خبریں

Capacitors سرکٹ بورڈز پر سب سے زیادہ استعمال ہونے والے اجزاء میں سے ایک ہیں۔جیسے جیسے الیکٹرانک آلات (موبائل فون سے کاروں تک) کی تعداد میں اضافہ ہوتا جا رہا ہے، اسی طرح کیپسیٹرز کی مانگ بھی بڑھتی جا رہی ہے۔Covid 19 وبائی مرض نے سیمی کنڈکٹرز سے غیر فعال اجزاء تک عالمی اجزاء کی سپلائی چین میں خلل ڈال دیا ہے، اور Capacitors کی سپلائی بہت کم ہے۔
Capacitors کے موضوع پر گفتگو کو آسانی سے کتاب یا لغت میں تبدیل کیا جا سکتا ہے۔سب سے پہلے، مختلف قسم کے capacitors ہیں، جیسے electrolytic capacitors، فلم capacitors، سیرامک ​​capacitors اور اسی طرح.پھر، ایک ہی قسم میں، مختلف ڈائی الیکٹرک مواد موجود ہیں۔مختلف کلاسز بھی ہیں۔جہاں تک جسمانی ساخت کا تعلق ہے، دو ٹرمینل اور تھری ٹرمینل کیپسیٹر کی اقسام ہیں۔یہاں ایک X2Y قسم کا کپیسیٹر بھی ہے، جو کہ بنیادی طور پر Y capacitors کا ایک جوڑا ہوتا ہے جو ایک میں لپٹا ہوتا ہے۔سپر کیپسیٹرز کے بارے میں کیا خیال ہے؟حقیقت یہ ہے کہ، اگر آپ بیٹھ کر بڑے مینوفیکچررز سے کیپسیٹر سلیکشن گائیڈز پڑھنا شروع کر دیں، تو آپ آسانی سے دن گزار سکتے ہیں!
چونکہ یہ مضمون بنیادی باتوں کے بارے میں ہے، اس لیے میں ہمیشہ کی طرح ایک مختلف طریقہ استعمال کروں گا۔جیسا کہ پہلے ذکر کیا گیا ہے، سپلائی کرنے والی ویب سائٹس 3 اور 4 پر کیپسیٹر سلیکشن گائیڈز آسانی سے مل سکتی ہیں، اور فیلڈ انجینئرز عموماً کیپسیٹرز کے بارے میں زیادہ تر سوالات کے جوابات دے سکتے ہیں۔اس آرٹیکل میں، میں وہ بات نہیں دہراوں گا جو آپ انٹرنیٹ پر حاصل کر سکتے ہیں، لیکن عملی مثالوں کے ذریعے کیپسیٹرز کا انتخاب اور استعمال کرنے کا طریقہ بتاؤں گا۔کپیسیٹر کے انتخاب کے کچھ غیر معروف پہلوؤں، جیسے کیپیسیٹینس انحطاط، کا بھی احاطہ کیا جائے گا۔اس مضمون کو پڑھنے کے بعد، آپ کو capacitors کے استعمال کے بارے میں اچھی طرح سے سمجھنا چاہئے.
