ডায়োডগুলি কীভাবে চিকিৎসা সরঞ্জামগুলিতে ভোল্টেজ স্থিতিশীল করতে সহায়তা করে?

一, ভোল্টেজ রেগুলেটর ডায়োডের মূল নীতি: রিভার্স ব্রেকডাউন অঞ্চলের নিয়ন্ত্রণযোগ্যতা
জেনার ডায়োড হল একটি পিএন জংশন ডিভাইস যা একটি বিশেষ প্রক্রিয়া দ্বারা তৈরি করা হয়, যার মূল বৈশিষ্ট্য হল বিপরীত ভাঙ্গন অঞ্চলে ধ্রুবক ভোল্টেজ। সাধারণ ডায়োডের বিপরীতে, যখন বিপরীত ভোল্টেজ সমালোচনামূলক মান (ব্রেকডাউন ভোল্টেজ) এ পৌঁছায়, তখন একটি ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রক ডায়োডের কারেন্ট তীব্রভাবে বৃদ্ধি পায়, কিন্তু উভয় প্রান্তে ভোল্টেজ মূলত অপরিবর্তিত থাকে। এই বৈশিষ্ট্য এটি একটি আদর্শ ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রক উপাদান করে তোলে।

1. শারীরিক প্রক্রিয়া বিশ্লেষণ
PN জংশন ব্রেকডাউন: যখন বিপরীত ভোল্টেজ ব্রেকডাউন ভোল্টেজকে ছাড়িয়ে যায়, তখন PN জংশনের অভ্যন্তরে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি চার্জ বাহককে (ইলেক্ট্রন এবং গর্ত) পর্যাপ্ত শক্তি পেতে দেয়, যার ফলে সংঘর্ষ আয়নকরণ হয় এবং প্রচুর পরিমাণে চার্জ বাহক তৈরি হয়, যার ফলে হঠাৎ করে কারেন্ট বৃদ্ধি পায়।
নিয়ন্ত্রণযোগ্য ভাঙ্গন: উপাদান ডোপিং এবং স্ট্রাকচারাল ডিজাইনের মাধ্যমে, একটি ভোল্টেজ রেগুলেটর ডায়োডের ভাঙ্গন বিপরীতমুখী। যতক্ষণ কারেন্ট রেট করা মান অতিক্রম না করে, ডিভাইসটি বিপরীত ভোল্টেজ অপসারণের পরে তার মূল বৈশিষ্ট্যগুলি পুনরুদ্ধার করতে পারে।
ভোল্টেজ রেগুলেশন রেঞ্জ: একটি ভোল্টেজ রেগুলেটর ডায়োডের ভোল্টেজ রেগুলেশন ভ্যালু (Vz) সাধারণত 2.4V এবং 200V এর মধ্যে থাকে, যা মেডিকেল ইকুইপমেন্টের জন্য প্রয়োজনীয় বিভিন্ন ভোল্টেজ লেভেল কভার করে।
2. ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রক সার্কিট নকশা
জেনার ডায়োডগুলি সাধারণত একটি সমান্তরাল টাইপ ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রক সার্কিট তৈরি করতে বর্তমান সীমাবদ্ধ প্রতিরোধকের সাথে সিরিজে ব্যবহৃত হয়। এর কাজের নীতি নিম্নরূপ:

