خبریں

کیپسیٹرز سرکٹ بورڈز پر سب سے زیادہ استعمال ہونے والے اجزاء میں سے ایک ہیں۔ جیسے جیسے الیکٹرانک آلات (موبائل فون سے لے کر کاروں تک) کی تعداد میں اضافہ ہوتا جا رہا ہے، اسی طرح کیپسیٹرز کی مانگ بھی بڑھتی جا رہی ہے۔ کووڈ 19 کی وبا نے سیمی کنڈکٹرز سے عالمی اجزاء کی سپلائی چین میں خلل ڈال دیا ہے۔ غیر فعال اجزاء کے لیے، اور کیپسیٹرز کی سپلائی بہت کم رہی ہے۔
Capacitors کے موضوع پر بحث کو آسانی سے کتاب یا لغت میں تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ سب سے پہلے، capacitors کی مختلف اقسام ہیں، جیسے electrolytic capacitors، فلم capacitors، ceramic capacitors وغیرہ۔ پھر اسی قسم میں، مختلف قسم کے Capacitors ہیں۔ ڈائی الیکٹرک مواد۔ یہاں بھی مختلف طبقات ہیں۔ جسمانی ساخت کے لیے، دو ٹرمینل اور تین ٹرمینل کیپسیٹر کی قسمیں ہیں۔ ایک X2Y قسم کا کپیسیٹر بھی ہے، جو کہ بنیادی طور پر Y capacitors کا ایک جوڑا ہے جو ایک میں سمایا ہوا 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، کیپسیٹر سلیکشن گائیڈز سپلائر ویب سائٹس 3 اور 4 پر آسانی سے مل سکتی ہیں، اور فیلڈ انجینئرز عموماً capacitors کے بارے میں زیادہ تر سوالات کے جوابات دے سکتے ہیں۔ اس مضمون میں، میں اسے نہیں دہراؤں گا جو آپ انٹرنیٹ پر تلاش کر سکتے ہیں، لیکن عملی مثالوں کے ذریعے کیپسیٹرز کو منتخب کرنے اور استعمال کرنے کا طریقہ دکھاؤں 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 capacitors کے استعمال کی اچھی سمجھ ہونی چاہیے۔
برسوں پہلے، جب میں الیکٹرانک آلات بنانے والی کمپنی میں کام کر رہا تھا، تو ہمارے پاس پاور الیکٹرانکس انجینئر کے لیے ایک انٹرویو کا سوال تھا۔ موجودہ پروڈکٹ کے اسکیمیٹک ڈایاگرام پر، ہم ممکنہ امیدواروں سے پوچھیں گے "ڈی سی لنک الیکٹرولائٹک کا کام کیا ہے؟ capacitor؟" اور "چپ کے آگے سیرامک ​​کپیسیٹر 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 کیے جاتے 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 kHz سے) چند میگاہرٹز تک)، سرکٹ تھیوری عام طور پر اس مسئلے کی اچھی طرح وضاحت کر سکتی ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ کم فریکوئنسیوں پر، سگنل بنیادی طور پر ڈیفرینشل موڈ میں ہوتا ہے۔ سرکٹ تھیوری کا استعمال کرتے ہوئے، ہم شکل 1 میں دکھایا گیا کپیسیٹر دیکھ سکتے ہیں، جہاں مساوی سیریز مزاحمت ( ESR) اور مساوی سیریز انڈکٹنس (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 فریکوئنسی بڑھتی جاتی ہے، چیزیں زیادہ پیچیدہ ہوتی جاتی ہیں۔ کسی وقت، جزو غیر خطوطی ظاہر کرنا شروع کر دیتا ہے۔ جب فریکوئنسی بڑھ جاتی ہے، سادہ LCR ماڈل۔ اس کی حدود ہیں.
آج اگر مجھ سے انٹرویو کا یہی سوال پوچھا جائے تو میں اپنے فیلڈ تھیوری آبزرویشن شیشے پہن کر کہوں گا کہ دونوں قسم کے کپیسیٹر توانائی ذخیرہ کرنے والے آلات ہیں۔ فرق یہ ہے کہ الیکٹرولائٹک کیپسیٹرز سیرامک ​​کیپسیٹرز سے زیادہ توانائی ذخیرہ کر سکتے ہیں۔ لیکن توانائی کی ترسیل کے لحاظ سے۔ , سیرامک ​​کیپسیٹرز تیزی سے توانائی کی ترسیل کر سکتے ہیں۔ یہ بتاتا ہے کہ کیوں سیرامک ​​کیپسیٹرز کو چپ کے ساتھ رکھنے کی ضرورت ہے، کیونکہ چپ میں مین پاور سرکٹ کے مقابلے میں سوئچنگ فریکوئنسی اور سوئچنگ کی رفتار زیادہ ہوتی ہے۔
اس نقطہ نظر سے، ہم صرف capacitors کے لیے کارکردگی کے دو معیارات متعین کر سکتے ہیں۔ ایک یہ ہے کہ capacitor کتنی توانائی ذخیرہ کر سکتا ہے، اور دوسرا یہ کہ اس توانائی کو کتنی تیزی سے منتقل کیا جا سکتا ہے۔ capacitor کے ساتھ کنکشن، اور اسی طرح.
