Voltage doubler
وولٹیج ڈبلر ایک الیکٹرانک سرکٹ ہے جو ان پٹ وولٹیج سے کیپسیٹرز کو چارج کرتا ہے اور ان چارجز کو اس طرح سے تبدیل کرتا ہے کہ مثالی صورت میں آؤٹ پٹ پر اس کے ان پٹ سے بالکل دوگنا وولٹیج پیدا ہوتا ہے۔ ان سرکٹس میں سب سے آسان ریکٹیفائر کی ایک شکل ہے جو اے سی وولٹیج کو ان پٹ کے طور پر لیتی ہے اور دوگنا ڈی سی وولٹیج آؤٹ پٹ کرتی ہے۔ بدلنے والے عناصر سادہ ڈایڈس ہوتے ہیں اور وہ صرف ان پٹ کے متبادل وولٹیج کے ذریعے حالت بدلنے کے لیے کارفرما ہوتے ہیں۔ ڈی سی سے ڈی سی وولٹیج ڈبلرز اس طرح سے تبدیل نہیں ہو سکتے اور سوئچنگ کو کنٹرول کرنے کے لیے ڈرائیونگ سرکٹ کی ضرورت ہوتی ہے۔ انہیں اکثر ایک سوئچنگ عنصر کی بھی ضرورت ہوتی ہے جسے براہ راست کنٹرول کیا جا سکتا ہے، جیسے کہ ٹرانجسٹر، بجائے اس کے کہ سادہ AC-to-DC کیس کی طرح سوئچ کے پار وولٹیج پر انحصار کیا جائے۔ وولٹیج ڈبلرز مختلف قسم کے وولٹیج ملٹی پلیئر سرکٹس ہیں۔ بہت سے، لیکن سبھی نہیں، وولٹیج ڈبلر سرکٹس کو اعلی ترتیب کے ضرب کے واحد مرحلے کے طور پر دیکھا جا سکتا ہے: ایک جیسے مراحل کو ایک ساتھ جوڑنے سے زیادہ وولٹیج ضرب حاصل ہوتی ہے۔ وولٹیج ڈبلنگ ریکٹیفائرز ولارڈ سرکٹ ولارڈ سرکٹ، جس کا تصور پال الریچ ولارڈ نے کیا تھا، محض ایک کیپسیٹر اور ایک ڈایڈڈ پر مشتمل ہوتا ہے۔ اگرچہ اس میں سادگی کا بہت بڑا فائدہ ہے، لیکن اس کی پیداوار میں لہروں کی بہت کم خصوصیات ہیں۔ بنیادی طور پر، سرکٹ ایک ڈایڈڈ کلیمپ سرکٹ ہے۔ کیپسیٹر کو منفی نصف چکروں پر چوٹی AC وولٹیج (Vpk) پر چارج کیا جاتا ہے۔ آؤٹ پٹ ان پٹ اے سی ویوفارم اور کیپسیٹر کے مستحکم ڈی سی کی سپرپوزیشن ہے۔ سرکٹ کا اثر لہر کی شکل کی ڈی سی قدر کو تبدیل کرنا ہے۔ AC لہر کی شکل کی منفی چوٹیوں کو ڈایڈڈ کے ذریعے 0 V (دراصل −VF، ڈایڈڈ کا چھوٹا فارورڈ بائیس وولٹیج) تک "کلیمپڈ" کیا جاتا ہے، اس لیے آؤٹ پٹ لہر کی شکل کی مثبت چوٹیاں 2Vpk ہوتی ہیں۔ چوٹی سے چوٹی کی لہر ایک بہت بڑا 2 وی پی کے ہے اور اسے اس وقت تک ہموار نہیں کیا جا سکتا جب تک کہ سرکٹ کو مؤثر طریقے سے زیادہ نفیس شکلوں میں سے ایک میں تبدیل نہ کیا جائے۔ یہ وہ سرکٹ ہے (جس میں ڈایڈڈ الٹا ہوتا ہے) جو مائکروویو اوون میں میگنیٹرون کے لیے منفی ہائی وولٹیج کی فراہمی کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ گریناچر وولٹیج ڈبلر اضافی اجزاء میں ایک چھوٹی سی لاگت کے لیے ویلارڈ سرکٹ کے مقابلے میں ایک اہم بہتری ہے۔ لہر بہت کم ہوتی ہے، اوپن سرکٹ لوڈ کے حالات میں برائے نام صفر ہوتی ہے، لیکن جب کرنٹ کھینچا جا رہا ہوتا ہے تو اس کا انحصار لوڈ کی مزاحمت اور استعمال شدہ کیپسیٹرز کی قیمت پر ہوتا ہے۔ سرکٹ ویلارڈ سیل مرحلے کی پیروی کرتے ہوئے کام کرتا ہے جو بنیادی طور پر ایک چوٹی کا پتہ لگانے والا یا لفافے کا پتہ لگانے والا مرحلہ ہے۔ پیک ڈٹیکٹر سیل آؤٹ پٹ پر چوٹی وولٹیج کو محفوظ رکھتے ہوئے زیادہ تر لہر کو ہٹانے کا اثر رکھتا ہے۔ گریناچر سرکٹ کو عام طور پر ہاف ویو وولٹیج ڈبلر کے نام سے بھی جانا جاتا ہے۔ یہ سرکٹ سب سے پہلے 1913 میں ہینرک گریناچر نے ایجاد کیا تھا (1914 میں شائع ہوا) تاکہ وہ اپنے نئے ایجاد شدہ آئنومیٹر کے لیے درکار 200-300 V فراہم کرے، 110 V AC جو اس وقت زیورخ پاور اسٹیشنوں کے ذریعے فراہم کیا گیا تھا ناکافی تھا۔ بعد میں انہوں نے اس خیال کو 1920 میں ضرب کے سلسلے میں بڑھایا۔ گریناچر خلیوں کے اس جھرن کو اکثر غلط طریقے سے ولارڈ جھرن کہا جاتا ہے۔ اسے جان کاک کرافٹ اور ارنسٹ والٹن کی بنائی ہوئی پارٹیکل ایکسلریٹر مشین کے نام پر کاک کرافٹ-والٹن ملٹی پلیئر بھی کہا جاتا ہے، جس نے 1932 میں آزادانہ طور پر سرکٹ دریافت کیا تھا۔ اس ٹوپولوجی میں تصور کو ایک ہی AC ماخذ سے چلنے والے مخالف پولرٹیز کے دو گریناچر خلیوں کا استعمال کرکے وولٹیج کواڈپلر سرکٹ تک بڑھایا جا سکتا ہے۔ آؤٹ پٹ کو دو انفرادی آؤٹ پٹ میں لیا جاتا ہے۔ برج سرکٹ کی طرح، اس سرکٹ کے ان پٹ اور آؤٹ پٹ کو بیک وقت گراؤنڈ کرنا ناممکن ہے۔ ڈیلون سرکٹ ڈیلون سرکٹ وولٹیج ڈبلنگ کے لیے برج ٹوپولوجی کا استعمال کرتا ہے ؛ نتیجتا اسے فل ویو وولٹیج ڈبلر بھی کہا جاتا ہے۔ سرکٹ کی یہ شکل، ایک وقت میں، عام طور پر کیتھوڈ رے ٹیوب ٹیلی ویژن سیٹوں میں پائی جاتی تھی جہاں اسے اضافی ہائی ٹینشن (ای ایچ ٹی) کی فراہمی کے لیے استعمال کیا جاتا تھا۔ ٹرانسفارمر کے ساتھ 5 کے وی سے زیادہ وولٹیج پیدا کرنے میں گھریلو آلات کے لحاظ سے حفاظتی مسائل ہوتے ہیں اور کسی بھی صورت میں یہ غیر اقتصادی ہے۔ تاہم، سیاہ اور سفید ٹیلی ویژن سیٹوں کے لیے ای۔ ایچ۔ ٹی کی ضرورت تھی۔ 10 کے وی اور رنگین سیٹ اور بھی زیادہ۔ وولٹیج ڈبلرز کو یا تو مین ٹرانسفارمر پر ای۔ ایچ۔ ٹی وائنڈنگ پر وولٹیج کو دوگنا کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا تھا یا لائن فلائی بیک کنڈلی پر لہر کی شکل پر لگایا جاتا تھا۔ سرکٹ دو ہاف ویو پیک ڈٹیکٹر پر مشتمل ہوتا ہے، جو بالکل اسی طرح کام کرتا ہے جس طرح گریناچر سرکٹ میں پیک ڈٹیکٹر سیل کام کرتا ہے۔ دو چوٹی ڈٹیکٹر خلیوں میں سے ہر ایک آنے والی لہر کی شکل کے مخالف نصف چکروں پر کام کرتا ہے۔ چونکہ ان کے آؤٹ پٹ سیریز میں ہوتے ہیں، اس لیے آؤٹ پٹ چوٹی ان پٹ وولٹیج سے دوگنا ہوتا ہے۔ سوئچڈ کیپسیٹر سرکٹس ایک ہیلی کاپٹر سرکٹ کے ساتھ وولٹیج ڈبلر سے پہلے ڈی سی سورس کے وولٹیج کو دوگنا کرنے کے لیے اوپر بیان کردہ سادہ ڈایڈڈ کیپسیٹر سرکٹس کا استعمال ممکن ہے۔ درحقیقت، یہ وولٹیج ڈبلر پر لگانے سے پہلے ڈی سی کو اے سی میں تبدیل کر دیتا ہے۔ بیرونی گھڑی سے سوئچنگ ڈیوائسز کو چلا کر زیادہ موثر سرکٹس بنائے جا سکتے ہیں تاکہ دونوں افعال، کاٹنے اور ضرب، بیک وقت حاصل کیے جا سکیں۔ اس طرح کے سرکٹس کو سوئچڈ کیپسیٹر سرکٹس کہا جاتا ہے۔ یہ نقطہ نظر خاص طور پر کم وولٹیج والی بیٹری سے چلنے والی ایپلی کیشنز میں مفید ہے جہاں انٹیگریٹڈ سرکٹس کو بیٹری سے زیادہ وولٹیج کی فراہمی کی ضرورت ہوتی ہے۔ اکثر، انٹیگریٹڈ سرکٹ پر ایک کلاک سگنل آسانی سے دستیاب ہوتا ہے اور اسے پیدا کرنے کے لیے بہت کم یا کسی اضافی سرکٹری کی ضرورت نہیں ہوتی ہے۔ تصوراتی طور پر، شاید سب سے آسان تبدیل شدہ کیپسیٹر کی ترتیب وہ ہے جو شکل 5 میں اسکیمیٹک طور پر دکھائی گئی ہے۔ یہاں دو کیپسیٹرز بیک وقت متوازی طور پر ایک ہی وولٹیج پر چارج ہوتے ہیں۔ اس کے بعد سپلائی بند کر دی جاتی ہے اور کیپسیٹرز کو سیریز میں تبدیل کر دیا جاتا ہے۔ آؤٹ پٹ کو سیریز میں دو کیپسیٹرز کے پار سے لیا جاتا ہے جس کے نتیجے میں آؤٹ پٹ سپلائی وولٹیج سے دوگنا ہوتا ہے۔ بہت سے مختلف سوئچنگ ڈیوائسز ہیں جو اس طرح کے سرکٹ میں استعمال کیے جا سکتے ہیں، لیکن انٹیگریٹڈ سرکٹس میں MOSFET ڈیوائسز اکثر استعمال کیے جاتے ہیں۔ ایک اور بنیادی تصور چارج پمپ ہے، جس کا ایک ورژن شکل 6 میں منصوبہ بند طور پر دکھایا گیا ہے۔ چارج پمپ کیپسیٹر، سی پی، سب سے پہلے ان پٹ وولٹیج پر چارج کیا جاتا ہے۔ اس کے بعد اسے آؤٹ پٹ کیپسیٹر، سی او، کو ان پٹ وولٹیج کے ساتھ سیریز میں چارج کرنے کے لیے تبدیل کیا جاتا ہے جس کے نتیجے میں سی او بالآخر ان پٹ وولٹیج سے دوگنا چارج ہو جاتا ہے۔ چارج پمپ کو مکمل طور پر سی او چارج کرنے میں کامیاب ہونے میں کئی چکر لگ سکتے ہیں لیکن مستحکم حالت تک پہنچنے کے بعد سی پی کے لیے یہ ضروری ہے کہ وہ سی او سے لوڈ کو فراہم کیے جانے والے چارج کے برابر تھوڑی مقدار میں پمپ کرے۔ جب کہ سی او چارج پمپ سے منقطع ہو جاتا ہے، یہ جزوی طور پر بوجھ میں خارج ہو جاتا ہے جس کے نتیجے میں آؤٹ پٹ وولٹیج پر لہر آتی ہے۔ یہ لہر زیادہ گھڑی تعدد کے لیے چھوٹی ہوتی ہے کیونکہ خارج ہونے کا وقت کم ہوتا ہے، اور فلٹر کرنا بھی آسان ہوتا ہے۔ متبادل طور پر، کسی دی گئی لہر کی وضاحت کے لیے کیپسیٹرز کو چھوٹا بنایا جا سکتا ہے۔ انٹیگریٹڈ سرکٹس میں عملی زیادہ سے زیادہ گھڑی تعدد عام طور پر سینکڑوں کلو ہرٹز میں ہوتی ہے۔ ڈکسن چارج پمپ ڈکسن چارج پمپ، یا ڈکسن ملٹی پلیئر، ڈایڈڈ/کیپسیٹر خلیوں کے ایک جھرن پر مشتمل ہوتا ہے جس میں ہر کیپسیٹر کی نچلی پلیٹ گھڑی پلس ٹرین کے ذریعے چلائی جاتی ہے۔ سرکٹ کاک کرافٹ-والٹن ملٹی پلیئر کی ایک ترمیم ہے لیکن اے سی ان پٹ کے بجائے سوئچنگ سگنل فراہم کرنے والی کلاک ٹرینوں کے ساتھ ڈی سی ان پٹ لیتا ہے۔ ڈکسن ضرب عام طور پر اس بات کی ضرورت ہوتی ہے کہ متبادل خلیات مخالف مرحلے کی گھڑی کی دالوں سے چلائے جائیں۔ تاہم، چونکہ ایک وولٹیج ڈبلر، جو شکل 7 میں دکھایا گیا ہے، کو ضرب کے صرف ایک مرحلے کی ضرورت ہوتی ہے، صرف ایک گھڑی سگنل کی ضرورت ہوتی ہے۔ ڈکسن ملٹی پلیئر اکثر انٹیگریٹڈ سرکٹس میں استعمال ہوتا ہے جہاں سپلائی وولٹیج (مثال کے طور پر بیٹری سے) سرکٹری کی ضرورت سے کم ہوتی ہے۔ انٹیگریٹڈ سرکٹ کی تیاری میں یہ فائدہ مند ہے کہ تمام سیمی کنڈکٹر اجزاء بنیادی طور پر ایک ہی قسم کے ہوتے ہیں۔ MOSFETs عام طور پر بہت سے انٹیگریٹڈ سرکٹس میں معیاری منطق بلاک ہوتے ہیں۔ اس وجہ سے ڈایڈس کو اکثر اس قسم کے ٹرانجسٹر سے تبدیل کیا جاتا ہے، لیکن ڈایڈس کے طور پر کام کرنے کے لیے وائرڈ کیا جاتا ہے-ایک ترتیب جسے ڈایڈس وائرڈ MOSFET کہا جاتا ہے۔ شکل 8 ڈائیڈ-وائرڈ این-چینل بڑھانے کی قسم MOSFETs کا استعمال کرتے ہوئے ڈکسن وولٹیج ڈبلر کو دکھاتا ہے۔ بنیادی ڈکسن چارج پمپ میں بہت سی تغیرات اور بہتریاں ہیں۔ ان میں سے بہت سے ٹرانجسٹر ڈرین سورس وولٹیج کے اثر کو کم کرنے سے متعلق ہیں۔ یہ بہت اہم ہو سکتا ہے اگر ان پٹ وولٹیج چھوٹا ہو، جیسے کہ کم وولٹیج والی بیٹری۔ آئیڈیل سوئچنگ عناصر کے ساتھ آؤٹ پٹ ان پٹ کا ایک لازمی ضرب ہے (ڈبلر کے لیے دو) لیکن ان پٹ سورس کے طور پر سنگل سیل بیٹری اور ایم او ایس ایف ای ٹی سوئچ کے ساتھ آؤٹ پٹ اس قدر سے بہت کم ہوگا کیونکہ زیادہ تر وولٹیج ٹرانجسٹروں کے پار گر جائے گا۔ غیر متزلزل اجزاء کا استعمال کرنے والے سرکٹ کے لیے شاٹکی ڈایڈڈ آن اسٹیٹ میں انتہائی کم وولٹیج ڈراپ کے لیے عنصر کو تبدیل کرنے کا بہتر انتخاب ہوگا۔ تاہم، انٹیگریٹڈ سرکٹ ڈیزائنرز آسانی سے دستیاب ایم او ایس ایف ای ٹی کو استعمال کرنے کو ترجیح دیتے ہیں اور سرکٹ کی بڑھتی ہوئی پیچیدگی کے ساتھ اس کی ناکافی کو پورا کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر، ایک الکلائن بیٹری سیل کا برائے نام وولٹیج ہے۔ صفر وولٹیج ڈراپ کے ساتھ مثالی سوئچنگ عناصر کا استعمال کرنے والا وولٹیج ڈبلر اس سے دوگنا آؤٹ پٹ کرے گا، یعنی۔ تاہم، ڈایڈڈ وائرڈ ایم او ایس ایف ای ٹی کا ڈرین سورس وولٹیج ڈراپ جب یہ آن حالت میں ہوتا ہے تو کم از کم گیٹ تھریشولڈ وولٹیج ہونا چاہیے جو عام طور پر ہو سکتا ہے۔ یہ وولٹیج "ڈبلر" صرف آؤٹ پٹ وولٹیج کو تقریبا 100 تک بڑھانے میں کامیاب ہوگا۔ اگر حتمی ہموار ٹرانجسٹر کے پار ڈراپ کو بھی مدنظر رکھا جائے تو سرکٹ متعدد مراحل کا استعمال کیے بغیر وولٹیج کو بالکل نہیں بڑھا سکتا ہے۔ دوسری طرف، ایک عام شاٹکی ڈایڈڈ کا آن اسٹیٹ وولٹیج ہو سکتا ہے۔ اس شٹکی ڈایڈڈ کا استعمال کرتے ہوئے ایک ڈبلر کے نتیجے میں وولٹیج، یا ہموار ڈایڈڈ کے بعد آؤٹ پٹ پر، ہوگا۔ کراس جوڑے والے تبدیل شدہ کیپسیٹرز کراس جوڑے والے تبدیل شدہ کیپسیٹر سرکٹس بہت کم ان پٹ وولٹیج کے لیے اپنے آپ میں آتے ہیں۔ وائرلیس بیٹری سے چلنے والے آلات جیسے پیجرز، بلوٹوتھ ڈیوائسز اور اس طرح کے آلات کو وولٹ کے نیچے خارج ہونے پر بجلی کی فراہمی جاری رکھنے کے لیے سنگل سیل بیٹری کی ضرورت پڑ سکتی ہے۔ جب گھڑی کم ہو تو ٹرانجسٹر Q2 بند کر دیا جاتا ہے۔ ایک ہی وقت میں ٹرانجسٹر کیو 1 پر گھڑی ہائی ٹرننگ ہوتی ہے جس کے نتیجے میں کیپسیٹر سی 1 ون پر چارج ہوتا ہے۔ جب اوپر جاتا ہے تو C1 کی اوپری پلیٹ کو دو بار ون تک دھکیل دیا جاتا ہے۔ اسی وقت سوئچ S1 بند ہو جاتا ہے لہذا یہ وولٹیج آؤٹ پٹ پر ظاہر ہوتا ہے۔ اسی وقت C2 کو چارج کرنے کی اجازت دیتے ہوئے Q2 کو آن کیا جاتا ہے۔ اگلے نصف چکر پر کردار الٹ جائیں گے: کم ہوں گے، زیادہ ہوں گے، S1 کھل جائے گا اور S2 بند ہو جائے گا۔ اس طرح، آؤٹ پٹ کو سرکٹ کے ہر طرف سے باری باری 2 ون کے ساتھ فراہم کیا جاتا ہے۔ اس سرکٹ میں نقصان کم ہے کیونکہ کوئی ڈایڈڈ وائرڈ ایم او ایس ایف ای ٹی اور ان سے وابستہ تھریشولڈ وولٹیج کے مسائل نہیں ہیں۔ سرکٹ کا یہ فائدہ بھی ہے کہ ریپل فریکوئنسی دوگنی ہو جاتی ہے کیونکہ مؤثر طریقے سے دو وولٹیج ڈبلر ہوتے ہیں جو دونوں آؤٹ آف فیز گھڑیوں سے آؤٹ پٹ کی فراہمی کرتے ہیں۔ اس سرکٹ کا بنیادی نقصان یہ ہے کہ اسٹریٹ کیپسیٹنس ڈکسن ملٹی پلیئر کے مقابلے میں بہت زیادہ اہم ہیں اور اس سرکٹ میں ہونے والے نقصانات کے بڑے حصے کا سبب بنتے ہیں۔ بوسٹ کنورٹر بک-بوسٹ کنورٹر ڈی سی ٹو ڈی سی کنورٹر فلائی بیک کنورٹر حوالہ جات کتابچہ احمد، سید عمران پائپ لائنڈ اے ڈی سی ڈیزائن اینڈ اینہانسمنٹ ٹیکنیکس، سپرنگر، 2010 بھی دیکھیں۔ کیمپارڈو، جیوانی ؛ مشیلونی، رینو ؛ نووسیل، ڈیوڈ وی ایل ایس آئی-ڈیزائن آف نان وولاٹائل میموریز، سپرنگر، 2005۔ کوریز، رالف ؛ شمٹ-والٹر، ہینز ٹشینبچ ڈیر الیکٹرو ٹیکنیک: گرونڈلیگن اینڈ الیکٹرانک، ڈوئچ ہیری جی ایم بی ایچ، 2004۔ لیو، جون جے۔ اورٹیز-کونڈے، ایڈیلمو ؛ گارسیا-سانچیز، ایف۔ تجزیہ اور MOSFETs کا ڈیزائن، سپرنگر، 1998۔ میک کومب، گورڈن گورڈن میک کومب کی گیجٹیئر کی سونے کی کان!، میک گرا ہل پروفیشنل، 1990۔ مہرا، جے ؛ ریچنبرگ، ایچ دی ہسٹوریکل ڈیولپمنٹ آف کوانٹم تھیوری، سپرنگر، 2001۔ مل مین، جیکب ؛ ہلکیاس، کرسٹوس سی۔ انٹیگریٹڈ الیکٹرانکس، میک گرا ہل کوگاکوشا، 1972۔ پیلوسو، ونسنزو ؛ اسٹیئرٹ، مشیل ؛ سینسن، ولی ایم سی۔ ڈیزائن آف لو وولٹیج لو پاور سی ایم او ایس ڈیلٹا سگما اے/ڈی کنورٹرز، سپرنگر، 1999۔ وارٹن، ڈبلیو۔ ہاورتھ، ڈی۔ ٹیلی ویژن استقبالیہ کے اصول، پٹ مین پبلشنگ، 1971۔ یوآن، فیئی سی ایم او ایس سرکٹس برائے غیر فعال وائرلیس مائیکرو سسٹمز، سپرنگر، 2010۔ زمباہلن، ہینک لکیری سرکٹ ڈیزائن ہینڈ بک، نیونس، 2008۔ بنیادی ذرائع برقی سرکٹس برقی طاقت کے تبادلے اینالاگ سرکٹس الیکٹرانک ڈیزائن ریکٹیفائر