برسوں پہلے، جب میں الیکٹرانک آلات بنانے والی کمپنی میں کام کر رہا تھا، تو ہمارے پاس پاور الیکٹرانکس انجینئر کے لیے انٹرویو کا سوال تھا۔موجودہ پروڈکٹ کے اسکیمیٹک ڈایاگرام پر، ہم ممکنہ امیدواروں سے پوچھیں گے "DC لنک الیکٹرولائٹک کپیسیٹر کا کام کیا ہے؟"اور "چپ کے ساتھ واقع سیرامک ​​کیپیسیٹر کا کام کیا ہے؟"ہم امید کرتے ہیں کہ صحیح جواب ہے DC بس کیپیسیٹر توانائی ذخیرہ کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، سیرامک ​​کیپسیٹرز فلٹرنگ کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔
ہم جس "درست" جواب کی تلاش کرتے ہیں وہ درحقیقت یہ ظاہر کرتا ہے کہ ڈیزائن ٹیم میں موجود ہر شخص کیپسیٹرز کو ایک سادہ سرکٹ کے نقطہ نظر سے دیکھتا ہے، نہ کہ فیلڈ تھیوری کے نقطہ نظر سے۔سرکٹ تھیوری کا نقطہ نظر غلط نہیں ہے۔کم تعدد پر (چند کلو ہرٹز سے چند میگاہرٹز تک)، سرکٹ تھیوری عام طور پر مسئلے کی اچھی طرح وضاحت کر سکتی ہے۔اس کی وجہ یہ ہے کہ کم تعدد پر، سگنل بنیادی طور پر تفریق موڈ میں ہوتا ہے۔سرکٹ تھیوری کا استعمال کرتے ہوئے، ہم شکل 1 میں دکھائے گئے کپیسیٹر کو دیکھ سکتے ہیں، جہاں مساوی سیریز ریزسٹنس (ESR) اور مساوی سیریز انڈکٹینس (ESL) فریکوئنسی کے ساتھ کیپسیٹر کی تبدیلی کی رکاوٹ بناتے ہیں۔
یہ ماڈل سرکٹ کی کارکردگی کی مکمل وضاحت کرتا ہے جب سرکٹ کو آہستہ آہستہ تبدیل کیا جاتا ہے۔تاہم، جیسے جیسے تعدد بڑھتا ہے، چیزیں زیادہ سے زیادہ پیچیدہ ہوتی جاتی ہیں۔کسی وقت، جزو غیر خطوطی ظاہر کرنا شروع کر دیتا ہے۔جب تعدد بڑھتا ہے، سادہ LCR ماڈل کی اپنی حدود ہوتی ہیں۔
آج، اگر مجھ سے انٹرویو کا یہی سوال پوچھا جائے، تو میں اپنے فیلڈ تھیوری کے مشاہدے کے شیشے پہنوں گا اور کہوں گا کہ کیپسیٹر کی دونوں اقسام توانائی ذخیرہ کرنے والے آلات ہیں۔فرق یہ ہے کہ الیکٹرولائٹک کیپسیٹرز سیرامک ​​کیپسیٹرز سے زیادہ توانائی ذخیرہ کرسکتے ہیں۔لیکن توانائی کی ترسیل کے لحاظ سے، سیرامک ​​کیپسیٹرز توانائی کو تیزی سے منتقل کر سکتے ہیں۔یہ بتاتا ہے کہ سیرامک ​​کیپسیٹرز کو چپ کے ساتھ کیوں رکھنا ضروری ہے، کیونکہ چپ میں سوئچنگ فریکوئنسی اور سوئچنگ کی رفتار مین پاور سرکٹ کے مقابلے میں زیادہ ہوتی ہے۔
اس نقطہ نظر سے، ہم صرف capacitors کے لیے کارکردگی کے دو معیارات کی وضاحت کر سکتے ہیں۔ایک یہ کہ کیپسیٹر کتنی توانائی کو ذخیرہ کرسکتا ہے، اور دوسرا یہ کہ اس توانائی کو کتنی تیزی سے منتقل کیا جاسکتا ہے۔دونوں کا انحصار کپیسیٹر کے مینوفیکچرنگ کے طریقہ کار، ڈائی الیکٹرک میٹریل، کپیسیٹر کے ساتھ کنکشن وغیرہ پر ہے۔
