کیپرسیٹرز میں ایسر اور ایس ایل کو سمجھنا

کسی بھی الیکٹرانک ڈیزائن میں سب سے زیادہ استعمال ہونے والے الیکٹرانکس اجزاء مزاحم (R) ، کیپسیٹرز (سی) ، اور انڈکٹرز (ایل) ہیں۔ ہم میں سے زیادہ تر ان تینوں غیر فعال اجزا کی بنیادی باتوں اور ان کو استعمال کرنے کے طریقوں سے واقف ہیں۔ نظریاتی طور پر (مثالی حالات میں) ایک سندارتر خالص کیپسیسیٹر کے طور پر سمجھا جاسکتا ہے جس میں صرف کیپسیٹیو خصوصیات موجود ہیں ، لیکن عملی طور پر ایک سندارتر کے ساتھ کچھ مزاحم اور دلکش خصوصیات بھی ملیں گی ، جسے ہم پرجیوی مزاحمت یا پرجیوی اشارے کے نام سے پکارتے ہیں۔ ہاں ، بالکل کسی پرجیوی کی طرح یہ ناپسندیدہ مزاحمت اور انڈکٹنس کی خصوصیات ایک سندارتر کے اندر بیٹھتی ہے تاکہ اسے خالص کیپسیٹر کی طرح برتاؤ کرنے سے روکتی ہے۔

لہذا سرکٹ انجینئرز کو ڈیزائن کرتے وقت بنیادی طور پر جزو کی مثالی شکل پر غور کریں ، اس معاملے میں گنجائش اور پھر اس کے ساتھ ہی پرجیوی اجزاء (انڈکٹینس اور مزاحمت) کو بھی اس کے سلسلے میں سمجھا جاتا ہے۔ اس پرجیوی مزاحمت کو مساوی سیریز کے خلاف مزاحمت (ESR) کہا جاتا ہے اور پرجیوی ind indance کو ایکویلیونٹ سیریز انڈکٹینس (ESL) کہا جاتا ہے اس inductance اور مزاحمت کی قدر بہت کم ہوگی ، کہ اسے آسان ڈیزائنوں میں نظرانداز کیا جاسکتا ہے۔ لیکن کچھ اعلی طاقت یا اعلی تعدد ایپلی کیشن میں یہ قدر بہت اہم ثابت ہوسکتی ہے اور اگر اس پر غور نہیں کیا گیا تو اس سے جز کی کارکردگی یا پیداوار کے غیر متوقع نتائج کو کم کیا جاسکتا ہے۔

اس مضمون میں ہم اس ESR اور ESL کے بارے میں مزید معلومات حاصل کریں گے ، ان کی پیمائش کیسے کی جائے اور وہ سرکٹ کو کیسے متاثر کرسکتے ہیں ۔ اسی کی طرح ایک انڈکٹکٹر کے پاس اس سے وابستہ کچھ پرجیوی خصوصیات بھی ہوں گی جسے ڈی سی آر کہا جاتا ہے جس پر ہم کسی اور مضمون میں کسی اور وقت تبادلہ خیال کریں گے۔

کپیسیٹرز میں ای ایس آر

مزاحمت کے ساتھ سیریز میں ایک مثالی سندارتر کو سندارتر کی برابر سیریز مزاحمت کہا جاتا ہے ۔ ایک کپیسیٹر میں مساوی سیریز کی مزاحمت یا ای ایس آر داخلی مزاحمت ہے جو آلہ کی اہلیت کے ساتھ سیریز میں ظاہر ہوتی ہے۔

آئیے نیچے کی علامتیں دیکھیں ، جو سندارت کنندہ کے ESR کی نمائندگی کررہی ہیں ۔ کاپاکیٹر علامت مثالی کیپسیٹر اور ریزٹر کو مساوی سیریز مزاحمت کی نمائندگی کررہی ہے۔ ریزسٹر کیپسیٹر کے ساتھ سیریز میں جڑا ہوا ہے۔

ایک مثالی کاپاکیٹر ناقص ہے ، جس کا مطلب ہے کیپسیٹر اسٹور چارج اور آؤٹ پٹ کے برابر چارج کی اتنی ہی فراہمی ہوتی ہے۔ لیکن حقیقی دنیا میں ، کپیسیٹرز کے پاس محدود داخلی مزاحمت کی ایک چھوٹی قیمت ہے ۔ یہ مزاحمت ڈائی الیکٹرک مادے ، کسی انسولیٹر میں یا جداکار میں رساو سے نکلتی ہے۔ اس کے علاوہ ، مساوی سیریز کی مزاحمت یا ESR کی مختلف صلاحیتوں کے مختلف اقسام کے اس کی اہلیت والی قیمت اور تعمیر کی بنیاد پر ہوں گے۔ لہذا ہمیں سندارتر کی مکمل خصوصیات کا تجزیہ کرنے کے لئے عملی طور پر اس ESR کی قدر کی پیمائش کرنا ہوگی۔

