Single Phase तथा Three Phase सिस्टम में अंतर तथा लाभ - हिंदी इलेक्ट्रिक डायरी

बड़े बड़े विधुत उपभोगता हो 440 V पर विधुत उर्जा को तीन वायर द्वारा सप्लाई किया जाता है जिसे थ्री फेज सिस्टम कहा जाता है जबकि जब छोटे स्तर के उपभोगता को विधुत उर्जा 220V  से 250V पर सिंगल वायर द्वारा सप्लाई की जाती है जिसे सिंगल फेज सिस्टम कहते है। सिंगल फेज के तुलना में थ्री फेज पॉवर सिस्टम के निम्न लाभ है:-

 नियत पॉवर सप्लाई (Constant Power Supply)

सिंगल फेज से विधुत उर्जा प्रवाहित होती है तब यह नियत रूप से प्रवाहित नहीं होती है। यह तेजी से बदलती रहती है जिसे Pulasting कहते है। किसी एक समय अन्तराल में  सिंगल फेज में प्रवाहित औसत विधुत उर्जा शून्य होता है। जबकि थ्री फेज सिस्टम में विधुत उर्जा का प्रवाह नियत रहता है। 

लागत मूल्य (Cost)

किसी दिए गए निश्चित  विधुत उर्जा को एक निश्चित  दूरी तक सप्लाई करने के लिए उपयोग किये गए वायर का मूल्य 75 प्रतिशत कम होता है यदि इसे थ्री फेज वायर से संचालित किया जाये। अर्थात सिंगल फेज में  विधुत उर्जा  का संचरण एक स्थान से दुसरे स्थान तक करने में थ्री फेज के तुलना में महंगा पड़ता है। 

थ्री फेज मशीन की Rating 

किसी मशीन के rating का मतलब उस मशीन की Output क्षमता से होता है। यदि किसी मशीन की रेटिंग ज्यादा है तो इसका मतलब हुआ की इस मशीन की आउटपुट क्षमता ज्यादा है। सामान आकार के थ्री फेज मशीन की Output क्षमता सिंगल फेज मशीन की तुलना में 1.5 गुना ज्यादा होता है। 

इलेक्ट्रिकल मशीन से थ्री फेज तथा सिंगल फेज की तुलना 

इंडस्ट्री में सिंगल फेज मशीन की तुलना में थ्री फेज इंडक्शन मोटर का उपयोग ज्यादा किया जाता है क्योकि सिंगल फेज इंडक्शन मोटर की तुलना में थ्री फेज इंडक्शन मोटर के निम्न लाभ होते है :-

• सिंगल फेज इंडक्शन मोटर के तुलना में थ्री फेज मोटर self starting होते है अर्थात थ्री फेज मोटर को स्टार्ट करने के लिए किसी बड़े स्टार्टर की जरुरत नहीं होती है। 
• सिंगल फेज मोटर की तुलना में थ्री फेज इंडक्शन मोटर की दक्षता (Efficiency) तथा पॉवर फैक्टर अधिक होता है। 
• सामान Output Rating के लिए थ्री फेज इंडक्शन मोटर ,सिंगल फेज इंडक्शन मोटर की तुलना में आकार में छोटा तथा हल्का होता है। 
• थ्री फेज इंडक्शन मोटर में उत्पन्न बल आघूर्ण (Torque) नियत तथा संतुलित रहता है। 

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Forward  Resistance क्या होता है?

डायोड को फॉरवर्ड बायस में जोड़कर संचालित करने में डायोड द्वारा ऑफर किये गए Resistance को फॉरवर्ड रेजिस्टेंस कहते है। चूँकि डायोड दो प्रकार के विधुत सप्लाई (ए०सी  तथा डीसी )के साथ कार्य करता है इसलिए फॉरवर्ड रेजिस्टेंस भी दो प्रकार का होता है :-

• Static Forward Resistance
• Dynamic Forward Resistance

Static Forward Resistance क्या होता है?