جب سرکٹ میں سوئچ بند ہوتا ہے (تصویر 2 دیکھیں)، یہ اشارہ کرتا ہے کہ لوڈ کو طاقت کے منبع سے توانائی کی ضرورت ہے۔جس رفتار سے یہ سوئچ بند ہوتا ہے وہ توانائی کی طلب کی فوری ضرورت کا تعین کرتا ہے۔چونکہ توانائی روشنی کی رفتار سے سفر کرتی ہے (FR4 مواد میں روشنی کی نصف رفتار)، توانائی کی منتقلی میں وقت لگتا ہے۔اس کے علاوہ، منبع اور ٹرانسمیشن لائن اور بوجھ کے درمیان ایک رکاوٹ کی مماثلت ہے۔اس کا مطلب یہ ہے کہ توانائی کبھی بھی ایک ٹرپ میں منتقل نہیں ہو گی، بلکہ ایک سے زیادہ راؤنڈ ٹرپس5 میں، یہی وجہ ہے کہ جب سوئچ کو تیزی سے تبدیل کیا جائے گا، تو ہم سوئچنگ ویوفارم میں تاخیر اور بجتے ہوئے دیکھیں گے۔
شکل 2: خلا میں توانائی کے پھیلنے میں وقت لگتا ہے۔رکاوٹ کی مماثلت توانائی کی منتقلی کے متعدد دوروں کا سبب بنتی ہے۔
حقیقت یہ ہے کہ توانائی کی ترسیل میں وقت لگتا ہے اور کئی چکر لگتے ہیں ہمیں یہ بتاتا ہے کہ ہمیں توانائی کو بوجھ کے جتنا قریب ہو سکے منتقل کرنے کی ضرورت ہے، اور ہمیں اسے تیزی سے پہنچانے کا راستہ تلاش کرنے کی ضرورت ہے۔پہلا عام طور پر لوڈ، سوئچ اور کپیسیٹر کے درمیان جسمانی فاصلے کو کم کرکے حاصل کیا جاتا ہے۔مؤخر الذکر سب سے چھوٹی رکاوٹ کے ساتھ کیپسیٹرز کے ایک گروپ کو جمع کرکے حاصل کیا جاتا ہے۔
فیلڈ تھیوری یہ بھی بتاتی ہے کہ عام موڈ شور کی وجہ کیا ہے۔مختصراً، عام موڈ شور اس وقت پیدا ہوتا ہے جب سوئچنگ کے دوران لوڈ کی توانائی کی طلب پوری نہیں ہوتی ہے۔لہذا، لوڈ اور قریبی کنڈکٹرز کے درمیان خلا میں ذخیرہ شدہ توانائی کو مرحلہ وار مانگ کو پورا کرنے کے لیے فراہم کیا جائے گا۔بوجھ اور قریبی کنڈکٹرز کے درمیان کی جگہ وہی ہے جسے ہم طفیلی/باہمی اہلیت کہتے ہیں (شکل 2 دیکھیں)۔
ہم یہ ظاہر کرنے کے لیے درج ذیل مثالوں کا استعمال کرتے ہیں کہ الیکٹرولائٹک کیپسیٹرز، ملٹی لیئر سیرامک ​​کیپسیٹرز (MLCC) اور فلم کیپسیٹرز کو کیسے استعمال کیا جائے۔سرکٹ اور فیلڈ تھیوری دونوں کو منتخب کیپسیٹرز کی کارکردگی کی وضاحت کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔
Electrolytic capacitors بنیادی طور پر DC لنک میں توانائی کے اہم ذریعہ کے طور پر استعمال ہوتے ہیں۔الیکٹرولائٹک کیپسیٹر کا انتخاب اکثر اس پر منحصر ہوتا ہے:
EMC کی کارکردگی کے لیے، capacitors کی سب سے اہم خصوصیات رکاوٹ اور تعدد کی خصوصیات ہیں۔کم فریکوئنسی سے کیے جانے والے اخراج کا انحصار ہمیشہ DC لنک کیپسیٹر کی کارکردگی پر ہوتا ہے۔
DC لنک کی رکاوٹ کا انحصار نہ صرف کپیسیٹر کے ESR اور ESL پر ہے بلکہ تھرمل لوپ کے علاقے پر بھی ہے، جیسا کہ شکل 3 میں دکھایا گیا ہے۔ تھرمل لوپ کے بڑے علاقے کا مطلب ہے کہ توانائی کی منتقلی میں زیادہ وقت لگتا ہے، لہذا کارکردگی متاثر ہوں گے.