যখন ভোল্টেজ বাড়ে: ইনপুট ভোল্টেজ (Usr) বাড়লে, লোড ভোল্টেজও (Usc) বৃদ্ধি পায়। ভোল্টেজ রেগুলেটর ডায়োড রিভার্স ব্রেকডাউন অনুভব করে, যার ফলে কারেন্টের তীব্র বৃদ্ধি এবং বর্তমান সীমাবদ্ধ প্রতিরোধক জুড়ে ভোল্টেজ ড্রপ বৃদ্ধি পায়, যার ফলে Usr-এর বৃদ্ধি অফসেট হয় এবং Usc স্থিতিশীলতা বজায় থাকে।
যখন ভোল্টেজ কমে যায়: যদি Usr কমে যায়, Usc কমে যায়, ভোল্টেজ রেগুলেটর ডায়োডের কারেন্ট কমে যায়, কারেন্ট লিমিটিং রেসিস্টরের ভোল্টেজ ড্রপ কমে যায়, Usr-এর হ্রাস অফসেট করে এবং Usc স্থিতিশীলতা বজায় রাখে।
যখন লোড পরিবর্তন হয়: লোড কারেন্ট বাড়লে, কারেন্ট লিমিটিং রেসিস্টরের ভোল্টেজ ড্রপ বাড়ে এবং Usc কমে যায়। ভোল্টেজ রেগুলেটর ডায়োডের কারেন্ট কমে যায়, কারেন্ট লিমিটিং রেসিস্টরের ভোল্টেজ ড্রপ কমে যায় এবং Usc স্থিতিশীল থাকে।
মূল পরামিতি: ডায়নামিক রেজিস্ট্যান্স (Rz) যত ছোট হবে, কারেন্ট লিমিটিং রেজিস্ট্যান্স (R) তত বড় হবে এবং আউটপুট ভোল্টেজের স্থায়িত্ব তত বেশি হবে। উদাহরণস্বরূপ, একটি ইলেক্ট্রোকার্ডিওগ্রাফে, একটি 2CW52 ভোল্টেজ রেগুলেটর ডায়োড (Vz=6.2V) ব্যবহার করে একটি 100 Ω কারেন্ট লিমিটিং রেসিস্টরের সাথে একত্রে ইনপুট ভোল্টেজের ওঠানামা পরিসীমা ± 20% থেকে ± 1% পর্যন্ত সংকুচিত করতে পারে, একটি সংকেত অর্জন নিশ্চিত করে।

2, চিকিৎসা সরঞ্জামে সাধারণ প্রয়োগের পরিস্থিতি
1. পোর্টেবল মেডিকেল ডিভাইস: কম শক্তি খরচ এবং উচ্চ নির্ভরযোগ্যতা ভারসাম্য
ব্লাড গ্লুকোজ মিটার এবং পোর্টেবল আল্ট্রাসাউন্ড প্রোবের মতো ডিভাইসগুলিতে, স্কটকি ডায়োডগুলি (যেমন BAT54S) তাদের কম ফরোয়ার্ড ভোল্টেজ ড্রপ (0.15-0.45V) এবং দ্রুত পরিবর্তনের বৈশিষ্ট্যগুলির কারণে বিপরীত বিপরীত সংযোগ এবং ভোল্টেজ স্থিতিশীলতার জন্য পছন্দের পছন্দ হয়ে উঠেছে। যেমন:

বিরোধী বিপরীত সংযোগ সুরক্ষা: পাওয়ার ইনপুট টার্মিনালে সমান্তরালভাবে একটি Schottky ডায়োড সংযুক্ত করুন। যখন পাওয়ার পোলারিটি বিপরীত হয়, তখন ডায়োড বিপরীত হয়ে যাবে এবং কেটে যাবে, বর্তমান পথকে অবরুদ্ধ করবে এবং অভ্যন্তরীণ সার্কিটকে জ্বলতে বাধা দেবে।
পাওয়ার পাথ নির্বাচন: একটি দ্বৈত ব্যাটারি পাওয়ার সাপ্লাই সিস্টেমে, ক্রমাগত পাওয়ার সাপ্লাই নিশ্চিত করতে প্রধান এবং ব্যাকআপ পাওয়ার উত্সগুলি স্বয়ংক্রিয়ভাবে ডায়োডের মাধ্যমে সুইচ করা হয়। উদাহরণস্বরূপ, পোর্টেবল মনিটরের একটি নির্দিষ্ট মডেল পাওয়ার রিডানডেন্সি ডিজাইন অর্জনের জন্য দ্বৈত BAT54S সমান্তরাল সংযোগ গ্রহণ করে, যা একক ব্যাটারি ব্যর্থতার ক্ষেত্রেও অপারেশন বজায় রাখতে পারে।
2. উচ্চ শক্তি চিকিৎসা সরঞ্জাম: প্রভাব প্রতিরোধ এবং স্থিতিশীলতা অপ্টিমাইজেশান
ডিফিব্রিলেটর এবং উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি বৈদ্যুতিক ছুরির মতো ডিভাইসগুলিতে, ক্ষণস্থায়ী উচ্চ কারেন্ট সার্জেস মোকাবেলা করা প্রয়োজন। এই মুহুর্তে, দ্রুত পুনরুদ্ধার ডায়োড (FRDs) এবং সিলিকন কার্বাইড (SiC) ডায়োডগুলি মূল উপাদান হয়ে ওঠে:

ডিফিব্রিলেটর চার্জিং সার্কিট: MBR30200PT Schottky মডিউল (30A/200V) ব্যবহার করা হয়, একটি বিপরীত পুনরুদ্ধার সময় (trr) 5ns এর কম, যা চার্জ করার সময় ডায়োড সুইচ বিলম্বের কারণে সৃষ্ট ভোল্টেজ স্পাইক প্রতিরোধ করতে পারে এবং উচ্চ-ভোল্টেজ ক্যাপাসিটারকে ওভার ভোল্টেজ ব্রেকডাউন থেকে রক্ষা করতে পারে।
উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি বৈদ্যুতিক ছুরি আউটপুট পর্যায়: C6D10065A SiC Schottky ডায়োড ব্যবহার করে (100A/650V), এর লো ফরোয়ার্ড ভোল্টেজ ড্রপ (1.5V) এবং উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধের বৈশিষ্ট্য (175 ডিগ্রি জংশন তাপমাত্রা) নিশ্চিত করে যে ডায়োডের নিজস্ব বিদ্যুত খরচ 60{8}% কম হওয়ার সময় M1{8}% উচ্চতার সময় হ্রাস পায়। অতিরিক্ত গরমের কারণে কর্মক্ষমতার অবনতি এড়ানো।
3. নির্ভুল চিকিৎসা যন্ত্র: সংকেত অখণ্ডতা এবং বিরোধী-হস্তক্ষেপ নকশা
ইলেক্ট্রোকার্ডিওগ্রাফ এবং ইলেক্ট্রোয়েন্সফালোগ্রাফের মতো ডিভাইসগুলিতে, দুর্বল জৈব বৈদ্যুতিক সংকেতগুলি অর্জনের জন্য শব্দের কঠোর দমন প্রয়োজন। এই মুহুর্তে, ফটোডিওড এবং প্রতিরক্ষামূলক ডায়োডগুলির সহযোগিতামূলক নকশা গুরুত্বপূর্ণ হয়ে ওঠে:

অপটোইলেক্ট্রনিক কাপলিং আইসোলেশন: সিগন্যাল ইনপুট চ্যানেলে, একটি 6N137 অপটোকপলার বৈদ্যুতিক বিচ্ছিন্নতা অর্জন করতে এবং ডায়োডের ফটোইলেক্ট্রিক রূপান্তরের মাধ্যমে সাধারণ মোড হস্তক্ষেপকে ব্লক করতে ব্যবহৃত হয়। উদাহরণস্বরূপ, ইলেক্ট্রোয়েন্সফালোগ্রাফের একটি নির্দিষ্ট মডেল ফটোইলেকট্রিক কাপলিং এর মাধ্যমে ইনপুট প্রতিবন্ধকতাকে 10M Ω এ বাড়িয়ে দেয় এবং সাধারণ মোড প্রত্যাখ্যান অনুপাত (CMRR) 120dB-এ পৌঁছে।
ESD সুরক্ষা: সেন্সর ইন্টারফেসে, কম লিকেজ কারেন্ট সহ সমান্তরাল ESD5D150TA Schottky ডায়োড (<0.1 μ A) and high reverse withstand voltage (150V) can effectively discharge the transient current generated by electrostatic discharge (ESD) and prevent sensor damage.
3, উদ্ভাবনী ভোল্টেজ স্থিরকরণ সমাধান: ডায়োড এবং অন্যান্য উপাদানগুলির সহযোগিতামূলক নকশা
1. যৌগিক সুরক্ষা সার্কিট: ডায়োড+টিভিএস ডায়োড
মেডিকেল এন্ডোস্কোপের ইমেজ ট্রান্সমিশন মডিউলে, বজ্রপাত বা স্ট্যাটিক বিদ্যুতের কারণে সৃষ্ট ক্ষণস্থায়ী ওভারভোল্টেজ প্রতিরোধ করার জন্য "Schottky ডায়োড + TVS ডায়োড" এর একটি যৌগিক সুরক্ষা স্কিম গৃহীত হয়:

Schottky ডায়োড: পাওয়ার ইনপুট টার্মিনালের সাথে সমান্তরাল সংযুক্ত, প্রতিদিনের বিরোধী বিপরীত সুরক্ষা প্রদান করে।
টিভিএস ডায়োড: সিগন্যাল লাইনের সাথে সংযুক্ত সিরিজ, এর অতি দ্রুত প্রতিক্রিয়া সময় (<1ps) and low clamping voltage (such as SMAJ5.0A's clamping voltage of 7.8V) can limit overvoltage within a safe range in nanoseconds, protecting the downstream ADC chip from damage.
2. স্ব পুনরুদ্ধার সুরক্ষা: ডায়োড + পিটিসি থার্মিস্টর
পরিধানযোগ্য মেডিকেল ডিভাইসের চার্জিং সার্কিটে (যেমন স্মার্ট ব্রেসলেট), "Schottky diode+PTC থার্মিস্টর" এর একটি স্ব-পুনরুদ্ধার সুরক্ষা স্কিম গৃহীত হয়:

Schottky ডায়োড: চার্জিং লস কমাতে এর কম ভোল্টেজ ড্রপ বৈশিষ্ট্যগুলি ব্যবহার করার সময় ব্যাটারি বিপরীত সংযোগ প্রতিরোধ করে।
পিটিসি থার্মিস্টর: চার্জিং পাথের সাথে সংযুক্ত সিরিজ, যখন কারেন্ট থ্রেশহোল্ড অতিক্রম করে, তখন পিটিসি প্রতিরোধের মান তীব্রভাবে বৃদ্ধি পায়, বর্তমানকে সীমিত করে; সমস্যা সমাধানের পরে, PTC স্বয়ংক্রিয়ভাবে উপাদান প্রতিস্থাপনের প্রয়োজন ছাড়াই একটি কম প্রতিরোধের অবস্থায় ফিরে আসে।
3. আদর্শ ডায়োড সমাধান: ইন্টিগ্রেশন এবং বুদ্ধিমত্তা
প্রশস্ত ব্যান্ডগ্যাপ উপকরণের জনপ্রিয়তার সাথে, সমন্বিত আদর্শ ডায়োড (যেমন LM66100DCK) উচ্চ-চিকিৎসা সরঞ্জামের জন্য পছন্দের পছন্দ হয়ে উঠেছে। এর কাজের নীতি নিম্নরূপ:

পাওয়ার অ্যাডাপ্টার সরবরাহ: অভ্যন্তরীণ PMOS কাটঅফের মাধ্যমে TYPE-C আউটপুট সংযোগ বিচ্ছিন্ন করুন।
TYPE-C পাওয়ার সাপ্লাই: অভ্যন্তরীণ PMOS পরিবাহনের মাধ্যমে আউটপুট 5V ভোল্টেজ।
ব্যাটারি চালিত: যখন বিন্দু A এবং বিন্দু C উভয়েরই 0V সম্ভাবনা থাকে, তখন অভ্যন্তরীণ PMOS পরিচালনা করে এবং ব্যাটারি লোডকে শক্তি সরবরাহ করে।
এই সমাধানটির ব্যাপক সুরক্ষা, নিম্ন চাপ হ্রাস, কম অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধের এবং কম তাপ উত্পাদনের সুবিধা রয়েছে এবং এটি পোর্টেবল আল্ট্রাসাউন্ড, এন্ডোস্কোপ এবং অন্যান্য সরঞ্জামগুলিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।