වෝල්ටීයතා ද්විගුණකය

වෝල්ටීයතා ද්විගුණකය යනු ආදාන වෝල්ටීයතාවයෙන් ධාරිත්‍රක ආරෝපණය කර මෙම ආරෝපණ යම් ක්‍රමයකට වහරුගත කර පරිපූර්ණ තත්වයේදී, ප්‍රතිදානයේදී නිපදවන ලද වෝල්ටීයතාවය තත්වාකාරයෙන් ආදානයේදී මෙන් දෙගුණයක් වන ඉලෙක්ට්‍රොනික පරිපථයකි.

මෙම පරිපථයන්හි සරලම ආකාරය ප්‍රත්‍යාවර්ත ධාරා වෝල්ටීයතාවයක් ආදානය ලෙස ගෙන ද්විගුණ කරන ලද සරල ධාරා වෝල්ටීයතාවයක් ප්‍රතිදානය කරන සෘජුකාරක ආකාරයකි.  වහරුගත කිරීමේ මූලාවයවයන් වන්නේ සරල දියෝඩ වන අතර ඒවා හුදෙක් ආදානයේ ප්‍රත්‍යාවර්ත ධාරාව මගින් තත්වයන් මාරු කිරීමට එලවනු ලැබේ.  සරල ධාරා - සරල ධාරා වෝල්ටීයතා ද්විගුණක මේ ආකාරයට වහරුගත කළ නොහැකි අතර වහරුගත කිරීම පාලනයට එලැවුම් පරිපථයක් අවශ්‍ය වේ.  ඒවාට සරල වූ ප්‍රත්‍යාවර්ත ධාරා - සරල ධාරා අවස්ථාවේදී මෙන් වහරුව හරහා වූ වෝල්ටීයතාවය මත යැපෙනවාට වඩා ට්‍රාන්සිස්ටරයක් වැනි සෘජුවම පාලනය කළ හැකි වහරුගත කිරීමේ මූලාවයවයක්ද නිතර අවශ්‍ය වේ.

වෝල්ටීයතා ද්විගුණක වෝල්ටීයතා ගුණක පරිපථ ප්‍රභේදයකි.  බොහෝ (නමුත්  සියල්ලම නොවන) වෝල්ටීයතා ද්විගුණක පරිපථ ඉහළ ගණයේ ගුණකයන්හි තනි පියක් ලෙස දැකිය හැකිය: සර්වසම පියන් එකට කඳුරැළි කිරීමෙන් විශාලතර වෝල්ටීයතාවයන් මුදුන්පත් කර ගනියි.

වෝල්ටීයතා ද්විගුණක සෘජුකාරක

විලාඩ් පරිපථය

විලාඩ් පරිපථය හුදෙක් ධාරිත්‍රකයකින් සහ දියෝඩයකින් සමන්විත වේ. එහි සරලතාවයෙහි විශාල ප්‍රයෝජනයක් ඇති අතරතුර, ප්‍රතිදානයෙහි ඉතා අසාර වූ රැළිති ලාක්‍ෂණිකයන් පවතී. ප්‍රධාන වශයෙන් පරිපථය දියෝඩ කලම්ප පරිපථයකි. ධාරිත්‍රකය ඍණ අර්ධ චක්‍රයන්හිදී උච්ච ප්‍රත්‍යාවර්ත ධාරා වෝල්ටීයතා අගය  (Vpk) ට ආරෝපණය වේ.  ප්‍රතිදානය ආදාන ප්‍රත්‍යාවර්ත ධාරා තරංග හැඩයේ අධිස්ථාපනය වන අතර ධාරිත්‍රකයේ අනවරත සරල ධාරාව වේ.  පරිපථයේ අභිප්‍රාය වනුයේ තරංග හැඩයේ සරල ධාරා අගය තැන් මාරු කිරීමයි.  දියෝඩය මගින් ප්‍රත්‍යාවර්ත ධාරා තරංග හැඩයේ ඍණාත්මක උච්චයන් 0 V (තත්වාකාරයෙන් දියෝඩයේ කුඩා ඉදිරි නැඹුරු වෝල්ටීයතාවය −VF) ට "කලම්ප ගසා" ඇත. එබැවින් ප්‍රතිදාන තරංග හැඩයේ ධනාත්මක උච්චයන් 2Vpk වේ.  උච්චයේ සිට උච්චය දක්වා රැළිත්ත අති විශාල 2Vpk වන අතර පරිපථය කාර්ය සාධක ලෙස වඩාත් නවීන ආකාරයකට පත් කළහොත් මිස සුමටනය කළ නොහැකිය.