اس کو ثابت کرنے کے لیے ایک قدم نیچے DC-DC کنورٹر بنایا گیا تھا۔شکل 4 میں دکھایا گیا پری کمپلائنس EMC ٹیسٹ سیٹ اپ 150kHz اور 108MHz کے درمیان اخراج اسکین کرتا ہے۔
یہ یقینی بنانا ضروری ہے کہ اس کیس اسٹڈی میں استعمال ہونے والے کیپسیٹرز سب ایک ہی مینوفیکچرر سے ہیں تاکہ رکاوٹ کی خصوصیات میں فرق سے بچا جا سکے۔پی سی بی پر کپیسیٹر کو سولڈرنگ کرتے وقت، اس بات کو یقینی بنائیں کہ کوئی لمبی لیڈز نہیں ہیں، کیونکہ اس سے کپیسیٹر کا ESL بڑھ جائے گا۔شکل 5 تین کنفیگریشنز کو دکھاتا ہے۔
ان تین کنفیگریشنوں کے اخراج کے نتائج کو شکل 6 میں دکھایا گیا ہے۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ، ایک واحد 680 µF کپیسیٹر کے مقابلے میں، دو 330 µF کیپسیٹرز وسیع فریکوئنسی رینج میں 6 dB کی شور کو کم کرنے کی کارکردگی حاصل کرتے ہیں۔
سرکٹ تھیوری سے، یہ کہا جا سکتا ہے کہ دو کیپسیٹرز کو متوازی طور پر جوڑنے سے، ESL اور ESR دونوں آدھے ہو جاتے ہیں۔فیلڈ تھیوری کے نقطہ نظر سے، توانائی کا صرف ایک ذریعہ نہیں ہے، بلکہ توانائی کے دو ذرائع ایک ہی بوجھ میں فراہم کیے جاتے ہیں، جس سے توانائی کی ترسیل کے مجموعی وقت کو مؤثر طریقے سے کم کیا جاتا ہے۔تاہم، زیادہ تعدد پر، دو 330 µF capacitors اور ایک 680 µF capacitor کے درمیان فرق سکڑ جائے گا۔اس کی وجہ یہ ہے کہ ہائی فریکوئنسی شور ناکافی قدمی توانائی کے ردعمل کی نشاندہی کرتا ہے۔جب 330 µF کپیسیٹر کو سوئچ کے قریب منتقل کرتے ہیں، تو ہم توانائی کی منتقلی کے وقت کو کم کرتے ہیں، جو کیپسیٹر کے قدمی ردعمل کو مؤثر طریقے سے بڑھاتا ہے۔
نتیجہ ہمیں ایک بہت اہم سبق بتاتا ہے۔کسی ایک کپیسیٹر کی اہلیت میں اضافہ عام طور پر زیادہ توانائی کے لیے مرحلہ وار مطالبہ کی حمایت نہیں کرے گا۔اگر ممکن ہو تو، کچھ چھوٹے capacitive اجزاء استعمال کریں.اس کی بہت سی اچھی وجوہات ہیں۔پہلی لاگت ہے۔عام طور پر، ایک ہی پیکیج کے سائز کے لیے، ایک کپیسیٹر کی قیمت اہلیت کی قدر کے ساتھ تیزی سے بڑھ جاتی ہے۔ایک واحد کیپسیٹر کا استعمال کئی چھوٹے کیپسیٹرز کے استعمال سے زیادہ مہنگا ہو سکتا ہے۔دوسری وجہ سائز ہے۔مصنوعات کے ڈیزائن میں محدود عنصر عام طور پر اجزاء کی اونچائی ہوتی ہے۔بڑی صلاحیت والے capacitors کے لیے، اونچائی اکثر بہت بڑی ہوتی ہے، جو کہ پروڈکٹ کے ڈیزائن کے لیے موزوں نہیں ہے۔تیسری وجہ EMC کی کارکردگی ہے جسے ہم نے کیس اسٹڈی میں دیکھا۔
الیکٹرولائٹک کپیسیٹر استعمال کرتے وقت غور کرنے کا ایک اور عنصر یہ ہے کہ جب آپ وولٹیج کا اشتراک کرنے کے لیے دو کیپسیٹرز کو سیریز میں جوڑتے ہیں، تو آپ کو بیلنسنگ ریزسٹر 6 کی ضرورت ہوگی۔
