فلٹر کیپسیٹرز بجلی کی فراہمی کو تبدیل کرنے میں بہت اہم کردار ادا کرتے ہیں۔ فلٹر کیپسیٹرز کا صحیح طریقے سے انتخاب کیسے کریں، خاص طور پر آؤٹ پٹ فلٹر کیپسیٹرز کا انتخاب، ایک ایسا مسئلہ ہے جس کے بارے میں ہر انجینئر اور ٹیکنیشن بہت فکر مند ہے۔ ہم پاور فلٹر سرکٹ میں مختلف قسم کے کیپسیٹرز دیکھ سکتے ہیں، 100uF، 10uF، 100nF، 10nF مختلف اہلیت کی اقدار، تو ان پیرامیٹرز کا تعین کیسے کیا جاتا ہے؟ مجھے مت بتانا کہ میں نے کسی اور کی اسکیمیٹک کاپی کی ہے، ہہ۔
50Hz پاور فریکوئنسی سرکٹ میں استعمال ہونے والے عام الیکٹرولائٹک کیپسیٹر میں صرف 100Hz کی پلسیٹنگ وولٹیج فریکوئنسی ہوتی ہے، اور چارجنگ اور ڈسچارج کا وقت ملی سیکنڈز کے حساب سے ہوتا ہے۔ ایک چھوٹا پلسیشن گتانک حاصل کرنے کے لیے، مطلوبہ اہلیت سینکڑوں ہزار μF جتنی زیادہ ہوتی ہے، لہذا عام کم تعدد والے ایلومینیم الیکٹرولائٹک کیپسیٹرز کا مقصد اہلیت کو بڑھانا ہے۔ فوائد اور نقصانات کے اہم پیرامیٹرز۔ سوئچنگ پاور سپلائی میں آؤٹ پٹ فلٹر الیکٹرولائٹک کیپیسیٹر میں آری ٹوتھ ویو وولٹیج کی فریکوئنسی دسیوں kHz یا دسیوں MHz تک ہوتی ہے۔ اس وقت، گنجائش اس کا اہم اشارے نہیں ہے۔ ہائی فریکوئنسی ایلومینیم الیکٹرولائٹک کیپسیٹرز کے معیار کی پیمائش کا معیار "امپیڈنس- فریکوئنسی" خصوصیت ہے، سوئچنگ پاور سپلائی کی آپریٹنگ فریکوئنسی کے اندر کم مساوی مائبادی کی ضرورت ہوتی ہے، اور ساتھ ہی ساتھ ہائی پر فلٹرنگ کا اچھا اثر ہوتا ہے۔ جب سیمی کنڈکٹر ڈیوائس کام کر رہا ہو تو فریکوئنسی اسپائک سگنل پیدا ہوتا ہے۔
عام کم فریکوئنسی والے الیکٹرولائٹک کیپسیٹرز 10kHz کے ارد گرد انڈکٹنس دکھانا شروع کر دیتے ہیں، جو سوئچنگ پاور سپلائی کی ضروریات کو پورا نہیں کر سکتے۔ ہائی فریکوئنسی ایلومینیم الیکٹرولائٹک کیپسیٹرز جو پاور سپلائی کو سوئچ کرنے کے لیے وقف ہیں ان کے چار ٹرمینلز ہیں۔ کرنٹ چار ٹرمینل کیپسیٹر کے ایک مثبت سرے سے بہتا ہے، کیپسیٹر کے اندر سے گزرتا ہے، اور پھر دوسرے مثبت سرے سے بوجھ کی طرف بہتا ہے۔ لوڈ سے واپس آنے والا کرنٹ کیپسیٹر کے ایک منفی سرے سے بھی بہتا ہے، اور پھر دوسرے منفی سرے سے پاور سپلائی کے منفی سرے تک بہتا ہے۔
چونکہ چار ٹرمینل کیپسیٹر میں اعلی تعدد کی اچھی خصوصیات ہیں، اس لیے یہ وولٹیج کے دھڑکتے جزو کو کم کرنے اور سوئچنگ چوٹی کے شور کو دبانے کے لیے ایک انتہائی فائدہ مند ذریعہ فراہم کرتا ہے۔ ہائی فریکوئنسی ایلومینیم الیکٹرولائٹک کیپسیٹرز میں ملٹی کور فارم بھی ہوتا ہے، یعنی ایلومینیم فوائل کو کئی چھوٹے حصوں میں تقسیم کیا جاتا ہے، اور ایک سے زیادہ لیڈ آؤٹ شیٹس متوازی طور پر جڑی ہوتی ہیں تاکہ capacitive reactance میں رکاوٹ کے جزو کو کم کیا جا سکے۔ اور کم مزاحمتی مواد کو لیڈ آؤٹ ٹرمینل کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، جو کیپسیٹر کی بڑی کرنٹوں کو برداشت کرنے کی صلاحیت کو بہتر بناتا ہے۔
