Linear Regulators، Switching Regulators اور Series Regulators کے درمیان فرق

1. لکیری ریگولیٹرز بمقابلہ سوئچنگ ریگولیٹرز

ایک لکیری ریگولیٹر کو اپنے آؤٹ پٹ وولٹیج سے زیادہ ان پٹ وولٹیج کی ضرورت ہوتی ہے۔ یہ ان پٹ اور آؤٹ پٹ وولٹیجز کے درمیان فرق — جسے ڈراپ آؤٹ وولٹیج کہا جاتا ہے — کو اپنے اندرونی ریگولیٹنگ عنصر (جیسے ٹرانزسٹر) کی مزاحمت تبدیل کر کے سنبھالتا ہے۔

لکیری ریگولیٹر کو ایک درستِ "وولٹیج کنٹرول ماہر" کی طرح سمجھیں۔ جب بہت زیادہ ان پٹ وولٹیج کا سامنا ہوتا ہے، تو یہ مطلوبہ آؤٹ پٹ سطح سے تجاوز کرنے والے حصے کو "کاٹ کر" خارج کرنے کا فیصلہ کن "عمل" کرتا ہے، یہ یقینی بناتے ہوئے کہ آؤٹ پٹ وولٹیج مستقل رہے۔ وہ زائد وولٹیج جو "کاٹ دی جاتی ہے" آخر کار حرارت کی شکل میں ضائع ہو جاتی ہے، اور اس طرح آؤٹ پٹ کو مستحکم رکھا جاتا ہے۔

سرکٹ کی تشکیل کے لحاظ سے، ایک عام سیریز لکیری ریگولیٹر آؤٹ پٹ وولٹیج کی نگرانی اور حقیقی وقت میں اس میں درستگی لانے کے لیے ایک بند لوپ فیڈ بیک سسٹم بنانے کے لیے ایک غلطی ایمپلیفائر، حوالہ وولٹیج ذریعہ، اور ایک پاس ٹرانزسٹر استعمال کرتا ہے۔

لکیری ریگولیٹرز میں بنیادی طور پر تین-طرفہ ریگولیٹرز اور LDO (لو ڈراپ آؤٹ) ریگولیٹرز شامل ہیں۔ پہلے والے روایتی ڈھانچے کا استعمال کرتے ہیں جس میں ان پٹ اور آؤٹ پٹ وولٹیج کے درمیان نسبتاً بڑا فرق (عام طور پر ≥2 V) درکار ہوتا ہے، جس کی وجہ سے کارکردگی کم ہوتی ہے، اور وسطی سے زیادہ طاقت والے اطلاقات کے لیے مناسب ہوتا ہے۔ اس کے برعکس، LDO ریگولیٹرز کم سے کم ڈراپ آؤٹ وولٹیج (صرف 0.1 V تک) کے لیے بہتر ہوتے ہیں، جو انہیں ان مواقع کے لیے بہترین بناتا ہے جہاں ان پٹ اور آؤٹ پٹ وولٹیجز قریب ہوں — جیسے بیٹری سے چلنے والی ڈیوائسز میں — البتہ اس کے لیے احتیاط سے کی گئی حرارتی ڈیزائن کی ضرورت ہوتی ہے۔

شکل 1 لکیری اور سوئچنگ ریگولیٹرز کے کام کے اصولوں کی وضاحت کرتی ہے۔

دوسری طرف، سوئچنگ ریگولیٹرز طاقت کے سوئچز (مثلاً MOSFETs) کی موصلیت اور بند ہونے کے وقت کو ایندھن کی منتقلی کے ڈیوٹی سائیکل کو ایڈجسٹ کر کے کنٹرول کرتے ہیں۔ پھر ان پٹ وولٹیج کو انڈکٹرز اور کیپسیٹرز کے ذریعے توانائی کے اسٹوریج اور فلٹرنگ کے ذریعے ایک مستحکم اوسط آؤٹ پٹ وولٹیج میں تبدیل کیا جاتا ہے۔

ان کی بنیادی خصوصیت "چاپر انداز" ریگولیشن ہے: ان پٹ وولٹیج کو اعلیٰ فریکوئنسی پر کاٹا جاتا ہے، اور آؤٹ پٹ کو منتقل ہونے والی توانائی کو سوئچ کے ڈیوٹی سائیکل کو ایڈجسٹ کر کے کنٹرول کیا جاتا ہے۔ اس طریقہ کار سے لکیری ریگولیٹرز کے مقابلے میں کافی زیادہ کارکردگی حاصل ہوتی ہے۔

سوئچنگ ریگولیٹرز کی عام ٹاپالوجیز میں بک (اسٹیپ ڈاؤن)، بوسٹ (اسٹیپ اپ)، اور دیگر شامل ہیں، جو وسیع ان پٹ وولٹیج رینج کی حمایت کرتے ہیں اور زیادہ طاقت والے اطلاقات یا ان ماحول کے لیے زیادہ مناسب ہیں جہاں ان پٹ وولٹیج میں قابلِ ذکر اتار چڑھاؤ ہو۔

شکل 2 لکیری اور سوئچنگ ریگولیٹرز کے درمیان موازنہ فراہم کرتی ہے۔ آپ اپنی مخصوص ضروریات کی بنیاد پر مناسب قسم کا انتخاب کر سکتے ہیں: جب کم شور اور سرکٹ کی سادگی ترجیح ہو تو لکیری ریگولیٹر کا انتخاب کریں؛ جب زیادہ کارکردگی اور زیادہ طاقت کی فراہمی درکار ہو تو سوئچنگ ریگولیٹر کا انتخاب کریں۔