کیپیسیٹرز میں ای ایس آر کی پیمائش کرنا

کاپاکیٹر کے ESR کی پیمائش کرنا قدرے مشکل ہے کیونکہ مزاحمت خالص ڈی سی مزاحمت نہیں ہے۔ یہ کیپسیٹرز کی ملکیت کی وجہ سے ہے۔ کیپسیٹرز نے ڈی سی کو مسدود کیا اور اے سی پاس کیا۔ لہذا ، معیاری اوہس میٹر ESR کی پیمائش کے لئے استعمال نہیں کیا جاسکتا ہے۔ مخصوص ESR میٹر موجود ہیں جو مارکیٹ میں دستیاب ہیں جو کیپسیٹر کے ESR کی پیمائش کرنے میں کارآمد ثابت ہوسکتے ہیں۔ یہ میٹر متبادل حجم کا استعمال کرتے ہیں ، جیسے کیکیسیٹر کے پار ایک مخصوص تعدد میں مربع لہر ۔ سگنل کی فریکوینسی میں تبدیلی کی بنیاد پر کاپاکیٹر کی ای ایس آر ویلیو کا حساب لگایا جاسکتا ہے۔ اس طریقہ کار سے ایک فائدہ یہ ہے کہ چونکہ ESR کاپیسیٹر کے دو ٹرمینلز میں براہ راست ماپا جاتا ہے ، اسے سرکٹ بورڈ سے ڈی سلڈرنگ کے بغیر ناپا جاسکتا ہے۔

کاپاکیٹر کے ESR کا حساب لگانے کا دوسرا نظریاتی طریقہ یہ ہے کہ کیپسیٹر کے رپپل وولٹیج اور رپپل کرنٹ کی پیمائش کریں اور پھر دونوں کا تناسب سندارت میں ESR کی قدر دے گا۔ تاہم ، ایک زیادہ عام ESR پیمائش ماڈل ایک اضافی مزاحمت کے ساتھ سندارتر میں متبادل حالیہ ماخذ کا اطلاق کرنا ہے۔ ESR کی پیمائش کرنے کے لئے ایک خام سرکٹ نیچے دکھایا گیا ہے

بمقابلہ سائن لہر کا ذریعہ ہے اور R1 اندرونی مزاحمت ہے۔ کیپسیٹر سی آئیڈیئل کیپسیٹر ہے جبکہ آر 2 مثالی کیپسیٹر سی کی مساوی سیریز مزاحمت سی ہے۔ ایک چیز کو یاد رکھنا ضروری ہے کہ اس ESR پیمائش ماڈل میں ، سندارتر کی برتری شامل کرنے کو نظرانداز کیا گیا ہے اور اس کا ایک حصہ نہیں سمجھا جاتا ہے سرکٹ

منتقلی کی تقریب اس سرکٹ کے فارمولا ذیل میں دکھائے جانے والے تاثر کیا جا سکتا

مندرجہ بالا مساوات میں ، سرکٹ کی اعلی پاس کی خصوصیت جھلکتی ہے؛ منتقلی کی تقریب کے قریب ہونے کی وجہ سے مزید تشخیص کیا جاسکتا ہے۔

H (s) ≈ R2 / (R2 + R1) ≈ R2 / R1

مذکورہ بالا اندازہ اعلی تعدد کی کارروائیوں کے لئے موزوں ہے۔ اس مقام پر ، سرکٹ کٹاؤ بنانا شروع کردیتا ہے اور ایک اٹینیوٹر کی حیثیت سے کام کرتا ہے۔

توجہ کے عنصر کا اظہار اس طرح کیا جاسکتا ہے -

⍺ = R2 / (R2 + R1)

یہ کشیدگی عنصر اور سائن لہر جنریٹر کی داخلی مزاحمت R1 کا استعمال کیپسیٹرز ای ایس آر کی پیمائش کے لئے کیا جاسکتا ہے۔

R2 = ⍺ x R1

لہذا ، ایک فنکشن جنریٹر کاپسیٹرس کے ESR کا حساب کتاب کرنے میں کارآمد ثابت ہوسکتا ہے۔

عام طور پر ، ESR ویلیو چند ملی ہیم سے کئی اوم تک ہوتی ہے۔ ایلومینیم الیکٹرویلیٹک اور ٹینٹلم کاپاسیٹرز میں باکس کی قسم یا سیرامک ​​کیپسیٹرز کے مقابلے میں اعلی ESR ہے۔ تاہم ، کیپسیٹر مینوفیکچرنگ ٹکنالوجی میں جدید پیشرفت سپر کم ای ایس آر کیپسیٹرز تیار کرنا ممکن بناتی ہے۔