ග්‍රෙයිනේචර් පරිපථය

ග්‍රෙයිනේචර් වෝල්ටීයතා ද්විගුණකය අමතර සංරචක සඳහා සුළු වියදමක් වෙනුවෙන් විලාඩ් පරිපථයට වඩා සැළකිය යුතු සංවර්ධනයක් වේ.  රැළිත්ත වඩාත් ඌනිතය, විවෘත-පරිපථ හාර තත්ව යටතේ නාම මාත්‍ර වශයෙන් ශූන්‍ය වේ. නමුත් ධාරාව ගලා යන විටදී හාරයේ ප්‍රතිරෝධය හා යොදාගෙන ඇති ධාරිත්‍රක අගයන් මත රඳා පවතී.  පරිපථය, උච්ච අනාවරක හෝ වහන්තරා අනාවරක පියක් සාරය වශයෙන් ඇති විලාඩ් කෝෂ පියක් අනුව යමින් ක්‍රියා කරයි.  ප්‍රතිදානයේ උච්ච වෝල්ටීයතාවය පවත්වා ගන්නා අතරතුර රැළිත්තේ ඉතා වැඩි කොටසක් ඉවත් කිරීමේ කාර්යය උච්ච අනාවරක කෝෂය සතුව පවතී. 

මෙම පරිපථය හෙයින්රිච් ග්‍රෙයිනේචර් විසින් 1913 දී (ප්‍රසිද්ධ කරන ලද්දේ 1914 දී) මුලින්ම නිපදවන ලද්දේ ඔහුගේ අලුතින් නිපදවන ලද අයනමානය සඳහා එම කාල වකවානුවේදී සුරිච් විදුලි බලාගාර විසින් සපයන ලද 110 V වූ ප්‍රත්‍යාවර්ත ධාරාව ප්‍රමාණවත් නොවුණ බැවින් එයට අවශ්‍ය 200–300 V සැපයීම සඳහාය.  ඔහු පසුව (1920 දී) මෙම සංකල්පය ගුණකයන්හි කඳුරැල්ලක් බවට විස්තීරණය කළේය.  මෙම ග්‍රෙයිනේචර් කෝෂයන්හි කඳුරැල්ල බොහෝවිට සාවද්‍ය ලෙස විලාඩ් කඳුරැල්ල ලෙස සඳහන් කරනු ලැබේ.  1932 දී ස්වෝත්සාහයෙන් පරිපථය නැවත සොයාගත්, ජෝන් කොක්රෝෆ්ට් සහ අර්නස්ට් වෝල්ටන් දෙදෙනා විසින් අංශු ත්වරකය සොයා ගැනීමෙන් අනතුරුව එය කොක්රෝෆ්ට්-වෝල්ටන් ගුණකය ලෙසද හැඳින්වේ.

මෙම ස්ථලකයෙහි සංකල්පය තත් ප්‍රත්‍යාවර්ත ධාරා ප්‍රභවයෙන්ම එලවන ලද ප්‍රතිවිරුද්ධ ධ්‍රැවීයතාවයන්හි ග්‍රෙයිනේචර් කෝෂ දෙකක් යොදාගෙන සිව්ගුණක පරිපථයක් දක්වා විස්තීරණය කළ හැකිය.  ප්‍රතිදානය තනි තනි ප්‍රතිදානයන් හරහා ගනු ලැබේ.  සේතු පරිපථයකදී මෙන්, මෙම පරිපථයෙහි ආදානය සහ ප්‍රතිදානය එක විටම බිම් ගැන්වීම සිදු කළ නොහැකිය.