जब P-N Junction डायोड को डीसी सर्किट में जोड़कर Forward Voltage आरोपित किया जाता है तब डायोड द्वारा ऑफर किये गए Resistance को Static Forward Resistance कहते है। यह R_f द्वारा दिखाया जाता है। किसी डायोड के लिए Static Forward Resistance को निम्न फार्मूला द्वारा ज्ञात किया जाता है :-

 Dynamic Forward Resistance क्या होता है?

जब P-N Junction डायोड को ए०सी सर्किट में जोड़कर Forward Voltage आरोपित किया जाता है तब डायोड द्वारा ऑफर किये गए Resistance को Dynamic Forward Resistance कहते है। यह R_D द्वारा दिखाया जाता है। किसी डायोड के लिए Dynamic Forward Resistance को  उसके Forward Characteristics ग्राफ से ज्ञात किया जाता है जो निम्न प्रकार से होता है :-

किसी भी डायोड के लिए Forward Resistance का मान बहुत ही कम होता है। 

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 Photodiode क्या होता है?

Photodiode एक विशेष प्रकार का PN Junction डायोड होता है जो प्रकश उर्जा को विधुत उर्जा में परिवर्तित करता है अर्थात यह जब प्रकश के संपर्क में आता है तब विधुत धारा उत्पन्न करता है। प्रकाश उर्जा को विधुत उर्जा में परिवर्तित करने की वजह से इस diode को Photodetector या Photosensor भी कहा जाता है। यह Reverse बायस में कार्य करता है तथा प्रकाश उर्जा को विधुत उर्जा में परिवर्तित करता है। 

Symbol of Photodiode

फोटो डायोड को कागज या सर्किट डायग्राम में एक चिन्ह द्वारा दिखाया जाता है जिसे फोटो डायोड का Symbol कहा जाता है। फोटो डायोड के सिंबल को निचे दिखाया गया है :-

Photodiode की संरचना (Construction of Photodiode)

फोटो डायोड की संरचना एक साधारण डायोड की तरह ही होती है। इसमें भी P तथा N प्रकार के अशुद्ध अर्द्धचालक पदार्थ को आपस में जोड़कर P-N Junction तैयार किया जाता है। चूँकि Photodiode प्रकश के संपर्क में आने पर कार्य करता है इसलिए P-N Junction को सीसा (Glass) से ढका जाता है जिससे की ज्यादा मात्रा में प्रकाश उर्जा इस पर पड़े। अधिकांश photodiode देखने में साधारण Led (Light Emitting Diode) की तरह ही दिखते है। लेकिन ये साधारण प्रकश उत्सर्जित करने वाले Diode से बिलकुल अलग होते है। जैसे की निचे के चित्र में दिखाया गया है।  

प्रकश के संपर्क में आने वाले हिस्सा को छोड़कर अन्य हिस्सा को प्लास्टिक या धातु से बने हुए परत से ढक दिया जाता है। जैसे की ऊपर के चित्र में दिखाया गया है। फोटो डायोड के निर्माण के लिए अधिक रूप में सिलिकॉन,जर्मेनियम,इन्डियम गैलियम आर्सेनाइड फास्फाइड या इन्डियम गैलियम आर्सेनाइड का उपयोग किया जाता है। P तथा N प्रकार के पदार्थ को कैसे जोड़कर PN Junction तैयार किया जाता है उसे निचे के चित्र में दिखाया गया है। 

