आवेग वोल्टेज जनरेटर / मार्क्स जनरेटर - सर्किट आरेख, काम सिद्धांत और अनुप्रयोगों

इलेक्ट्रॉनिक्स में, सर्ज एक बहुत ही महत्वपूर्ण चीज है और यह हर सर्किट डिजाइनर के लिए एक बुरा सपना है। इन वृद्धि को आमतौर पर आवेग के रूप में संदर्भित किया जाता है जिसे उच्च वोल्टेज के रूप में परिभाषित किया जा सकता है , आमतौर पर कुछ केवी में जो थोड़े समय के लिए मौजूद होता है । आवेग वोल्टेज की विशेषताओं को उच्च या निम्न गिरावट समय के साथ देखा जा सकता है, जिसके बाद वोल्टेज का बहुत अधिक उदय होता है, बिजली प्राकृतिक कारणों का एक उदाहरण है जो आवेग वोल्टेज का कारण बनता है। चूंकि यह आवेग वोल्टेज विद्युत उपकरणों को गंभीर रूप से नुकसान पहुंचा सकता है, इसलिए आवेग वोल्टेज के खिलाफ काम करने के लिए हमारे उपकरणों का परीक्षण करना महत्वपूर्ण है। यह वह जगह है जहां हम एक आवेग वोल्टेज जनरेटर का उपयोग करते हैं जो एक नियंत्रित परीक्षण सेट-अप में उच्च वोल्टेज या वर्तमान वृद्धि उत्पन्न करता है। इस लेख में, हम इसके बारे में जानेंगेकाम और आवेग वोल्टेज जनरेटर के आवेदन । तो चलो शुरू करते है।

जैसा कि पहले बताया गया था कि एक आवेग जनरेटर एक बहुत ही उच्च वोल्टेज या बहुत उच्च धारा के साथ इस छोटी अवधि की वृद्धि करता है। इस प्रकार, दो प्रकार के आवेग जनरेटर, आवेग वोल्टेज जनरेटर और आवेग वर्तमान जनरेटर हैं । हालांकि, इस लेख में, हम आवेग वोल्टेज जनरेटर पर चर्चा करेंगे।

आवेग वोल्टेज तरंग

आवेग वोल्टेज को बेहतर ढंग से समझने के लिए आइए हम आवेग वोल्टेज तरंग पर एक नज़र डालें। नीचे की छवि में, उच्च वोल्टेज आवेग तरंग का एक एकल शिखर दिखाया गया है

जैसा कि आप देख सकते हैं, लहर 2 uS के भीतर अपने अधिकतम 100 प्रतिशत शिखर पर पहुंच रही है। यह बहुत तेज़ है, लेकिन उच्च वोल्टेज लगभग 40uS की अवधि के साथ अपनी ताकत खो रहा है। इसलिए, नाड़ी के पास बहुत कम या तेज वृद्धि का समय होता है जबकि बहुत धीमी या लंबी गिरावट का समय होता है । नाड़ी की अवधि को तरंग पूंछ कहा जाता है जिसे 3-टाइम स्टैम्प ts3 और ts0 के बीच के अंतर से परिभाषित किया जाता है।

एकल चरण आवेग जनरेटर

आवेग जनरेटर के कामकाज को समझने के लिए, नीचे दिए गए एकल-चरण आवेग जनरेटर के सर्किट आरेख पर एक नजर डालते हैं

उपरोक्त सर्किट में दो कैपेसिटर और दो प्रतिरोध शामिल हैं। स्पार्क गैप (G) दो इलेक्ट्रोड्स के बीच एक विद्युतीय रूप से पृथक अंतराल है जहां विद्युत स्पार्क्स होते हैं। एक उच्च वोल्टेज बिजली स्रोत भी उपरोक्त छवि में दिखाया गया है। किसी भी आवेग जनरेटर सर्किट को कम से कम एक बड़े संधारित्र की आवश्यकता होती है जो एक उपयुक्त वोल्टेज स्तर पर चार्ज होती है और फिर एक लोड द्वारा छुट्टी दे दी जाती है। उपरोक्त सर्किट में, सीएस चार्जिंग कैपेसिटर है । यह एक उच्च वोल्टेज कैपेसिटर है जो आमतौर पर 2kV रेटिंग से अधिक होता है (वांछित आउटपुट वोल्टेज पर निर्भर करता है)। कैपेसिटर सीबी लोड कैपेसिटेंस है जो चार्जिंग कैपेसिटर का निर्वहन करेगा। रोकनेवाला और आरडी और आरई तरंग आकार को नियंत्रित करते हैं।