සේතු පරිපථය

ඩෙලෝන් පරිපථය වෝල්ටීයතා ද්විගුණ කිරීම සඳහා සේතු ස්ථලකය භාවිතා කරයි. මෙම ආකාරයේ පරිපථ, එක් කලෙක කැතෝඩ කිරණ නල රූපවාහිනී යන්ත්‍ර තුළ අතිශය අතිශක්මතා වෝල්ටීයතා සැපයුමක් ලබා දීමට යොදා ගැනුණු නිසා සුලබව දක්නට ලැබුණි.  5 kV ට වඩා වැඩි වෝල්ටීයතාවයන් පරිණාමකයක් මගින් ජනනයේදී ගෘහ උපකරණ වශයෙන් සුරක්‍ෂිතභාවය පිළිබඳ ගැටළු පවතින අතර තත්වය කෙසේ වුවත් එය ඵලදායී නොවේ.  කෙසේ වුවත්, කළු-සුදු රූපවාහිනී යන්ත්‍ර සඳහා 10 kV වන අතිශය අතිශක්මතාවක් අවශ්‍ය වන අතර වර්ණ රූපවාහිනී යන්ත්‍ර සඳහා ඊටත් වැඩියෙන් අවශ්‍ය වේ.  වෝල්ටීයතා ද්විගුණක, ජවමූලික පරිණාමකයේ අතිශය අතිශක්මතා එතුමෙහි වෝල්ටීයතාවය දෙගුණ කිරීමට හෝ පසු පිනුම් දඟරයන්හි රේඛාවෙහි තරංග හැඩයට යොදා ගැනුණි.<ref>Kories and Schmidt-Walter, p.615Millman and Halkias, p. 109Wharton and Howorth, pp. 68–69</ref>

පරිපථය, ග්‍රෙයිනේචර් පරිපථයේ උච්ච අනාවරක කෝෂය ක්‍රියා කළ අකාරයටම ක්‍රියා කරන අර්ධ තරංග උච්ච අනාවරකයන් දෙකකින් සමන්විත වේ.  උච්ච අනාවරක කෝෂ දෙකෙන් එක එකක් ආදාන තරංග හැඩයේ ප්‍රතිවිරුද්ධ අර්ධ-චක්‍රයන් මත ක්‍රියා කරයි.  ඒවායේ ප්‍රතිදානයන් ශ්‍රේණිගත බැවින්, ප්‍රතිදානය උච්ච ආදාන වෝල්ටීයතාවය මෙන් දෙගුණයක් වේ.

වහරුගත ධාරිත්‍රක පරිපථ

වෝල්ටීයතා ද්විගුණකය පූර්වයෙහි ලොපන පරිපථයක් යෙදීමෙන් ඉහත විස්තර කරන ලද සරල දියෝඩ-ධාරිත්‍රක පරිපථ සරල ධාරා ප්‍රභවයක වෝල්ටීයතාවය දෙගුණ කිරීමට යොදාගත හැකිය.  සත්‍ය වශයෙන්, මෙය වෝල්ටීයතා ද්විගුණකයට යෙදීමට පෙර සරල ධාරාව ප්‍රත්‍යාවර්ත ධාරාවක් බවට පරිවර්තනය කරයි.  වහරුගත කරන උපකරණ බාහිර හෝරා යන්ත්‍රයකින් එලවීම මගින්, ලොපනය සහ ගුණනය යන උභය කාර්‍යයන් එක්වරම සාක්ෂාත් කරගත හැකි අතර එමගින් වඩාත් කාර්යක්‍ෂම පරිපථ තැනිය හැකියි.  එවැනි පරිපථ වහරුගත ධාරිත්‍රක පරිපථ ලෙස හැඳින්වේ.  අඩු වෝල්ටීයතා විදුලි කෝෂයන්ගෙන් ජවය සපයන ලද සංගෘහිත පරිපථ සඳහා විදුලි කෝෂය මගින් ලබා දෙනවාට වඩා වැඩි වෝල්ටීයතා සැපයුමක් අවශ්‍ය කරන භාවිතයන්හිදී මෙම එළැඹුම විශේෂයෙන්ම ප්‍රයෝජනවත් වේ.  නිතර, හෝරා සංඥාව සංගෘහිත පරිපථයෙන්ම පහසුවෙන් ලබා ගත හැකි අතර එය ජනනයට කුඩා හෝ අතිරේක විද්‍යුත් පරිපථ පද්ධතියක් අවශ්‍ය නොවේ.

සංකල්පනික ලෙස, සමහර විට සරලතම වහරුගත ධාරිත්‍රක වින්‍යාසය රූප සටහන 5 හි ක්‍රමානුරූප ලෙස පෙන්වා ඇත.  මෙහි ධාරිත්‍රක දෙකක් සමාන්තරගත ලෙස සමගාමීව එකම වෝල්ටීයතවයට ආරෝපණය වේ.  පසුව සැපයුම කපා හරින අතර ධාරිත්‍රක ශ්‍රේණිගත වන ලෙස වාහරුගත කරනු ලැබේ.  ප්‍රතිදානය ලබා ගන්නේ ශ්‍රේණිගත ධාරිත්‍රක දෙක හරහා වන අතර ප්‍රතිඵලය ලෙස සැපයුම් වෝල්ටීයතාවය මෙන් දෙගුණයක් වූ ප්‍රතිදානයක් ලැබේ.  එවැනි පරිපථයක විවිධ වහරුගත කිරීමේ උපකරණ යොදාගත හැකි නමුත් සංගෘහිත පරිපථ වලදී නිතර MOSFET උපකරණ යොදවනු ලැබේ.