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 (نصف FR4 مواد میں روشنی کی 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 سفر میں منتقل نہیں ہوگی، بلکہ متعدد میں۔ راؤنڈ ٹرپس5، یہی وجہ ہے کہ جب سوئچ تیزی سے سوئچ کرتا ہے، تو ہمیں سوئچنگ ویوفارم میں تاخیر اور گھنٹی بجتی نظر آتی ہے۔
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 منتقلی میں وقت لگتا ہے اور متعدد چکر لگتے ہیں ہمیں یہ بتاتا ہے کہ ہمیں توانائی کے منبع کو جتنا ممکن ہو بوجھ کے قریب تلاش کرنے کی ضرورت ہے، اور ہمیں توانائی کو تیزی سے منتقل کرنے کا راستہ تلاش کرنے کی ضرورت ہے۔ لوڈ، سوئچ اور کپیسیٹر کے درمیان فاصلہ۔ بعد میں سب سے چھوٹی رکاوٹ کے ساتھ کیپسیٹرز کے ایک گروپ کو جمع کرکے حاصل کیا جاتا ہے۔
فیلڈ تھیوری اس بات کی بھی وضاحت کرتی ہے کہ کامن موڈ شور کی وجہ کیا ہے۔ مختصراً، کامن موڈ شور تب پیدا ہوتا ہے جب سوئچنگ کے دوران لوڈ کی توانائی کی طلب پوری نہیں ہوتی۔ لہٰذا، لوڈ اور قریبی کنڈکٹرز کے درمیان خلا میں ذخیرہ شدہ توانائی کو مدد فراہم کی جائے گی۔ سٹیپ ڈیمانڈ۔ بوجھ اور قریبی کنڈکٹرز کے درمیان خلا ہے جسے ہم طفیلی/باہمی اہلیت کہتے ہیں (شکل 2 دیکھیں)۔
ہم مندرجہ ذیل مثالوں کا استعمال یہ ظاہر کرنے کے لیے کرتے ہیں کہ الیکٹرولائٹک کیپسیٹرز، ملٹی لیئر سیرامک ​​کیپسیٹرز (MLCC) اور فلم کیپسیٹرز کو کیسے استعمال کیا جائے۔
الیکٹرولائٹک کیپسیٹرز بنیادی طور پر ڈی سی 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۔
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 حصے کا مطلب ہے کہ توانائی کی منتقلی میں زیادہ وقت لگتا ہے، لہذا کارکردگی متاثر ہوں گے.
اس کو ثابت کرنے کے لیے ایک سٹیپ-ڈاؤن 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 کے 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 ای ایس ایل میں اضافہ ہوگا۔ capacitor.Figure 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 ایک 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، صرف ایک توانائی کا ذریعہ نہیں ہے، بلکہ ایک ہی بوجھ کو توانائی کے دو ذرائع فراہم کیے جاتے ہیں۔ مجموعی طور پر توانائی کی ترسیل کے وقت کو مؤثر طریقے سے کم کرنا۔ تاہم، زیادہ فریکوئنسیوں پر، دو 330 µF کیپسیٹرز اور ایک 680 µF کپیسیٹر کے درمیان فرق سکڑ جائے گا۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ ہائی فریکوئنسی شور ناکافی قدمی توانائی کے ردعمل کی نشاندہی کرتا ہے۔ سوئچ، 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۔ ایک کیپسیٹر کی گنجائش میں اضافہ عام طور پر زیادہ توانائی کے لیے قدمی طلب کو سہارا نہیں دے گا۔ اگر ممکن ہو تو، کچھ چھوٹے کیپسیٹیو اجزاء کا استعمال کریں۔ اس کی بہت سی اچھی وجوہات ہیں۔ پہلی قیمت ہے۔ عام طور پر۔ ایک ہی پیکیج کے سائز کے لیے، ایک کپیسیٹر کی قیمت کپیسیٹینس ویلیو کے ساتھ تیزی سے بڑھ جاتی ہے۔ ایک ہی کپیسیٹر کا استعمال کئی چھوٹے کیپسیٹرز کے استعمال سے زیادہ مہنگا ہو سکتا ہے۔ دوسری وجہ سائز ہے۔ پروڈکٹ ڈیزائن میں محدود کرنے والا عنصر عام طور پر اونچائی ہے۔ اجزاء کا۔ بڑی صلاحیت والے کیپسیٹرز کے لیے، مصنوعات کے ڈیزائن کے لیے اونچائی اکثر بہت زیادہ ہوتی 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 کپیسیٹر کی ضرورت ہے؟" اس سوال کا جواب یہ ہے کہ سیرامک ​​کیپسیٹرز کے لیے، گنجائش 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 ہو جاتا ہے، تو 100 میگاہرٹز پر سب سے چھوٹی رکاوٹ والا کپیسیٹر ایک اچھا انتخاب ہوگا۔