यदि उपरोक्त छवि को ध्यान से देखा जाए, तो हम पा सकते हैं कि G या स्पार्क गैप का कोई विद्युत संबंध नहीं है। फिर लोड कैपेसिटेंस को हाई वोल्टेज कैसे मिलता है? यहाँ चाल है और इस एक के द्वारा, उपरोक्त सर्किट एक आवेग जनरेटर के रूप में कार्य करता है। संधारित्र को तब तक चार्ज किया जाता है जब तक कि संधारित्र का आवेशित वोल्टेज स्पार्क गैप को पार करने के लिए पर्याप्त न हो। स्पार्क गैप और हाई वोल्टेज के बीच उत्पन्न एक विद्युत आवेग बाएं इलेक्ट्रोड टर्मिनल से स्पार्क गैप के दाएं इलेक्ट्रोड टर्मिनल में स्थानांतरित हो जाता है और इस प्रकार यह जुड़ा सर्किट बनाता है।

सर्किट के प्रतिक्रिया समय को दो इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी को अलग करके या कैपेसिटर को पूरी तरह से चार्ज वोल्टेज को बदलकर नियंत्रित किया जा सकता है। उत्पादन आवेग वोल्टेज गणना के साथ उत्पादन वोल्टेज तरंग की गणना के द्वारा किया जा सकता है

वी (टी) = (ई ^{- α टी} - ई ^{- β टी})

कहाँ पे, α = 1 / R _d C _b β = 1 / R _e C _z

एकल चरण आवेग जनरेटर के नुकसान

एकल-चरण आवेग जनरेटर सर्किट का प्रमुख नुकसान भौतिक आकार है । उच्च वोल्टेज रेटिंग के आधार पर, घटक आकार में बड़े हो जाते हैं। इसके अलावा, उच्च आवेग वोल्टेज पीढ़ी के लिए उच्च डीसी वोल्टेज की आवश्यकता होती है । इसलिए, एकल-चरण आवेग वोल्टेज जनरेटर सर्किट के लिए, बड़ी डीसी बिजली की आपूर्ति का उपयोग करने के बाद भी इष्टतम दक्षता प्राप्त करना काफी मुश्किल हो जाता है।

अंतराल कनेक्शन के लिए उपयोग किए जाने वाले गोले भी आकार में बहुत अधिक आवश्यक हैं। कोरोना जो आवेग वोल्टेज पीढ़ी द्वारा छुट्टी दे दी जाती है, उसे दबाना और पुनर्वसन करना बहुत मुश्किल है। इलेक्ट्रोड जीवन छोटा हो जाता है और पुनरावृत्ति के कुछ चक्रों के बाद प्रतिस्थापन की आवश्यकता होती है।

मार्क्स जनरेटर

इरविन ओटो मार्क्स ने 1924 में एक मल्टीस्टेज इम्पल्स जनरेटर सर्किट प्रदान किया। इस सर्किट का उपयोग विशेष रूप से कम वोल्टेज बिजली स्रोत से उच्च आवेग वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। मल्टीप्लेक्स आवेग जनरेटर के सर्किट या आमतौर पर मार्क्स सर्किट के रूप में कहा जाता है नीचे दी गई छवि में देखा जा सकता है।

उपरोक्त सर्किट 4 कैपेसिटर का उपयोग करता है (कैपेसिटर की एन संख्या हो सकती है) जो चार्ज प्रतिरोधों आर 1 से आर 8 तक समानांतर चार्जिंग स्थिति में एक उच्च वोल्टेज स्रोत द्वारा चार्ज किए जाते हैं।

डिस्चार्ज कंडीशन के दौरान स्पार्क गैप जो चार्जिंग स्टेट के दौरान एक ओपन सर्किट था, एक स्विच के रूप में कार्य करता है और कैपेसिटर बैंक के माध्यम से एक श्रृंखला पथ को जोड़ता है और पूरे भार में बहुत अधिक आवेग वोल्टेज उत्पन्न करता है । उपर्युक्त छवि में बैंगनी रेखा द्वारा निर्वहन स्थिति को दिखाया गया है। स्पार्क गैप को कम करने और मार्क्स जनरेटर सर्किट को सक्रिय करने के लिए पहले संधारित्र के वोल्टेज को पर्याप्त रूप से पार करने की आवश्यकता होती है ।

जब ऐसा होता है तो पहली स्पार्क गैप दो कैपेसिटर (C1 और C2) को जोड़ती है। इसलिए पहले संधारित्र में वोल्टेज C1 और C2 के दो वोल्टेज से दोगुना हो जाता है। इसके बाद, तीसरी स्पार्क गैप अपने आप टूट जाती है क्योंकि तीसरी स्पार्क गैप में वोल्टेज काफी अधिक होती है और यह तीसरे कैपेसिटर C3 वोल्टेज को स्टैक में जोड़ना शुरू करती है और यह अंतिम कैपेसिटर तक जाती है। अंत में, जब अंतिम और अंतिम स्पार्क गैप पहुँच जाता है, तो वोल्टेज पूरे लोड पर अंतिम स्पार्क गैप को तोड़ने के लिए पर्याप्त होता है, जिसमें स्पार्क प्लग के बीच एक बड़ा गैप होता है।