තවත් මූලික සංකල්පයක් වන්නේ රූපසටහන 6 හි ක්‍රමානුරූප ලෙස පෙන්වා ඇති පරිපථයේ සංස්කරණයක් වන ආරෝපණ පොම්පයයි.  පළමුව ආරෝපණ පොම්ප ධාරිත්‍රකය වන CP ආදාන වෝල්ටීයතාවයට ආරෝපණය වේ.  ඉන්පසු එය ආදාන වෝල්ටීයතාවය සමග ශ්‍රේණිගත ලෙස ප්‍රතිදාන ධාරිත්‍රකය වන CO ආරෝපණයට වහරුගත කරනු ලබන අතර ප්‍රතිඵලය ලෙස අවසානයේදී CO ආදාන වෝල්ටීයතාවය මෙන් දෙගුණයක් දක්වා ආරෝපණය වේ.  CO සම්පූර්ණයෙන් ආරෝපණය වීමට ආරෝපණ පොම්පය චක්‍ර කිහිප වාරයක් ගත හැකි නමුත් අනවරත තත්වයට පත්වීමෙන් අනතුරුව CP ට අවශ්‍ය වන්නේ CO ගෙන් හාරයට සපයන ආරෝපණ ප්‍රමාණයට සමාන වන ආරෝපණ කුඩා ප්‍රමාණයක් පොම්ප කිරීමටය.  CO ආරෝපණ පොම්පයෙන් විසන්ධි කර ඇති අතරතුර එය ප්‍රතිඵලය ලෙස ප්‍රතිදාන වොල්ටීයතාවයේ රැළිත්තක් ඇති කරමින් හාරයට ස්වල්ප වශයෙන් විසර්ජනය වේ.  මෙම රැළිත්ත ඉහළ හෝරා සංඛ්‍යාතයන් සඳහා කුඩා වන්නේ විසර්ජන කාලය කුඩා වන බැවින් වන අතර එය පෙරීමටද පහසු වේ.  විකල්ප වශයෙන්, දෙන ලද රැළිති පිරිවිතරයක් සඳහා ධාරිත්‍රක කුඩාවට නිර්මාණය කළ හැකිය.  සංගෘහිත පරිපථයන්හි උපරිම ප්‍රායෝගික හෝරා සංඛ්‍යාතය දර්ශීය වශයෙන් කිලෝ හර්ට්ස් සිය ගණනින් වේ.

ඩික්සන් ආරෝපණ පොම්පය

ඩික්සන් ආරෝපණ පොම්පය, හෝ ඩික්සන් ගුණකය, එක් එක් ධාරිත්‍රකයේ තහඩු පත්ල හෝරා ස්පන්ද ශ්‍රේණියකින් එලවන ලද දියෝඩ-ධාරිත්‍රක කඳුරැල්ලකින් සමන්විත වේ.  පරිපථය කොක්රෝෆ්ට්-වෝල්ටන් ගුණකයේ සංශෝධනයක් වන නමුත් ප්‍රත්‍යාවර්ත ධාරා ආදානය වෙනුවට වහරුගත කිරීමේ සංඥාව සපයන හෝරා ශ්‍රේණීන්ගෙන් යුත් සරල ධාරා ආදානයක් ලබා ගනියි.  ඩික්සන් ගුණකයට සාමාන්‍යයෙන් ප්‍රතිවිරුද්ධ කලාවේ හෝරා ස්පන්දයන්ගෙන් එලවන ලද ප්‍රත්‍යාවර්තක කෝෂයන් අවශ්‍ය වේ.  කෙසේ වුවත්, රූප සටහන 7 හි පෙන්වා ඇති වෝල්ටීයතා ද්විගුණකයක් හට ගුණනයේ එක් පියක් පමණක් සහ එක් හෝරා සංඥාවක් පමණක් අවශ්‍ය වේ.<ref>Liu, p.226Yuan, pp.13-14</ref>

