इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को डिजाइन करने का तत्व आधार अधिक जटिल होता जा रहा है। उपकरणों को निर्दिष्ट कार्यक्षमता और सॉफ्टवेयर नियंत्रण के साथ एकीकृत सर्किट में जोड़ा जाता है। लेकिन विकास के केंद्र में बुनियादी उपकरण हैं: कैपेसिटर, प्रतिरोधक, डायोड और ट्रांजिस्टर।
अंतर्वस्तु
संधारित्र क्या है
एक उपकरण जो विद्युत आवेशों को विद्युत आवेशों के रूप में संग्रहीत करता है, संधारित्र कहलाता है।
भौतिकी में विद्युत या विद्युत आवेश की मात्रा को कूलम्ब (Cl) में मापा जाता है। विद्युत समाई को फैराड (एफ) में गिना जाता है।
1 फैराड की विद्युत क्षमता वाला एक अकेला कंडक्टर एक धातु की गेंद है जिसकी त्रिज्या 13 सौर त्रिज्या के बराबर है। इसलिए, एक संधारित्र में कम से कम 2 कंडक्टर शामिल होते हैं जो एक ढांकता हुआ द्वारा अलग होते हैं। सरल डिजाइनों में, उपकरण कागज है।
डीसी सर्किट में कैपेसिटर तब संचालित होता है जब बिजली की आपूर्ति चालू और बंद होती है। केवल ट्रांज़िस्टर के दौरान ही कॉइल्स पर विभव बदल जाता है।
एसी सर्किट में कैपेसिटर को बिजली आपूर्ति वोल्टेज की आवृत्ति के बराबर आवृत्ति के साथ रिचार्ज किया जाता है। निरंतर चार्ज और डिस्चार्ज के परिणामस्वरूप, तत्व के माध्यम से करंट प्रवाहित होता है। उच्च आवृत्ति का अर्थ है डिवाइस का तेज़ रिचार्ज।
संधारित्र वाले परिपथ का प्रतिरोध धारा की आवृत्ति पर निर्भर करता है। शून्य डीसी आवृत्ति पर, प्रतिरोध मान अनंत तक जाता है। जैसे-जैसे एसी की आवृत्ति बढ़ती है, प्रतिरोध कम होता जाता है।
जहां कैपेसिटर का उपयोग किया जाता है
कैपेसिटर के बिना इलेक्ट्रॉनिक, रेडियो और इलेक्ट्रिकल उपकरणों का संचालन असंभव है।
इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में, एसिंक्रोनस मोटर्स शुरू करते समय उनका उपयोग चरणों को स्थानांतरित करने के लिए किया जाता है। फेज शिफ्टिंग के बिना, एक वैकल्पिक सिंगल-फेज नेटवर्क में तीन फेज इंडक्शन मोटर काम नहीं करेगी।
कई फैराड के समाई वाले कैपेसिटर इलेक्ट्रिक कारों में मोटर पावर स्रोतों के रूप में उपयोग किए जाने वाले आयनिक कैपेसिटर होते हैं।
यह समझने के लिए कि संधारित्र की आवश्यकता क्यों है, आपको यह जानना होगा कि 10-12% मापने वाले उपकरण बाहरी वातावरण के मापदंडों में परिवर्तन होने पर विद्युत समाई को बदलने के सिद्धांत पर काम करते हैं। विशेष उपकरणों की समाई प्रतिक्रिया का उपयोग इसके लिए किया जाता है:
- गोले के बीच की दूरी में वृद्धि या कमी के माध्यम से कमजोर आंदोलनों की रिकॉर्डिंग;
- ढांकता हुआ प्रतिरोध में परिवर्तन दर्ज करके आर्द्रता का निर्धारण;
- द्रव के स्तर को मापना, जो भरने पर तत्व की क्षमता को बदल देता है।