ESR کس طرح کیپسیٹر کی کارکردگی کو متاثر کرتا ہے

کاپاکیٹر کی ای ایس آر ویلیو کپیسیٹر آؤٹ پٹ کے لئے ایک اہم عنصر ہے۔ اعلی ESR کاپاکیٹر اعلی موجودہ درخواست میں حرارت کو ختم کرتا ہے اور آخر میں سندارتر کی زندگی میں کمی واقع ہوتی ہے ، جو الیکٹرانکس سرکٹس میں خرابی میں بھی معاون ہے۔ بجلی کی فراہمی میں ، جہاں اعلی موجودہ ایک تشویش کا باعث ہے ، فلٹریشن کے مقاصد کے لئے کم ESR کپیسیٹرز کی ضرورت ہے۔

نہ صرف بجلی کی فراہمی سے متعلقہ کارروائیوں میں بلکہ کم ای ایس آر ویلیو ، تیز رفتار سرکٹ کے ل essential بھی ضروری ہے۔ عام طور پر سیکڑوں میگا ہرٹز سے لے کر متعدد گیگا ہرٹز تک بہت زیادہ آپریٹنگ تعدد میں ، سندارتر کا ESR بجلی کی ترسیل کے عوامل میں اہم کردار ادا کرتا ہے۔

کپیسیٹر میں ESL

ESR کی طرح ہی ، ESL بھی capacitors کے لئے ایک اہم عنصر ہے۔ جیسا کہ پہلے تبادلہ خیال کیا گیا ہے ، حقیقی صورت حال میں کیپسیسر مثالی نہیں ہیں۔ ایک آوارہ مزاحمت کے ساتھ ساتھ آوارہ اجتناب بھی ہے۔ ذیل میں دکھایا گیا کپیسیٹر کا ایک عام ESL ماڈل ۔ کیپسیٹر سی ایک مثالی کیپسیٹر ہے اور انڈکٹر ایل سیریز میں انڈیکٹنس مثالی سندارتر کے ساتھ منسلک ہے۔

عام طور پر ، ESL موجودہ لوپ پر انتہائی قابل اعتماد ہے ۔ موجودہ لوپ میں اضافے سے کیپسیٹرز میں ای ایس ایل میں بھی اضافہ ہوتا ہے۔ لیڈ ٹرمینیشن اور سرکٹ سے منسلک نقطہ (پیڈ یا پٹریوں سمیت) کے درمیان فاصلہ بھی ای ایس ایل کو کپیسیٹرز میں اثر انداز کرتا ہے کیونکہ ختم ہونے والی مسافت کی دوری میں موجودہ لوپ میں بھی اضافہ ہوتا ہے جس کے نتیجے میں اعلی مساوی سیریز شامل ہوجاتی ہے۔

کیپاسیٹر کا ای ایس ایل ماپنا

ای ایس ایل کی پیمائش کاپاکیٹر مینوفیکچرر کی ڈیٹا شیٹ کے ذریعہ دی گئی مائبادی کے مقابلے میں فریکوئینسی پلاٹ کے مشاہدے کے ذریعے آسانی سے کی جاسکتی ہے۔ جب سندارتر کی فریکونسی کو تبدیل کیا جاتا ہے تو کیپسیٹر کی رکاوٹ بدل جاتی ہے۔ اس صورتحال کے دوران ، جب ایک خاص تعدد میں اہلیت کا رد عمل اور دلکش رد عمل برابر ہوتا ہے تو ، اسے 'گھٹنے کا نقطہ' کہا جاتا ہے ۔

اس مقام پر ، کیپسیٹر خود گونجتی ہے۔ کیپسیٹر کا ESR مائبادا پلاٹ کو فلیٹ کرنے میں معاون ہے جب تک کہ سندارت کنندہ گھٹنے تک نہ پہنچے یا خود سے مستعدی تعدد پر۔ گھٹنے کے نقطہ کے بعد ، کاپاکیٹر کے ای ایس ایل کی وجہ سے کپیسیٹر کا مائبادہ بڑھنا شروع ہوتا ہے۔

مذکورہ تصویر ایم ایل سی سی (ملٹی پرت سیرامک ​​سندارتر) کا ایک امپیڈینس بمقابلہ تعدد پلاٹ ہے۔ تین کپیسیٹرز ، 100nF ، 1nF X7R کلاس اور 1nF NP0 کلاس کیپاکیٹرس دکھایا گیا ہے۔ 'گھٹنے' دھبوں کی نشاندہی وی سائز کے پلاٹ کے نچلے نقطہ میں آسانی سے کی جاسکتی ہے۔

ایک بار جب گھٹنے کے نقطہ تعدد کی نشاندہی ہوجائے تو ، ای ایس ایل کو نیچے دیئے گئے فارمولے سے ماپا جاسکتا ہے