سلسلہ وار ولٹیج ریگولیٹرز

سلسلہ وار ولٹیج ریگولیٹر بجلی کے ذريعہ اور لوڈ کے درمیان میں واقع ہوتا ہے، جس کا کام پریسن لی “ولٹیج ریگولیشن گارڈین” کی طرح ہوتا ہے۔ اس کا کام اِنپُٹ ولٹیج یا آؤٹ پُٹ کرنٹ میں تبدیلی کے جواب میں متغیر مقاومت کی مقاومت کو دینامک طور پر متعادل کرتا ہے، جس سے آؤٹ پُٹ ولٹیج کو استحکامی، پیش سیٹ قدر پر برقرار رکھا جاتا ہے۔

جدید الیکٹرانک ٹیکنالوجی میں، سلسلہ وار ریگولیٹر آئی سیز میں موثر ڈیوائسز—جیسے موسافٹس یا بائیپولر جنکشن ٹرانزسٹرز (بی جی ٹی)—کو استعمال کرتے ہیں تاکہ روایتی متغیر مقاومت کو خوبصورت طور پر تبدیل کیا جاسکے، جس سے ریگولیٹر کی کارکردگی اور قابلِ اعتباریت میں نمایاں فروغ ہوا ہے۔

سلسلہ وار ولٹیج ریگولیٹر کی سرکٹ کی ترتیب صحت سے متعین ہوتی ہے اور اس کی بنیادی طور پر چار مرکزی حصے ہوتے ہیں:

● آؤٹ پُٹ ٹرانزسٹر: ریگولیٹر کے اِنپُٹ اور آؤٹ پُٹ پین کے درمیان میں سلسلہ وار طور پر جڑا ہوتا ہے، جس کا کام اوپر والے بجلی کے ذريعہ اور نیچے والے لوڈ کو جوڑنے کی طرح ہوتا ہے۔ جب اِنپُٹ ولٹیج یا آؤٹ پُٹ کرنٹ میں تبدیلی ہوتی ہے تو غلطی امپلیفائر کا سگنل یہ ٹرانزسٹر کے گیٹ ولٹیج (موسافٹس کے لیے) یا بیس کرنٹ (بی جی ٹی کے لیے) کو پریسن کنٹرول کرتا ہے۔

● ریفرنس ولٹیج سرچ: غلطی امپلیفائر کے لیے استحکامی معیار کے طور پر کام کرتا ہے۔ ریفرنس ولٹیج سرچ کا ایک اہم کردار ہوتا ہے۔ غلطی امپلیفائر یہ ثابت ریفرنس کا استعمال کرتا ہے تاکہ آؤٹ پُٹ ٹرانزسٹر کے گیٹ یا بیس کو پریسن کنٹرول کرے، جس سے آؤٹ پُٹ ولٹیج کی استحکامیت حاصل کی جاتی ہے۔

● فیڈ بیک مقاومت: ان مقاومتوں کا کام آؤٹ پُٹ ولٹیج کو تقسیم کرنا ہوتا ہے تاکہ فیڈ بیک ولٹیج تیار کیا جاسکے۔ غلطی امپلیفائر یہ فیڈ بیک ولٹیج کو ریفرنس ولٹیج کے ساتھ موازنہ کرتا ہے تاکہ پریسن آؤٹ پُٹ کنٹرول حاصل کیا جاسکے۔ دونوں فیڈ بیک مقاومت VOUT اور GND پین کے درمیان میں سلسلہ وار طور پر جڑے ہوتے ہیں، اور ان کے درمیان کا ولٹیج غلطی امپلیفائر میں دیا جاتا ہے۔

● غلطی امپلیفائر: سلسلہ وار ریگولیٹر کا “ذہانتمند دماغ” کی طرح کام کرتا ہے۔ غلطی امپلیفائر فیڈ بیک ولٹیج (یعنی فیڈ بیک مقاومت کے درمیان کا ولٹیج) کو ریفرنس ولٹیج کے ساتھ دقت سے موازنہ کرتا ہے۔ اگر فیڈ بیک ولٹیج ریفرنس ولٹیج سے کم ہو تو غلطی امپلیفائر موسافٹ کے ڈراائن-سورس ولٹیج کو کم کرتا ہے اور آؤٹ پُٹ ولٹیج کو بڑھاتا ہے۔ اس کے عکس میں اگر فیڈ بیک ولٹیج ریفرنس ولٹیج سے زیادہ ہو تو غلطی امپلیفائر موسافٹ کے ڈراائن-سورس ولٹیج کو بڑھاتا ہے اور آؤٹ پُٹ ولٹیج کو کم کرتا ہے۔

اس مقالے میں ہم نے مختلف قسم کے ولٹیج ریگولیٹرز کے کام کرنے کے طریقے، کام کرنے کے طریقے اور سرکٹ کی ترتیب کو مزید مطالعہ کیا ہے۔ اگلے حصے میں ہم لائنی ریگولیٹرز کے دینامک ریگولیشن مکانزم کو سمجھانے کی کوشش کریں گے اور تین پین ریگولیٹرز اور الڈیاو (لو ڈراپ آؤٹ) ریگولیٹرز کے درمیان فرق کو واضح کریں گے۔