कैपेसिटर के बिना ऑटोमैटिक्स और रिले सुरक्षा को डिजाइन करने की कल्पना करना मुश्किल है। कुछ सुरक्षा तर्क डिवाइस के रिचार्ज की बहुलता को ध्यान में रखते हैं।
मोबाइल संचार उपकरणों, रेडियो और टेलीविजन उपकरणों के सर्किट में कैपेसिटिव तत्वों का उपयोग किया जाता है। कैपेसिटर का उपयोग किया जाता है:
- उच्च और निम्न आवृत्ति एम्पलीफायरों;
- बिजली की आपूर्ति;
- आवृत्ति फिल्टर;
- ध्वनि प्रवर्धक;
- प्रोसेसर और अन्य माइक्रो सर्किट।
इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के वायरिंग आरेखों को देखकर संधारित्र क्या है, इस प्रश्न का उत्तर खोजना आसान है।
कैपेसिटर कैसे काम करता है
DC परिपथ में एक प्लेट पर धनात्मक आवेश तथा दूसरी प्लेट पर ऋणात्मक आवेश एकत्रित होते हैं। आपसी आकर्षण के माध्यम से, कणों को उपकरण में एक साथ रखा जाता है, और उनके बीच ढांकता हुआ उन्हें जोड़ने से रोकता है। डाइइलेक्ट्रिक जितना पतला होगा, चार्ज उतने ही मजबूत होंगे।
कैपेसिटर कैपेसिटेंस को भरने के लिए आवश्यक बिजली की मात्रा लेता है, और करंट रुक जाता है।
सर्किट में एक निरंतर वोल्टेज के साथ, तत्व बिजली बंद होने तक चार्ज रखता है। यह तब सर्किट में भार के माध्यम से निर्वहन करता है।
संधारित्र के माध्यम से प्रत्यावर्ती धारा अलग तरह से चलती है। दोलन की पहली अवधि डिवाइस के चार्ज का क्षण है। चार्जिंग करंट का आयाम तेजी से घटता है, और तिमाही के अंत तक यह घटकर शून्य हो जाता है। इस बिंदु पर EMF आयाम तक पहुँच जाता है।
अवधि के दूसरे में ईएमएफ कम हो जाता है और कोशिका का निर्वहन शुरू हो जाता है। शुरुआत में EMF की कमी छोटी होती है और डिस्चार्ज करंट भी कम होता है। यह उसी घातीय निर्भरता के अनुसार बढ़ता है। अवधि के अंत तक ईएमएफ शून्य के बराबर है, वर्तमान आयाम मान के बराबर है।
दोलन अवधि के तीसरे में ईएमएफ दिशा बदलता है, शून्य से गुजरता है और बढ़ता है। टर्मिनलों पर आवेश का चिन्ह उल्टा होता है। करंट परिमाण में घटता जाता है और अपनी दिशा बनाए रखता है। इस बिंदु पर, विद्युत प्रवाह चरण में वोल्टेज से 90° आगे होता है।
इंडक्शन कॉइल में विपरीत होता है: वोल्टेज करंट से आगे होता है। यह गुण आरसी या आरएल सर्किट का उपयोग करने के चुनाव में सबसे आगे है।
चक्र के अंत में दोलन के अंतिम पर EMF शून्य हो जाता है और करंट आयाम मान तक पहुँच जाता है।
"कैपेसिटेंस" प्रति अवधि 2 बार डिस्चार्ज और चार्ज करता है और प्रत्यावर्ती धारा का संचालन करता है।
यह प्रक्रियाओं का एक सैद्धांतिक विवरण है। यह समझने के लिए कि सर्किट में एक तत्व सीधे डिवाइस में कैसे काम करता है, सर्किट के आगमनात्मक और कैपेसिटिव प्रतिरोध की गणना करें, अन्य प्रतिभागियों के पैरामीटर, और बाहरी वातावरण के प्रभाव को ध्यान में रखें।
बुनियादी विशेषताएं और गुण
इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण और मरम्मत के लिए उपयोग किए जाने वाले संधारित्र मापदंडों में शामिल हैं:
- Capacitance - C. यह निर्धारित करता है कि डिवाइस में कितना चार्ज है। रेटेड क्षमता का मूल्य मामले पर इंगित किया गया है। आवश्यक मान बनाने के लिए कोशिकाओं को समानांतर या श्रृंखला में एक सर्किट में जोड़ा जाता है। परिचालन मान परिकलित मानों के समान नहीं होते हैं।
- गुंजयमान आवृत्ति fp है। यदि वर्तमान आवृत्ति गुंजयमान आवृत्ति से अधिक है, तो तत्व के आगमनात्मक गुण स्पष्ट हो जाते हैं। इससे ऑपरेशन करना मुश्किल हो जाता है। परिपथ में रेटेड शक्ति प्रदान करने के लिए, संधारित्र का उपयोग गुंजयमान मूल्यों से कम आवृत्तियों पर करना बुद्धिमानी है।
- रेटेड वोल्टेज यूएन है। एलिमेंट ब्रेकडाउन को रोकने के लिए, ऑपरेटिंग वोल्टेज रेटेड वोल्टेज से कम सेट किया गया है। यह संधारित्र के मामले पर इंगित किया गया है।
- ध्रुवीयता। यदि गलत तरीके से जुड़ा है, तो एक ब्रेकडाउन और विफलता होगी।
- विद्युत अलगाव प्रतिरोध - आरडी। डिवाइस के लीकेज करंट को निर्धारित करता है। उपकरणों में पुर्जे एक दूसरे के करीब स्थित होते हैं। यदि लीकेज करंट अधिक है, तो सर्किट में परजीवी युग्मन संभव है। इससे खराबी आ जाती है। लीकेज करंट तत्व के कैपेसिटिव गुणों को कम करता है।
- तापमान गुणांक - टीकेई। मान यह निर्धारित करता है कि माध्यम के तापमान में उतार-चढ़ाव होने पर किसी उपकरण की धारिता कैसे बदलती है। कठोर वातावरण में उपयोग के लिए उपकरणों को डिजाइन करते समय पैरामीटर का उपयोग किया जाता है।
- परजीवी पीजो प्रभाव। कुछ प्रकार के कैपेसिटर उपकरणों में शोर पैदा करते हैं जब वे विकृत होते हैं।
संधारित्र प्रकार और प्रकार
कैपेसिटिव तत्वों को डिजाइन में प्रयुक्त ढांकता हुआ के प्रकार के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है।
कागज और धातु संधारित्र
तत्वों का उपयोग डीसी या कमजोर स्पंदनशील वोल्टेज वाले सर्किट में किया जाता है। डिजाइन की सादगी से 10-25% कम प्रदर्शन स्थिरता और नुकसान में वृद्धि होती है।
पेपर कैपेसिटर में, एल्युमिनियम फॉयल कवर को पेपर द्वारा अलग किया जाता है। विधानसभाओं को घुमाया जाता है और एक बेलनाकार या आयताकार समानांतर चतुर्भुज मामले में रखा जाता है।
डिवाइस -60 ... +125 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर काम करते हैं, 1600V तक के लो-वोल्टेज उपकरणों के रेटेड वोल्टेज के साथ, उच्च-वोल्टेज वाले - 1600V से ऊपर और दसियों μF तक की क्षमता के साथ।
धातु-कागज के उपकरणों में, पन्नी के बजाय, ढांकता हुआ कागज पर धातु की एक पतली परत लगाई जाती है। यह छोटे तत्वों को बनाने में मदद करता है। यदि नगण्य ब्रेकडाउन होते हैं, तो ढांकता हुआ स्वयं-मरम्मत कर सकता है। इन्सुलेशन प्रतिरोध के मामले में मेटल-पेपर सेल पेपर सेल से नीच हैं।
इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर
उत्पादों का डिज़ाइन पेपर कैपेसिटर जैसा दिखता है। लेकिन इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं के निर्माण में, कागज को धातु के आक्साइड के साथ लगाया जाता है।
पेपरलेस इलेक्ट्रोलाइट उत्पादों में, ऑक्साइड को धातु इलेक्ट्रोड पर लगाया जाता है। धातु के आक्साइड में एकतरफा चालकता होती है, जो डिवाइस को ध्रुवीय बनाती है।
इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं के कुछ मॉडलों में, कवर खांचे से बने होते हैं जो इलेक्ट्रोड के सतह क्षेत्र को बढ़ाते हैं। इलेक्ट्रोलाइट डालने से प्लेटों के बीच की जगह में अंतराल समाप्त हो जाता है। यह उत्पाद के कैपेसिटिव गुणों में सुधार करता है।
इलेक्ट्रोलाइटिक उपकरणों की बड़ी समाई - सैकड़ों μF, वोल्टेज तरंगों को सुचारू करने के लिए फिल्टर में उपयोग किया जाता है।
एल्यूमीनियम इलेक्ट्रोलाइटिक।
इस प्रकार के उपकरण में एनोडिक लाइनिंग एल्युमिनियम फॉयल से बनी होती है। सतह एक धातु ऑक्साइड ढांकता हुआ के साथ लेपित है। कैथोड पैड एक ठोस या तरल इलेक्ट्रोलाइट है, जिसे चुना जाता है ताकि ऑपरेशन के दौरान फ़ॉइल पर ऑक्साइड परत पुन: उत्पन्न हो जाए।ढांकता हुआ की स्व-मरम्मत तत्व के संचालन समय को बढ़ाती है।
इस डिजाइन के कैपेसिटर की आवश्यकता है कि ध्रुवीयता देखी जाए। ध्रुवीयता को उलटने से मामला फट जाएगा।
काउंटर-अनुक्रमिक ध्रुवीय असेंबलियों वाले उपकरणों का उपयोग 2 दिशाओं में किया जाता है। एल्यूमीनियम इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं की क्षमता कई हजार μF तक पहुंच जाती है।
टैंटलम इलेक्ट्रोलाइटिक
ऐसे उपकरणों का एनोड इलेक्ट्रोड एक झरझरा संरचना से बना होता है, जिसे 2000 डिग्री सेल्सियस तक टैंटलम पाउडर को गर्म करके प्राप्त किया जाता है। सामग्री में स्पंज की उपस्थिति होती है। सरंध्रता सतह क्षेत्र को बढ़ाती है।
इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण के माध्यम से, एनोड पर 100 नैनोमीटर मोटी तक टैंटलम पेंटोक्साइड की एक परत जमा होती है। ठोस ढांकता हुआ मैंगनीज डाइऑक्साइड से बना है। तैयार निर्माण को एक यौगिक, एक विशेष राल में दबाया जाता है।
टैंटलम उत्पादों का उपयोग 100 kHz से ऊपर की वर्तमान आवृत्तियों पर किया जाता है। कैपेसिटेंस सैकड़ों μF तक बनाया जाता है, जिसमें ऑपरेटिंग वोल्टेज 75 V तक होता है।
पॉलीमर
कैपेसिटर एक ठोस बहुलक इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करते हैं, जो कई फायदे प्रदान करता है:
- सेवा जीवन 50 हजार घंटे तक बढ़ा दिया गया है;
- गर्म होने पर मापदंडों को बनाए रखा जाता है;
- वर्तमान लहर की व्यापक रेंज;
- पिन और टर्मिनलों का प्रतिरोध क्षमता को अलग नहीं करता है।
पतली परत
इन मॉडलों में ढांकता हुआ टेफ्लॉन, पॉलिएस्टर, फ्लोरोप्लास्टिक या पॉलीप्रोपाइलीन फिल्म है।
