान स्तर है जिस पर अत्यधिक बिजली अपव्यय के कारण डायोड जलता है। एक विश्वसनीय डिजाइन, सुरक्षा 1 के कारक के साथ, यह सुनिश्चित करना चाहिए कि आगे का पक्षपाती वर्तमान किसी भी ऑपरेटिंग स्थिति के तहत 0.5 ए से कम है।

डिवाइस ब्रेकडाउन के अध्ययन से पता चलता है कि डिवाइस का जीवन अधिकतम सीमा तक काम करने के करीब है। इस कारण से, कुछ डिजाइनर सुरक्षा के कारकों को 10: 1 तक नियोजित करते हैं, 1N4001 के लिए यह 0.1 ए या उससे कम होगा।

फॉरवर्ड बायस वोल्टेज ड्रॉप

सूचना का एक और महत्वपूर्ण टुकड़ा आगे के पूर्वाग्रह के साथ वोल्टेज ड्रॉप है:

इन मूल्यों को वैकल्पिक रूप से मापा जाता है, और इसलिए विनिर्देश में तात्कालिक शब्द दिखाई देता है। जब 1 ए और जंक्शन का तापमान 25 डिग्री सेल्सियस होता है, तो 1N4001 में 0.93 वी का एक विशिष्ट फॉरवर्ड वोल्टेज वोल्टेज ड्रॉप होता है।

अधिकतम रिवर्स करंट

इस तालिका में संकेतित प्रत्यक्ष वोल्टेज पर रिवर्स बायस्ड करंट है (1 वी 4001 के लिए 50 वी)।

इस रिवर्स करंट में थर्मली उत्पादित करंट और सतह लीकेज करंट शामिल है। इससे हम यह अनुमान लगाते हैं कि डिज़ाइन करते समय तापमान महत्वपूर्ण हो सकता है, क्योंकि 0.05 mA के रिवर्स करंट पर आधारित डिज़ाइन एक विशिष्ट 1N4001 के साथ 25 atC पर बहुत अच्छी तरह से काम करेगा, लेकिन यह विफल हो सकता है यदि इसे उन वातावरणों में काम करना है जहाँ जंक्शन तापमान 100 ° C तक पहुँच जाता है।

Resolution of Circuits with Diodes

 

डायोड के साथ सर्किट का संकल्प

सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला डायोड सर्किट रिज़ॉल्यूशन मॉडल 4 हैं:

• सटीक मॉडल
• 1 दृष्टिकोण
• दूसरा दृष्टिकोण
• तीसरा दृष्टिकोण

पहले हम संकल्प का ठीक-ठीक विश्लेषण करेंगे और अगले भाग में हम तीन प्रकार के सन्निकटन देखेंगे।

सटीक मॉडल

हम जिस सर्किट को हल करना चाहते हैं, वह निम्नलिखित है।

सबसे पहले, और जिस तापमान पर हम काम कर रहे हैं उसे देखते हुए, हम T looking = 27 ºC (कमरे के तापमान) के लिए कैटलॉग से निम्नलिखित मान लेते हैं:

इसके साथ हम गणना जारी रख सकते हैं:

डायोड के सटीक समीकरण से:

हमारे पास 2 अज्ञात और एक समीकरण है, हमें एक और समीकरण की आवश्यकता है जो मेष का समीकरण होगा:

और अब हमारे पास 2 अज्ञात और 2 समीकरण हैं, हम हल करते हैं:

हमें छोड़ दिया जाता है कि वी को खाली करना असंभव है, यह एक "ट्रान्सेंडेंट समीकरण" है। इस प्रकार के समीकरणों को हल करने के लिए, आपको अन्य प्रकार के तरीकों का उपयोग करना होगा, यहां हम इसे "ट्रायल एंड एरर" द्वारा हल करेंगे, जिसमें अज्ञात में से किसी एक को मान तब तक देना होता है जब तक मान बराबर न हों।