تعدد = 1 / (2π√ (ESL x C))

ای ایس ایل کس طرح کپیسیٹر آؤٹ پٹ کو متاثر کرتا ہے

ای ایس آر کی طرح ہی ، کپیسیٹرز کی پیداوار میں اضافہ ESL کی طرف سے کمی آتی ہے۔ ESL میں اضافہ موجودہ کے ناپسندیدہ بہاؤ میں معاون ہے اور EMI پیدا کرتا ہے ، جو اعلی تعدد ایپلی کیشنز میں مزید خرابی پیدا کرتا ہے۔ بجلی کی فراہمی سے متعلق نظام میں ، پرجیوی انڈکٹنس اعلی لہر وولٹیج میں حصہ ڈالتا ہے۔ ریپل وولٹیج کاپاکیٹرز کی ESL قدر کے متناسب ہے۔ ای ایس ایل کیپاکیسیٹر کی بڑی قیمت بھی رینگنگ ویوفارم کو دلاتی ہے ، جس سے سرکٹ کو عجیب و غریب سلوک کرنا پڑتا ہے۔

ESR اور ESL کی عملی اہمیت

نیچے دی گئی تصویر ای سی آر اور ای ایس ایل کا اصل ماڈل سندارت میں فراہم کرتی ہے ۔

یہاں ، کاپاکیٹر سی ایک مثالی کیپسیٹر ہے ، ریزسٹر آر ایکویولینٹ سیریز مزاحمت ہے اور انڈکٹر ایل مساوی سیریز انڈکٹینس ہے ۔ ان تینوں کے امتزاج کرنے سے اصلی کاپاکیٹر بنایا گیا ہے۔

ای ایس آر اور ای ایس ایل کیپسیٹر کی اتنی خوشگوار خصوصیات نہیں ہیں ، جو الیکٹرانک سرکٹس میں خاص طور پر اعلی تعدد اور اعلی حالیہ ایپلی کیشنز میں مختلف قسم کی کارکردگی میں کمی کا سبب بنتی ہیں۔ ESR کی وجہ سے بجلی کے نقصانات کی وجہ سے اعلی ESR ویلیو کی خراب کارکردگی میں مدد ملتی ہے۔ پاور لا I I ² R کا استعمال کرتے ہوئے بجلی کے نقصان کا حساب لگایا جاسکتا ہے جہاں R ESR کی قدر ہے۔ نہ صرف یہ ، اوہمس قانون کے مطابق اعلی ESR ویلیو کی وجہ سے شور اور ہائی ولٹیج ڈراپ بھی ہوتا ہے۔ جدید کیپسیٹر مینوفیکچرنگ ٹکنالوجی کپیسیٹر کی ESR اور ESL قدر کو کم کرتی ہے۔ ملٹی لیئر کیپسیٹرز کے آج کے ایس ایم ڈی ورژن میں ایک بہت بڑی بہتری دیکھی جاسکتی ہے۔

سوئچنگ پاور سپلائی سرکٹس یا ایس ایم پی ایس ڈیزائنوں میں لوئر ای ایس آر اور ای ایس ایل ویلیو کیپسیٹرس کو آؤٹ پٹ فلٹرز کے طور پر ترجیح دی جاتی ہے کیونکہ ان معاملات میں سوئچنگ فریکوینسی زیادہ ہوتی ہے ، عام طور پر سیکڑوں کلو ہرٹز سے لے کر کئی میگا ہرٹ _{زیڈ کے} قریب ہوتا ہے ۔ اس کی وجہ سے ان پٹ کیپسیٹر اور آؤٹ پٹ فلٹر کیپسیٹرز کو کم ESR ویلیو میں ہونے کی ضرورت ہے تاکہ لو فریکونسی لہروں کو بجلی کی فراہمی کے یونٹ کی مجموعی کارکردگی میں کوئی اثر نہ پڑے۔ کیپسیٹرس کا ESL بھی کم ہونا ضروری ہے ، تاکہ سندارتر کی رکاوٹ بجلی کی فراہمی کے سوئچنگ فریکوینسی کے ساتھ تعامل نہ کرے۔

کم شور والی بجلی کی فراہمی میں ، جہاں شور کو دبانے کی ضرورت ہے اور آؤٹ پٹ فلٹر کے مراحل کی تعداد کم ہونا چاہئے ، اعلی معیار کی انتہائی کم ESR اور کم ESL کیپسیسیٹر ہموار پیداوار اور لوڈ کو مستحکم بجلی کی ترسیل کے لئے مفید ہیں۔ اس طرح کی درخواست میں ، پولیمر الیکٹرولائٹس ایک مناسب انتخاب ہیں اور عام طور پر ایلومینیم الیکٹرویلیٹک کیپسیٹرز کے مقابلے میں ترجیح دی جاتی ہیں۔