یہ ایم ایل سی سی کی ایک اور غلط فہمی ہے۔ میں نے دیکھا ہے کہ انجینئرز کو لمبے نشانات کے ذریعے کیپسیٹرز کو آر ایف ریفرنس پوائنٹ سے جوڑنے سے پہلے سب سے کم ESR اور ESL والے سیرامک ​​کیپسیٹرز کا انتخاب کرنے میں بہت زیادہ توانائی صرف کرتے ہیں۔ یہ بات قابل ذکر ہے کہ MLCC کا ESL عام طور پر بہت زیادہ ہوتا ہے۔ بورڈ پر کنکشن انڈکٹنس سے کم ہے۔ کنکشن انڈکٹنس اب بھی سیرامک ​​کیپسیٹرز7 کے ہائی فریکوئنسی مائبادا کو متاثر کرنے والا سب سے اہم پیرامیٹر ہے۔
شکل 7 ایک بری مثال دکھاتی ہے۔ طویل نشانات (0.5 انچ لمبے) کم از کم 10nH انڈکٹینس کو متعارف کراتے ہیں۔ نقلی نتیجہ یہ 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۔ اسے 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 کا انتخاب کر کے یا صرف ایک چھوٹے قدر ریزسٹر (جیسے 1 اوہم) کو ایک 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۔ دوسرا طریقہ یہ ہے کہ ایک اور کپیسیٹینس کا استعمال کیا جائے۔ گونج کو کم یا زیادہ گونج والے مقام پر منتقل کرنے کی قدر۔
فلم کیپسیٹرز بہت سی ایپلی کیشنز میں استعمال کیے جاتے ہیں۔ 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۔ ہم ایک X capacitor کو بطور فلم کیپسیٹرز کے استعمال کے کچھ اہم نکات کو واضح کرنے کے لیے ایک مثال۔
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 پہلے سے معلوم ہو سکتا ہے، لیکن کیا آپ جانتے ہیں کہ ایک X capacitor کی کیپیسیٹینس ویلیو سالوں کے استعمال کے ساتھ نمایاں طور پر کم ہو سکتی ہے؟ یہ خاص طور پر درست ہے اگر capacitor کو مرطوب ماحول میں استعمال کیا جائے۔ X capacitor صرف ایک یا دو سال کے اندر اپنی ریٹیڈ ویلیو کے چند فیصد تک گر جاتا ہے، اس لیے X capacitor کے ساتھ اصل میں 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 پاٹنگ کمپاؤنڈ کے درمیان نکل سکتی ہے۔ پھر ایلومینیم میٹالائزیشن کو آکسائڈائز کیا جا سکتا ہے۔ ایلومینا ایک اچھا برقی انسولیٹر ہے، اس طرح کیپیسیٹینس کو کم کرتا ہے۔ یہ ایک مسئلہ ہے جو تمام فلم کیپسیٹرز کا سامنا ہو 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 کپیسیٹر کو اوورلوڈ (وولٹیج، کرنٹ، یا درجہ حرارت) کے لیے کم مضبوط بناتی ہے۔ اور یہ خود کو ٹھیک کرنے 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 ایسی مصنوعات کے لیے جس میں پاور سپلائی اور capacitor کے درمیان سخت سوئچ ہو، سائز زندگی سے زیادہ اہم ہو سکتا ہے، اور پھر آپ ایک پتلا کپیسیٹر کا انتخاب کر سکتے ہیں۔
تاہم، اگر کپیسیٹر مستقل طور پر پاور سورس سے جڑا ہوا ہے، تو یہ انتہائی قابل اعتماد ہونا چاہیے۔ کیپسیٹرز کا آکسیڈیشن ناگزیر نہیں ہے۔ اگر کپیسیٹر ایپوکسی میٹریل اچھے معیار کا ہے اور کپیسیٹر اکثر انتہائی درجہ حرارت کے سامنے نہیں آتا ہے، تو اس میں کمی واقع ہوتی ہے۔ قیمت کم سے کم ہونی چاہئے۔
اس مضمون میں، سب سے پہلے capacitors کے فیلڈ تھیوری کا منظر پیش کیا گیا ہے۔ عملی مثالیں اور نقلی نتائج دکھاتے ہیں کہ کس طرح کیپسیٹرز کی سب سے عام اقسام کو منتخب اور استعمال کیا جائے۔
ڈاکٹر من ژانگ میک ون ڈیزائن لمیٹڈ کے بانی اور چیف EMC کنسلٹنٹ ہیں، جو کہ EMC مشاورت، ٹربل شوٹنگ اور ٹریننگ میں مہارت رکھنے والی ایک برطانیہ کی انجینئرنگ کمپنی ہے۔ دنیا بھر میں کمپنیاں.
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