कवर फिल्म पर पन्नी या धातु स्पटरिंग हैं। डिज़ाइन का उपयोग बढ़े हुए सतह क्षेत्र के साथ बहुपरत असेंबलियों को बनाने के लिए किया जाता है।
फिल्म कैपेसिटर में लघु आकार में सैकड़ों μF की क्षमता होती है। परतों और संपर्क लीड के स्थान के आधार पर, उत्पादों के अक्षीय या रेडियल आकार बनाए जाते हैं।
कुछ मॉडलों में 2 केवी या उससे अधिक का रेटेड वोल्टेज होता है।
ध्रुवीय और गैर-ध्रुवीय में क्या अंतर है
गैर-ध्रुवीय कैपेसिटर को वर्तमान की दिशा की परवाह किए बिना सर्किट में शामिल करने की अनुमति देता है।तत्वों का उपयोग वैकल्पिक बिजली आपूर्ति, उच्च आवृत्ति के एम्पलीफायरों के फिल्टर में किया जाता है।
ध्रुवीय उत्पाद अंकन के अनुसार जुड़े हुए हैं। विपरीत दिशा में कनेक्ट होने पर, डिवाइस विफल हो जाएगा या ठीक से काम नहीं करेगा।
उच्च और निम्न क्षमता के ध्रुवीय और गैर-ध्रुवीय कैपेसिटर ढांकता हुआ डिजाइन में भिन्न होते हैं। इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर में, यदि ऑक्साइड को 1 इलेक्ट्रोड या कागज, फिल्म के 1 तरफ लगाया जाता है, तो तत्व ध्रुवीय होगा।
गैर-ध्रुवीय इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर के मॉडल जिसमें धातु ऑक्साइड को ढांकता हुआ की दोनों सतहों पर सममित रूप से लागू किया जाता है, को प्रत्यावर्ती धारा वाले सर्किट में शामिल किया जाता है।
ध्रुवीय कैपेसिटर को मामले पर सकारात्मक या नकारात्मक इलेक्ट्रोड के रूप में चिह्नित किया जाता है।
संधारित्र की धारिता किस पर निर्भर करती है
सर्किट में कैपेसिटर का मुख्य कार्य और भूमिका चार्ज जमा करना है और एक अतिरिक्त भूमिका रिसाव को रोकने के लिए है।
संधारित्र की धारिता माध्यम के ढांकता हुआ स्थिरांक और प्लेटों के क्षेत्रफल के समानुपाती होती है, और इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी के व्युत्क्रमानुपाती होती है। दो विरोधाभास उत्पन्न होते हैं:
- कैपेसिटेंस बढ़ाने के लिए, इलेक्ट्रोड को जितना संभव हो उतना मोटा, चौड़ा और लंबा होना चाहिए। वहीं, डिवाइस के साइज को बढ़ाया नहीं जा सकता है।
- आवेशों को धारण करने और आवश्यक आकर्षण बल प्रदान करने के लिए, प्लेटों के बीच की दूरी न्यूनतम होती है। उसी समय, ब्रेकडाउन करंट को कम नहीं किया जा सकता है।
विरोधाभासों को हल करने के लिए, डेवलपर्स उपयोग करते हैं:
- ढांकता हुआ-इलेक्ट्रोड जोड़ी की बहु-परत संरचनाएं;
- झरझरा एनोड संरचनाएं;
- ऑक्साइड और इलेक्ट्रोलाइट्स द्वारा कागज का प्रतिस्थापन;
- तत्वों का समानांतर समावेश;
- बढ़ी हुई ढांकता हुआ पारगम्यता वाले पदार्थों के साथ मुक्त स्थान भरना।
संधारित्र का आकार घट रहा है और प्रत्येक नए आविष्कार के साथ विशेषताएँ बेहतर होती जा रही हैं।
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