इस उदाहरण में हमने एक जाली का उपयोग किया है, लेकिन अगर हमारे पास अधिक डायोड हैं, तो हमारे पास अधिक घातांक, अधिक मेष आदि होंगे ... यह बहुत लंबा है, इसलिए इसका उपयोग नहीं किया जाता है (जब तक कि हमारे पास कंप्यूटर और गणितीय कार्यक्रम न हो इस प्रकार के समीकरणों को हल करें)।

इसे हाथ से करने में सक्षम होने के लिए, हम डायोड के कुछ अधिक या कम समकक्ष मॉडलों के आधार पर खुद को आधार बनाने जा रहे हैं। ये अनुमानित समकक्ष मॉडल रैखिक हैं, अनुमानित होने के नाते हम गलतियाँ करेंगे। डायोड के अनुमानित रैखिक समकक्ष मॉडल

सिलिकॉन डायोड के लिए तीन व्यापक रूप से उपयोग किए गए सन्निकटन हैं, और उनमें से प्रत्येक कुछ शर्तों के तहत उपयोगी है।

प्रथम सन्निकटन (आदर्श डायोड)

घातांक एक ऊर्ध्वाधर और एक क्षैतिज पहुंचता है जो निर्देशांक की उत्पत्ति से गुजरता है। यह आदर्श डायोड वास्तव में मौजूद नहीं है, इसे निर्मित नहीं किया जा सकता है, इसलिए यह आदर्श है।

प्रत्यक्ष ध्रुवीकरण : यह एक डायोड को बंद स्विच के साथ बदलने जैसा है।

रिवर्स पूर्वाग्रह : यह डायोड को एक खुले स्विच के साथ बदलने जैसा है।

जैसा कि देखा गया है, डायोड एक स्विच खोलने या बंद करने के रूप में कार्य करता है जो इस बात पर निर्भर करता है कि यह रिवर्स या डायरेक्ट है। विभिन्न त्रुटियों को देखने के लिए जो हम अलग-अलग अनुमानों के साथ करेंगे, हम प्रत्येक अनुमान का विश्लेषण करने जा रहे हैं।

उदाहरण :

आगे ध्रुवीकरण में:

दूसरा दृष्टिकोण

घातांक एक ऊर्ध्वाधर और एक क्षैतिज दृष्टिकोण से गुजरता है जो 0.7 V से गुजरता है (यह मान सिलिकॉन के लिए दहलीज वोल्टेज का मूल्य है, क्योंकि हम मानते हैं कि डायोड सिलिकॉन से बना है, अगर यह जर्मेनियम से बना होता तो हम 0 का मान लेते। , 2 वी)।

0 V से 0.7 V तक का खंड वास्तव में आगे ध्रुवीकरण है, लेकिन चूंकि यह व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए आचरण नहीं करता है, इसलिए इसे व्युत्क्रम के रूप में लिया जाता है। इस दूसरे सन्निकटन के साथ त्रुटि पिछले सन्निकटन की तुलना में छोटी है।

आगे ध्रुवीकरण : ऊर्ध्वाधर 0.7V बैटरी के बराबर है।

रिवर्स ध्रुवीकरण : यह एक खुला स्विच है।

उदाहरण : हम उसी सर्किट को पहले की तरह हल करेंगे लेकिन दूसरा सन्निकटन का उपयोग करते हुए जो अब देखा गया है। पिछले मामले की तरह, हम इसका प्रत्यक्ष ध्रुवीकरण में विश्लेषण करते हैं:

जैसा कि आप देख सकते हैं, ये मान पिछले सन्निकटन से अलग हैं, यह दूसरा सन्निकटन पिछले वाले की तुलना में कम आदर्श है, इसलिए यह अधिक सटीक है, अर्थात यह उस मान के समान है जो इस सर्किट में होगा प्रयोग में।

तीसरा दृष्टिकोण

डायोड वक्र एक पंक्ति का अनुमान लगाता है जो 0.7 V से होकर गुजरता है और इसमें एक ढलान है जिसका मान आंतरिक प्रतिरोध का व्युत्क्रम है।

अध्ययन पिछले मामलों के समान है, अंतर तब होता है जब आगे के ध्रुवीकरण का विश्लेषण किया जाता है:

उदाहरण : 3rd सन्निकटन का उपयोग करते हुए पिछले उदाहरण में, हम आंतरिक प्रतिरोध के मान के रूप में 0.23 W लेते हैं।

यह तीसरा सन्निकटन उपयोग करने लायक नहीं है क्योंकि दूसरी सन्निकटन के संबंध में जो त्रुटि हुई है, वह न्यूनतम है। इसलिए, कुछ विशेष मामले को छोड़कर, तीसरे के बजाय दूसरे सन्निकटन का उपयोग किया जाएगा।

सन्निकटन कैसे चुनें

यह देखने के लिए कि किस सन्निकटन का उपयोग करना है, इसे ध्यान में रखा जाना चाहिए, उदाहरण के लिए, यदि बड़ी त्रुटियां स्वीकार्य हैं, क्योंकि यदि उत्तर सकारात्मक है, तो पहले सन्निकटन का उपयोग किया जा सकता है। इसके विपरीत, यदि सर्किट में 1 प्रतिशत की सहनशीलता के साथ सटीक प्रतिरोधक होते हैं, तो तीसरे सन्निकटन का उपयोग करना आवश्यक हो सकता है। लेकिन ज्यादातर मामलों में दूसरा दृष्टिकोण सबसे अच्छा विकल्प होगा।

समीकरण जो हम यह जानने के लिए उपयोग करेंगे कि यह किस सन्निकटन का उपयोग है:

अंश को देखते हुए, यह देखा जा सकता है कि V S की तुलना 0.7 V से की जाती है। यदि V S 7 V के बराबर है, तो संभावित अवरोध की अनदेखी करने पर 10% की गणना में त्रुटि उत्पन्न होती है, यदि V S 14 V की त्रुटि 5 है। %, आदि ...

यदि भाजक को देखा जाता है, यदि लोड प्रतिरोध आंतरिक प्रतिरोध का 10 गुना है, तो आंतरिक प्रतिरोध की अनदेखी करने से गणना में 10% त्रुटि होती है। जब लोड प्रतिरोध 20 गुना अधिक होता है, तो त्रुटि 5% तक गिर जाती है, आदि ...

अधिकांश रेक्टिफायर डायोड में आंतरिक प्रतिरोध 1 W से कम होता है, जिसका अर्थ है कि दूसरा अनुमान 20 W से अधिक लोड प्रतिरोधों के साथ 5% से कम की त्रुटि पैदा करता है। इसलिए दृष्टिकोण के बारे में संदेह होने पर दूसरा अनुमान एक अच्छा विकल्प है। उपयोग करने के लिए। अब हम इन अनुमानों का उपयोग करने के एक ठोस उदाहरण के लिए एक सिमुलेशन देखेंगे।

फॉरवर्ड और रिवर्स ज़ोन

 

फॉरवर्ड और रिवर्स ज़ोन

प्रत्यक्ष क्षेत्र

प्रत्यक्ष क्षेत्र में हमारी दो महत्वपूर्ण विशेषताएं हैं:

• संभावित ध्रुवीकरण (आगे क्षेत्र) में अच्छी तरह से संचालित करने के लिए संभावित बाधा को पार किया जाना चाहिए (दहलीज वोल्टेज वी डी से अधिक )।
• एक आंतरिक प्रतिरोध दिखाई देता है (डायोड एक रोकनेवाला की तरह मोटे तौर पर व्यवहार करता है।

सीमा वोल्टेज

जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, यह वोल्टेज का मूल्य है जिसमें से डायोड बहुत अधिक आचरण करता है। थ्रेसहोल्ड वोल्टेज या संभावित बैरियर से, तीव्रता बहुत बढ़ जाती है, जिससे वोल्टेज का मूल्य बहुत कम हो जाता है।

आंतरिक प्रतिरोध

थ्रेसहोल्ड वोल्टेज से इसका अनुमान लगाया जा सकता है, अर्थात यह कहा जा सकता है कि यह प्रतिरोध की तरह व्यवहार करता है।