جیسا کہ پہلے ذکر کیا گیا ہے، سیرامک ​​کیپسیٹرز چھوٹے آلات ہیں جو تیزی سے توانائی فراہم کر سکتے ہیں۔مجھ سے اکثر یہ سوال پوچھا جاتا ہے کہ "مجھے کتنے کیپسیٹر کی ضرورت ہے؟"اس سوال کا جواب یہ ہے کہ سیرامک ​​کیپسیٹرز کے لیے، اہلیت کی قدر اتنی اہم نہیں ہونی چاہیے۔یہاں اہم بات یہ طے کرنا ہے کہ آپ کی درخواست کے لیے توانائی کی منتقلی کی رفتار کس فریکوئنسی پر کافی ہے۔اگر اخراج 100 میگاہرٹز پر ناکام ہوجاتا ہے، تو 100 میگاہرٹز پر سب سے چھوٹی رکاوٹ کے ساتھ کیپیسیٹر ایک اچھا انتخاب ہوگا۔
یہ MLCC کی ایک اور غلط فہمی ہے۔میں نے دیکھا ہے کہ انجینئرز کو لمبے نشانات کے ذریعے کیپسیٹرز کو RF ریفرنس پوائنٹ سے جوڑنے سے پہلے سب سے کم ESR اور ESL والے سیرامک ​​کیپسیٹرز کو منتخب کرنے میں بہت زیادہ توانائی صرف کرتے ہیں۔یہ بات قابل ذکر ہے کہ MLCC کا ESL عام طور پر بورڈ پر کنکشن انڈکٹنس سے بہت کم ہوتا ہے۔کنکشن انڈکٹنس اب بھی سب سے اہم پیرامیٹر ہے جو سیرامک ​​کیپسیٹرز کی ہائی فریکوئنسی رکاوٹ کو متاثر کرتا ہے۔
تصویر 7 ایک بری مثال دکھاتی ہے۔لمبے نشانات (0.5 انچ لمبے) کم از کم 10nH انڈکٹنس متعارف کراتے ہیں۔نقلی نتیجہ ظاہر کرتا ہے کہ کیپسیٹر کی رکاوٹ فریکوئنسی پوائنٹ (50 میگاہرٹز) پر توقع سے کہیں زیادہ ہو جاتی ہے۔
MLCCs کے ساتھ ایک مسئلہ یہ ہے کہ وہ بورڈ پر آنے والے ڈھانچے کے ساتھ گونجتے ہیں۔یہ شکل 8 میں دکھائی گئی مثال میں دیکھا جا سکتا ہے، جہاں 10 µF MLCC کا استعمال تقریباً 300 kHz پر گونج متعارف کراتا ہے۔
آپ بڑے ESR والے جزو کو منتخب کر کے یا صرف ایک چھوٹے قدر ریزسٹر (جیسے 1 اوہم) کو کپیسیٹر کے ساتھ سیریز میں ڈال کر گونج کو کم کر سکتے ہیں۔اس قسم کا طریقہ سسٹم کو دبانے کے لیے نقصان دہ اجزاء کا استعمال کرتا ہے۔ایک اور طریقہ یہ ہے کہ گونج کو کم یا زیادہ گونج والے مقام پر منتقل کرنے کے لیے ایک اور اہلیت کی قدر کا استعمال کیا جائے۔
فلم capacitors بہت سے ایپلی کیشنز میں استعمال کیا جاتا ہے.یہ ہائی پاور DC-DC کنورٹرز کے لیے انتخاب کے کیپسیٹرز ہیں اور پاور لائنز (AC اور DC) اور کامن موڈ فلٹرنگ کنفیگریشنز میں EMI سپریشن فلٹرز کے طور پر استعمال ہوتے ہیں۔فلم کیپسیٹرز کے استعمال کے کچھ اہم نکات کو واضح کرنے کے لیے ہم ایک X capacitor کو بطور مثال لیتے ہیں۔
اگر کوئی اضافے کا واقعہ پیش آتا ہے، تو یہ لائن پر چوٹی کے وولٹیج کے دباؤ کو محدود کرنے میں مدد کرتا ہے، اس لیے اسے عام طور پر عارضی وولٹیج دبانے والے (TVS) یا میٹل آکسائیڈ ویریسٹر (MOV) کے ساتھ استعمال کیا جاتا ہے۔