Photodiode का कार्य सिद्धांत

Photodiode प्रकश विधुत प्रभाव पर कार्य करता है। 

सामान्य अवस्था में Photodiode जब रिवर्स बायस में जुड़ा रहता  है तब इसमें बहुत की कम परिमाण का एक  विधुत धारा प्रवाहित होता है जिसे Dark Current कहा जाता है। जब Photodiode के Junction पर प्रकाश नहीं पड़ रहा होता है तब diode के P तथा N क्षेत्र में मौजूद Minority Charge आंतरिक आकर्षण बल के कारण PN Junction के तरफ भागते है और Junction पर एक दुसरे से Combine हो जाते है। इस प्रकार ऋणात्मक इलेक्ट्रान तथा धनात्मक होल्स के आपस  में combine हो जाने की वजह से Junction के पास एक न्यूट्रल क्षेत्र बन जाता है जिसे Depletion layer कहा जाता है। यह depletion layer अन्य Minority Charge को Junction पार नहीं होने देता है। 

P क्षेत्र में मौजूद इलेक्ट्रॉन्स तथा N क्षेत्र में मौजूद होल्स को Minority Charge कहा जाता है। जब Photodiode

को बाहर से किसी बैटरी द्वारा रिवर्स बायस किया जाता है तब P क्षेत्र में मौजूद इलेक्ट्रॉन्स बैटरी के नेगेटिव वोल्टेज के कारण अपने ऊपर एक प्रतिकर्षित बल का अनुभव करते है तथा इस तरह N क्षेत्र में मौजूद होल्स भी बैटरी के पॉजिटिव वोल्टेज के कारण अपने ऊपर एक प्रतिकर्षित बल का अनुभव करते है और Junction की तरफ भागने लगते है जिससे diode में एक क्षीण विधुत धारा प्रवाहित होने लगती है जिसे Dark Current कहते है।

Depletion लेयर में धनात्मक होल्स तथा ऋणात्मक इलेक्ट्रॉन्स एक दुसरे के साथ Combine होकर न्यूट्रल परमाणु का निर्माण करते है जो विधुत धारा के प्रवाह को बाधित करता है। 

जब diode के Junction पर प्रकाश पड़ता है तब तब Junction का तापमान बढ़ने लगता है जिससे depletion लेयर में मौजूद  परमाणु टूटने लगते है और दुबारा इलेक्ट्रॉन्स तथा होल्स Depletion लेयर में बनने लगते है। Depletion लेयर में उत्पन्न होने वाले इलेक्ट्रान बैटरी के धनात्मक टर्मिनल तथा होल्स ऋणात्मक टर्मिनल के तरफ भागने लगते है जिससे Photodiode से विधुत का प्रवाह होने लगता है। जैसे जैसे Junction पर पड़ने वाली प्रकाश की तीव्रता(Intensity) बढ़ने लगती है वैसे वैसे ज्यादा मात्रा में इलेक्ट्रॉन्स तथा होल्स उत्पन्न होने लगते है जिससे Photodiode से ज्यादा मात्रा में विधुत धारा का प्रवाह होने लगता है। अर्थात Photodiode से प्रवाहित विधुत धारा का परिमाण को आपतित प्रकाश के तीव्रता को नियंत्रित कर नियंत्रित किया जा सकता है। 

Photodiode के लाभ 

• Photodiode प्रकश पड़ने पर quick प्रतिक्रिया देता है। 
• यह अन्य सेंसर की तुलना में सस्ता होता है। 
• इसका response प्रकाश के तीव्रता की समानुपाती होता है। 

Photodiode के उपयोग 

• Photodiode को ज्यादातर Counter तथा Switching वाले डिवाइस में उपयोग किया जाता है। 
• Photodiode को सबसे ज्यादा ऑप्टिकल कम्युनिकेशन सिस्टम में उपयोग किया जाता है। 
• Photodiode का उपयोग लॉजिक सर्किट में भी किया जाता है। 
• इसका उपयोग लाइट से संचालित होने वाले अलार्म में भी किया जाता है। 

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 Varactor Diode क्या होता  है?