ज़ोन एन का एक प्रतिरोध है और ज़ोन पी का एक अलग प्रतिरोध है:

उदाहरण :  1N4001     आर पी = 0.13 डब्ल्यू आर एन = 0.1 डब्ल्यू

आंतरिक प्रतिरोध जोन n में प्रतिरोध और जोन p में प्रतिरोध का योग है।

और उस रेखा का ढलान इस आंतरिक प्रतिरोध का विलोम होगा।

जैसा कि आंतरिक प्रतिरोध छोटा होता है, ढलान बहुत बड़ा होता है, जिससे यह लगभग ऊर्ध्वाधर हो जाता है, अर्थात यह बहुत अधिक आचरण करता है।

संक्षेप में हमने देखा है कि हमारे पास है:

फॉरवर्ड बायस में अधिकतम प्रत्यक्ष करंट

यह डायोड विशेषता में अनुमत उच्चतम वर्तमान मूल्य है:

उदाहरण :  1N4001     I Fmax = 1 A (F = आगे (प्रत्यक्ष))

वर्तमान सीमा के लिए रोकनेवाला

आंकड़े में एक की तरह सर्किट में, आपको एक प्रतिरोध डालना होगा क्योंकि अन्यथा डायोड आसानी से क्षतिग्रस्त हो जाएगा।

यह बैटरी को मान देकर, और जो धाराएँ निकलती हैं, उन्हें देखकर देखा जाता है, जो 0.7 V (यह मानते हुए कि डायोड सिलिकॉन है) में बहुत वृद्धि होती है क्योंकि यह डायोड की विशेषता के ग्राफ में स्पष्ट रूप से देखा जाता है।

फिर एक रोकनेवाला को उस वर्तमान को सीमित करने के लिए रखा जाता है जो डायोड से गुजरता है, जैसा कि आंकड़े में देखा गया है:

प्रतिरोध की गणना वर्तमान को सीमित करने के लिए की जाती है, ताकि यह उदाहरण के लिए 1 ए से न बढ़े।

अधिकतम बिजली अपव्यय

अधिकतम वर्तमान और अधिकतम शक्ति संबंधित हैं। एक रोकनेवाला के साथ के रूप में, एक डायोड में एक शक्ति सीमा होती है जो इंगित करती है कि डायोड अपने जीवन को छोटा करने या इसके गुणों को कम करने के खतरे के बिना कितनी शक्ति को भंग कर सकता है। प्रत्यक्ष वर्तमान के साथ, डायोड में वोल्टेज का उत्पाद और डायोड में वर्तमान इसके द्वारा प्रसारित शक्ति के बराबर है।

आम तौर पर रेक्टिफायर डायोड में अधिकतम शक्ति सीमा का आमतौर पर उपयोग नहीं किया जाता है, क्योंकि डायोड के नष्ट होने (गर्मी से) के बारे में सभी जानकारी पहले से ही अधिकतम वर्तमान सीमा में समाहित है।

उदाहरण : 1N4001

डेटा शीट एक अधिकतम फॉरवर्ड बायस्ड करंट I या 1 A. को इंगित करता है जब तक कि अधिकतम फॉरवर्ड बायस्ड करंट 1 A से कम है, डायोड बाहर नहीं जलेगा।

वह शक्ति जो उष्मा के रूप में डायोड में विसर्जित होती है।

जैसा कि पहले ही कहा जा चुका है, आपको उस शक्ति मूल्य से आगे नहीं जाना चाहिए।

रिवर्स जोन

रिवर्स ध्रुवीकरण में हमारे पास एक वर्तमान था जो वर्तमान I S के मानों और रिसाव वर्तमान I f के योग से बनता था :

आपको सावधान रहना होगा, आपको वी आर तक नहीं जाना होगा क्योंकि हिमस्खलन के कारण डायोड टूट जाता है (सिवाय इसके कि यह एक जेनर है)

जंक्शन डायोड

 