अंतिम अंतर में अंतिम आउटपुट वोल्टेज एनवीसी होगा (जहां n कैपेसिटर की संख्या है और वीसी संधारित्र चार्ज वोल्टेज है) लेकिन यह आदर्श सर्किट में सच है। वास्तविक परिदृश्यों में, मार्क्स इंपल्स जनरेटर सर्किट का आउटपुट वोल्टेज वास्तविक वांछित मूल्य से बहुत कम होगा।

हालाँकि, इस अंतिम स्पार्क पॉइंट को बड़े अंतराल की आवश्यकता होती है, क्योंकि इसके बिना, कैपेसिटर पूरी तरह से चार्ज होने की स्थिति में नहीं आते हैं। कभी-कभी, जानबूझकर निर्वहन किया जाता है। मार्क्स जनरेटर में कैपेसिटर बैंक को डिस्चार्ज करने के कई तरीके हैं।

मार्क्स जेनरेटर में संधारित्र निर्वहन तकनीक:

अतिरिक्त ट्रिगर इलेक्ट्रोड को पल्स करना: एक अतिरिक्त ट्रिगर इलेक्ट्रोड को पुल करना जानबूझकर मार्क्स चार्ज को पूरी तरह से चार्ज स्थिति या किसी विशेष मामले के दौरान ट्रिगर करने का एक प्रभावी तरीका है। अतिरिक्त ट्रिगर इलेक्ट्रोड को Trigatron कहा जाता है। ट्रिगेट्रॉन विभिन्न आकारों और आकारों में अलग-अलग विशिष्टताओं के साथ उपलब्ध हैं।

अंतराल में हवा को आयनित करना: आयनित हवा एक प्रभावी मार्ग है जो स्पार्क गैप को संचालित करने के लिए फायदेमंद है। आयनित स्पंदित लेजर का उपयोग करके किया जाता है।

गैप के अंदर हवा के दबाव को कम करना : चेंबर गैप को चेंबर के अंदर डिजाइन किया जाए तो एयर प्रेशर में कमी भी प्रभावी है।

मार्क्स जनरेटर के नुकसान

लंबे समय चार्ज समय: संधारित्र को चार्ज करने के लिए मार्क्स जनरेटर प्रतिरोधों का उपयोग करता है। इस प्रकार चार्ज समय अधिक हो जाता है। बिजली की आपूर्ति के करीब संधारित्र दूसरों की तुलना में तेजी से चार्ज हो जाता है। यह संधारित्र और विद्युत आपूर्ति के बीच बढ़ते प्रतिरोध के कारण बढ़ी हुई दूरी के कारण है। यह मार्क्स जनरेटर इकाई की एक बड़ी खामी है।

दक्षता का नुकसान: पहले वर्णित के समान कारण के कारण, जैसा कि प्रतिरोधों के माध्यम से प्रवाह होता है, मार्क्स जनरेटर सर्किट की दक्षता कम है।

स्पार्क गैप का छोटा जीवन काल: स्पार्क गैप के माध्यम से निर्वहन का दोहराव चक्र एक स्पार्क गैप के इलेक्ट्रोड के जीवनकाल को छोटा करता है, जिसे समय-समय पर बदलने की आवश्यकता होती है।

चार्ज और डिस्चार्ज चक्र की पुनरावृत्ति समय: उच्च चार्ज समय के कारण, आवेग जनरेटर का पुनरावृत्ति समय बहुत धीमा है। यह मार्क्स जनरेटर सर्किट का एक और बड़ा दोष है।

आवेग जनरेटर सर्किट के अनुप्रयोग

आवेग जनरेटर सर्किट का प्रमुख अनुप्रयोग उच्च वोल्टेज उपकरणों का परीक्षण करना है । इम्पल्स वोल्टेज जनरेटर का उपयोग करके बिजली गिरफ्तारी, फ़्यूज़, टीवीएस डायोड, विभिन्न प्रकार के सर्ज रक्षक आदि का परीक्षण किया जाता है। न केवल परीक्षण क्षेत्र में, बल्कि इम्पल्स जनरेटर सर्किट भी एक आवश्यक उपकरण है जिसका उपयोग परमाणु भौतिकी प्रयोगों के साथ-साथ लेजर, संलयन और प्लाज्मा उपकरण उद्योगों में भी किया जाता है।

मार्क्स जनरेटर का उपयोग बिजली-लाइन गियर और विमानन उद्योगों में बिजली के प्रभाव के सिमुलेशन उद्देश्यों के लिए किया जाता है । इसका उपयोग एक्स-रे और जेड मशीनों में भी किया जाता है। अन्य उपयोग, जैसे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के इन्सुलेशन परीक्षण का भी आवेग जनरेटर सर्किट का उपयोग करके परीक्षण किया जाता है।