آپ کو یہ سب کچھ پہلے سے ہی معلوم ہوگا، لیکن کیا آپ جانتے ہیں کہ ایک X capacitor کی کیپیسیٹینس ویلیو کو برسوں کے استعمال کے ساتھ نمایاں طور پر کم کیا جا سکتا ہے؟یہ خاص طور پر درست ہے اگر کیپسیٹر کو مرطوب ماحول میں استعمال کیا جائے۔میں نے دیکھا ہے کہ X capacitor کی کیپیسیٹینس ویلیو ایک یا دو سال کے اندر اس کی ریٹیڈ ویلیو کے صرف چند فیصد تک گر گئی ہے، اس لیے اصل میں X capacitor کے ساتھ ڈیزائن کیا گیا سسٹم درحقیقت وہ تمام تحفظ کھو بیٹھا ہے جو فرنٹ اینڈ کیپسیٹر کے پاس ہو سکتا ہے۔
تو کیا ہوا؟نمی ہوا کیپسیٹر میں، تار کے اوپر اور باکس اور ایپوکسی پوٹنگ کمپاؤنڈ کے درمیان رس سکتی ہے۔اس کے بعد ایلومینیم میٹالائزیشن کو آکسائڈائز کیا جاسکتا ہے۔ایلومینا ایک اچھا الیکٹریکل انسولیٹر ہے، اس طرح کیپیسیٹینس کو کم کرتا ہے۔یہ ایک ایسا مسئلہ ہے جس کا سامنا تمام فلمی کیپسیٹرز کو کرنا پڑے گا۔جس مسئلے کے بارے میں میں بات کر رہا ہوں وہ فلم کی موٹائی ہے۔معروف کیپسیٹر برانڈز موٹی فلمیں استعمال کرتے ہیں، جس کے نتیجے میں دوسرے برانڈز کے مقابلے بڑے کپیسیٹرز ہوتے ہیں۔پتلی فلم کیپسیٹر کو اوورلوڈ (وولٹیج، کرنٹ، یا درجہ حرارت) کے لیے کم مضبوط بناتی ہے، اور اس کے خود ٹھیک ہونے کا امکان نہیں ہے۔
اگر X capacitor مستقل طور پر بجلی کی فراہمی سے منسلک نہیں ہے، تو آپ کو پریشان ہونے کی ضرورت نہیں ہے۔مثال کے طور پر، ایک پروڈکٹ کے لیے جس میں پاور سپلائی اور کپیسیٹر کے درمیان سخت سوئچ ہے، سائز زندگی سے زیادہ اہم ہو سکتا ہے، اور پھر آپ پتلا کپیسیٹر کا انتخاب کر سکتے ہیں۔
تاہم، اگر کیپسیٹر مستقل طور پر پاور سورس سے منسلک ہے، تو یہ انتہائی قابل اعتماد ہونا چاہیے۔کیپسیٹرز کا آکسیکرن ناگزیر نہیں ہے۔اگر کپیسیٹر ایپوکسی مواد اچھی کوالٹی کا ہے اور کپیسیٹر اکثر انتہائی درجہ حرارت کے سامنے نہیں آتا ہے، تو قیمت میں کمی کم سے کم ہونی چاہیے۔
اس مضمون میں، سب سے پہلے capacitors کے فیلڈ نظریہ کو متعارف کرایا گیا ہے۔عملی مثالیں اور نقلی نتائج دکھاتے ہیں کہ کیپسیٹر کی سب سے عام اقسام کو کیسے منتخب اور استعمال کیا جائے۔امید ہے کہ یہ معلومات آپ کو الیکٹرانک اور EMC ڈیزائن میں کیپسیٹرز کے کردار کو مزید جامع طریقے سے سمجھنے میں مدد دے سکتی ہے۔
ڈاکٹر من ژانگ برطانیہ میں مقیم انجینئرنگ کمپنی Mach One Design Ltd کے بانی اور چیف EMC کنسلٹنٹ ہیں جو EMC مشاورت، ٹربل شوٹنگ اور تربیت میں مہارت رکھتی ہے۔پاور الیکٹرانکس، ڈیجیٹل الیکٹرانکس، موٹرز اور پروڈکٹ ڈیزائن میں ان کی گہرائی سے معلومات نے دنیا بھر کی کمپنیوں کو فائدہ پہنچایا ہے۔
ان کمپلائنس الیکٹریکل اور الیکٹرانک انجینئرنگ کے پیشہ ور افراد کے لیے خبروں، معلومات، تعلیم اور تحریک کا بنیادی ذریعہ ہے۔
ایرو اسپیس آٹوموٹیو کمیونیکیشنز کنزیومر الیکٹرانکس ایجوکیشن انرجی اینڈ پاور انڈسٹری انفارمیشن ٹیکنالوجی میڈیکل ملٹری اینڈ نیشنل ڈیفنس