जंक्शन डायोड

एक रेखीय उपकरण के रूप में प्रतिरोध

डायोड को देखने से पहले, आइए रोकनेवाला की विशेषताओं को देखें।

ठेठ कोयला हीटर कुचल कोयले की धूल से बना है। कोयले के आयाम महत्वपूर्ण हैं।

इस प्रतिरोध के व्यवहार का विश्लेषण करने के लिए हम इसे पहले और फिर रिवर्स में ध्रुवीकृत करेंगे। मान एक एमीटर और वोल्टमीटर के साथ लिया जाता है और I को V के एक फ़ंक्शन के रूप में दर्शाया जाता है, जिसके साथ हमारे पास प्रतिरोध का व्यवहार होगा।

यदि मैं पूर्वाग्रह को उलट देता हूं तो समीकरण समान हैं, लेकिन धाराएं और वोल्टेज नकारात्मक हैं।

फिर अंत में यह इस प्रकार होगा:

इस प्रतिनिधित्व को "विशेषता वक्र" कहा जाता है और यह एक सीधी रेखा है, इस कारण से यह कहा जाता है कि प्रतिरोध एक "रैखिक तत्व" है। रैखिक तत्व काम करना आसान होते हैं क्योंकि उनके समीकरण इतने सरल होते हैं।

डायोड की विशेषता वक्र

हम डायोड का उसी तरह विश्लेषण करते हैं:

विभिन्न मान बैटरी को दिए जाते हैं और वोल्टेज और धाराओं को डायोड द्वारा मापा जाता है, दोनों प्रत्यक्ष और उलटा (बैटरी के ध्रुवीकरण को अलग करते हुए)। और इसलिए हम एक तालिका प्राप्त करते हैं कि इसे डालते समय ग्राफिक रूप से कुछ इस तरह से निकलता है:

एक गैर-रैखिक उपकरण के रूप में डायोड

यह डायोड की विशेषता वक्र है (एक डायोड इस तरह से व्यवहार करता है)। चूंकि यह एक सीधी रेखा नहीं है, डायोड को "नॉन-लीनियर एलीमेंट" या "नॉन-लीनियर डिवाइस" कहा जाता है, और यह डायोड की बड़ी समस्या है, कि उनके साथ मेश में काम करना बहुत मुश्किल है क्योंकि उनके समीकरण काफी जटिल हैं।

इस वक्र के लिए गणितीय समीकरण है:

'

प्रत्यक्ष में, 0.7 वी से वर्तमान बहुत अधिक बढ़ जाता है, डायोड बहुत आचरण करता है और धाराएं बहुत बड़ी होती हैं। इन बड़ी धाराओं के कारण डायोड टूट सकता है, इसलिए इससे सावधान रहें (अधिक से अधिक 0.8 V या 0.9 V लिया जाएगा)।

रिवर्स में हमारे पास नकारात्मक और छोटी धाराएं हैं।

-1 V से आप की उपेक्षा कर सकते हैं और यह लगभग I = -I S रहता है , जो कि बहुत छोटा है, हालांकि लीकेज करंट को ध्यान में नहीं रखा गया है, इसके साथ यह होगा:

I = - (I S + I f )

-1 V से अगर कोई I f नहीं होता, तो हमारे पास एक छोटा और क्षैतिज प्रवाह होता है, लेकिन जैसे ही लीक होते हैं, उलटा वोल्टेज के आनुपातिक होते हैं, कम से कम घटते हैं।

यदि मैं रिवर्स वोल्टेज को बढ़ाता रहता हूं, तो ब्रेकडाउन वोल्टेज पर ब्रेकडाउन हो सकता है, इस उदाहरण में वी आर = -50 वी पर हिमस्खलन दिखाई देता है और समीकरण अब मान्य नहीं है, यह अलग है:

और यहां डायोड तब तक नष्ट हो जाता है जब तक कि यह एक तैयार (एक जेनर डायोड) न हो।

जिस बिंदु पर संभावित अवरोध को दूर किया जाता है उसे कोहनी कहा जाता है। "संभावित बैरियर" या "थ्रेसहोल्ड वोल्टेज" कोहनी की शुरुआत है, वहां से डायोड बहुत सीधे संचालित करता है