Varactor Diode एक प्रकार का सेमीकंडक्टर इलेक्ट्रॉनिक्स डिवाइस होता है जिसका उपयोग इलेक्ट्रॉनिक्स इंडस्ट्री में किया जाता है। Varactor Diode का आंतरिक Capacitance बाहर से आरोपित Reverse Voltage पर निर्भर करता है। इसका capacitance रिवर्स वोल्टेज को बदलने से बदलता है। Varactor Diode हमेशा Reverse Bias में ही कार्य करता है। यह Voltage dependent सेमीकंडक्टर डिवाइस होता है अर्थात इसका आउटपुट ,इनपुट वोल्टेज पर निर्भर करता है। Varactor Diode को Varicap, Voltcap, Voltage Variable Capacitance, or Tunning diode के नाम से भी जाना जाता है। 

Symbol of Varactor Diode

अन्य PN diode की तरह Varactor diode को भी Symbol से दिखया जाता है। Varactor Diode में भी दो टर्मिनल होते है जिन्हें एनोड तथा कैथोड कहा जाता है। Varactor Diode के Symbol में एक तरफ साधारण डायोड के Symbol तथा दुसरे टर्मिनल के तरफ Capacitor को  दिखाया जाता है। जैसे की निचे दिखाया गया है :-

Varactor Diode का कार्य सिद्धांत

अन्य diode की तरह इस diode को भी P तथा N प्रकार के सेमीकंडक्टर से बनाया जाता है। P प्रकार के पदार्थ में होल्स मुख्य आवेश वाहक होते है तथा N -प्रकार के पदार्थ में इलेक्ट्रॉन्स मुख्य आवेश वाहक होते है। जब in दोनों प्रकार के पदार्थो को आपस में जोड़ा जाता है तब PN Junction बनता है। इस PN Junction के बीच में एक न्यूट्रल क्षेत्र बन जाता है जिसे Depletion लेयर कहते है। यह depletion लेयर P तथा N क्षेत्र से प्रवाहित होने वाले आवेश वाहकों अपने से होकर जाने से रोकता है। अर्थात Depletion लेयर एक इंसुलेटिंग मटेरियल की तरह दोनों (P तथा N) के बीच कार्य करता है। P तथा N दोनों एक प्लेट की तरह कार्य करते है जिसके बीच में Depletion लेयर एक इंसुलेटिंग मटेरियल की तरह होता है। जिससे Varactor Diode एक Parallel Plate Capacitor की तरह कार्य करने लगता है। इस प्रकार Varctor डायोड में उत्पन्न Capacitance को C_T द्वारा निरुपित किया जाता है तथा निम्न सूत्र द्वारा ज्ञात किया जाता है :-

जहाँ 

દ = सेमीकंडक्टर पदार्थ का Permitivity है 

A = P तथा N का क्षेत्रफल 

W = Depletion layer की चौडाई 

चूँकि varactor Diode को केवल Reverse Bias में ही ऑपरेट किया जाता है। जब diode के दोनों टर्मिनल के बीच रिवर्स वोल्टेज को  बढाया जाता है  तब depletion लेयर की चौडाई बढ़ने लगती है जिससे capacitance का मान घटने लगता है तथा इसके विपरीत जब रिवर्स वोल्टेज को घटाया जाता है तब तब Depletion लेयर की चौडाई घटने लगती है जिससे Capacitance का मान बढ़ने लगता है। इस प्रकार Varactor के दोनों टर्मिनल के बीच आरोपित वोल्टेज  को बदलकर इसके capacitance को नियंत्रित किया जाता है। 

Varactor Diode के उपयोग 

इस diode का उपयोग निम्न तरीके से विभिन्न विधुत सर्किट में किया जाता है :-

• Tuned circuit
• FM Modulators
• Automatic Frequency Control Device
• Adjustable Filter
• Television Receiver

Varactor Diode उपयोग का लाभ 

• यह अन्य diode के तुलना में कम Noisy होता है। 
• यह सस्ता तथा Reliable होता है। 
• यह आकर में छोटा तथा वजन में हल्का होता है। 

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