විද්‍යුත් පරිපථ පද්ධතිය මගින් අවශ්‍ය ප්‍රමාණයට වඩා අඩු සැපයුම් වෝල්ටීයතාවයක් (උදාහරණයක් වශයෙන් විදුලි කෝෂයක් මගින්) ඇති සංගෘහිත පරිපථයන්හිදී ඩික්සන් ගුණකය නිතර යෙදවේ.  සියලු අර්ධ සන්නායක සංරචක මූලිකව එකම වර්ගයේ වීම සංගෘහිත පරිපථ නිර්මාණයේදී වඩාත් ලාභදායී වේ.  බොහෝ සංගෘහිත පරිපථයන්හි පොදු වශයෙන් සම්මත තර්ක කොටස වන්නේ MOSFETය.  මෙම හේතුව නිසා බොහෝ විට දියෝඩ මෙම වර්ගයේ ට්‍රාන්සිස්ටර මගින් ප්‍රතිස්ථාපනය කෙරෙයි. නමුත් දියෝඩයක් ලෙස ක්‍රියා කිරීමට කම්බි අදින ලද  - "MOSFET කම්බි අදින ලද දියෝඩ" ලෙස හැඳින්වෙන පිළියෙල කිරීමකි.  රූප සටහන 8 හි පෙන්වා ඇත්තේ කම්බි අදින ලද දියෝඩ n-නාලි වැඩි දියුණු කරන ලද වර්ගයේ MOSFET යොදා ගන්නා ඩික්සන් වෝල්ටීයතා ද්විගුණකයකි.<ref>Liu, p.226Yuan, p.14</ref>

මේවාත් බලන්න
සරල ධාරා - සරල ධාරා පරිවර්තකය
පසු පිනුම් පරිවර්තකය
හුවන පරිවර්තකය
Buck-boost converter

මූලාශ්‍ර

ග්‍රන්ථ නාමාවලිය
Ahmed, Syed Imran Pipelined ADC Design and Enhancement Techniques, Springer, 2010 ISBN 90-481-8651-X.
Bassett, R.J.; Taylor, P.D., "17. Power Semiconductor Devices", Electrical Engineer's Reference Book, pp.17/1-17/37, Newnes, 2003 ISBN 0-7506-4637-3.
Campardo, Giovanni; Micheloni, Rino; Novosel, David VLSI-design of Non-volatile Memories, Springer, 2005 ISBN 3-540-20198-X.
Kind, Dieter; Feser, Kurt High-voltage Test Techniques, translator Y. Narayana Rao, Newnes, 2001 ISBN 0-7506-5183-0
Kories, Ralf; Schmidt-Walter, Heinz Taschenbuch der Elektrotechnik: Grundlagen und Elektronik, Deutsch Harri GmbH, 2004 ISBN 3-8171-1734-5.
Liou, Juin J.; Ortiz-Conde, Adelmo; García-Sánchez, F. Analysis and Design of MOSFETs, Springer, 1998 ISBN 0-412-14601-0.
Liu, Mingliang Demystifying Switched Capacitor Circuits, Newnes, 2006 ISBN 0-7506-7907-7.
McComb, Gordon Gordon McComb's gadgeteer's goldmine!, McGraw-Hill Professional, 1990 ISBN 0-8306-3360-X.
Mehra, J; Rechenberg, H The Historical Development of Quantum Theory, Springer, 2001 ISBN 0-387-95179-2.
Millman, Jacob; Halkias, Christos C. Integrated Electronics, McGraw-Hill Kogakusha, 1972 ISBN 0-07-042315-6.
Peluso, Vincenzo; Steyaert, Michiel; Sansen, Willy M. C. Design of Low-voltage Low-power CMOS Delta-Sigma A/D Converters, Springer, 1999 ISBN 0-7923-8417-2.
Ryder, J. D. Electronic Fundamentals & Applications, Pitman Publishing, 1970 ISBN 0-273-31491-2.
Wharton, W.; Howorth, D. Principles of Television Reception, Pitman Publishing, 1971 ISBN 0-273-36103-1.
Yuan, Fei CMOS Circuits for Passive Wireless Microsystems, Springer, 2010 ISBN 1-4419-7679-5.
Zumbahlen, Hank Linear Circuit Design Handbook, Newnes, 2008 ISBN 0-7506-8703-7.

විද්‍යුත් පරිපථ
විද්‍යුත් ශක්ති පරිවර්තනය
ප්‍රතිසම පරිපථ
ඉලෙක්ට්‍රොනික සැලසුම්
භෞතික විද්‍යාව