ڈیجیٹل سرکٹ کو مستحکم اور قابل اعتماد طریقے سے چلنا چاہیے، بجلی کی فراہمی "صاف" ہونی چاہیے، اور توانائی کی فراہمی بروقت ہونی چاہیے، یعنی فلٹرنگ اور ڈیکپلنگ اچھی ہونی چاہیے۔ فلٹر ڈیکپلنگ کیا ہے، سیدھے الفاظ میں، یہ توانائی کو ذخیرہ کرتا ہے جب چپ کو کرنٹ کی ضرورت نہیں ہوتی ہے، اور جب آپ کو کرنٹ کی ضرورت ہو تو میں وقت پر توانائی کو بھر سکتا ہوں۔ مجھے یہ نہ بتائیں کہ یہ ذمہ داری ڈی سی ڈی سی اور ایل ڈی او کی نہیں؟ جی ہاں، وہ اسے کم تعدد پر سنبھال سکتے ہیں، لیکن تیز رفتار ڈیجیٹل سسٹم مختلف ہیں۔
آئیے پہلے کیپسیٹر پر ایک نظر ڈالیں۔ کیپسیٹر کا کام صرف چارج کو ذخیرہ کرنا ہے۔ ہم سب جانتے ہیں کہ کیپیسیٹر فلٹرنگ کو پاور سپلائی میں شامل کیا جانا چاہیے، اور ایک {{0}}.1uF کپیسیٹر کو ہر چپ کے پاور سپلائی پن پر ڈیکپلنگ وغیرہ کے لیے رکھا جانا چاہیے۔ میں کیوں دیکھ رہا ہوں کہ کچھ بورڈ چپس کے پاور سپلائی پن کے ساتھ والا کپیسیٹر 0.1uF یا 0.01uF ہے ہاں، کیا فرق پڑتا ہے؟ اس کو سمجھنے کے لیے کیپسیٹرز کی اصل خصوصیات کو سمجھنا ضروری ہے۔ ایک مثالی کپیسیٹر صرف چارج کا ذخیرہ ہے، C. تاہم، اصل تیار کیا ہوا کپیسیٹر اتنا آسان نہیں ہے۔ طاقت کی سالمیت کا تجزیہ کرتے وقت، ہم عام طور پر کپیسیٹر ماڈل استعمال کرتے ہیں۔
سوئچنگ پاور سپلائی ڈیزائن میں فلٹر کیپسیٹرز کو صحیح طریقے سے کیسے منتخب کریں؟
ESR کپیسیٹر کی سیریز کے مساوی مزاحمت ہے، ESL کپیسیٹر کی سیریز کے مساوی انڈکٹنس ہے، اور C حقیقی مثالی کپیسیٹر ہے۔ ESR اور ESL کا تعین کیپسیٹر کے مینوفیکچرنگ کے عمل اور مواد سے ہوتا ہے اور اسے ختم نہیں کیا جا سکتا۔ ان دونوں چیزوں کا سرکٹ پر کیا اثر ہوتا ہے؟ ESR بجلی کی فراہمی کی لہر کو متاثر کرتا ہے، اور ESL کیپسیٹر کی فلٹر فریکوئنسی خصوصیات کو متاثر کرتا ہے۔
ہم جانتے ہیں کہ Capacitor Zc=1/ωC کا capacitive reactance، inductive reactance inductor Zl=ωL, (ω=2πf)، اصل کیپسیٹر کی پیچیدہ رکاوٹ ہے Z=ESR جمع jωL-1/jωC=ESR جمع j2πf L-1/j2πf C. یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ جب تعدد بہت کم ہو تو، اہلیت ایک رول، اور جب فریکوئنسی ایک خاص سطح تک پہنچ جاتی ہے، تو انڈکٹینس کے کردار کو نظر انداز نہیں کیا جا سکتا، اور جب فریکوئنسی زیادہ ہوتی ہے، تو انڈکٹنس ایک اہم کردار ادا کرتا ہے۔ Capacitors اپنا فلٹرنگ اثر کھو دیتے ہیں۔ تو یاد رکھیں، capacitors صرف اعلی تعدد پر capacitors نہیں ہیں.
جیسا کہ اوپر ذکر کیا گیا ہے، کپیسیٹر کی مساوی سیریز انڈکٹنس کا تعین کیپسیٹر کے مینوفیکچرنگ کے عمل اور مواد سے کیا جاتا ہے۔ اصل چپ سیرامک کیپسیٹر کا ESL nH کے چند دسویں حصے سے لے کر کئی nH تک ہوتا ہے۔ پیکج جتنا چھوٹا ہوگا، ESL اتنا ہی چھوٹا ہوگا۔
Capacitor کے فلٹر وکر پر، ہم یہ بھی دیکھ سکتے ہیں کہ یہ فلیٹ نہیں ہے، یہ 'V' کی طرح ہے، جس کا مطلب ہے کہ اس میں فریکوئنسی سلیکشن کی خصوصیات ہیں۔ کبھی کبھی آپ چاہتے ہیں کہ یہ ممکن حد تک تیز ہو (فلٹر یا نشان)۔ جو چیز اس خصوصیت کو متاثر کرتی ہے وہ ہے کیپسیٹر کا کوالٹی فیکٹر Q، Q{{0}/ωCESR۔ ESR جتنا بڑا ہو گا، Q اتنا ہی چھوٹا ہو گا، اور کریو کی چاپلوسی ہو گی۔ اس کے برعکس، ESR جتنا چھوٹا، Q اتنا ہی بڑا، اور کریو اتنا ہی تیز۔ عام طور پر، ٹینٹلم کیپسیٹرز اور ایلومینیم الیکٹرولیسس میں نسبتاً چھوٹا ESL اور بڑا ESR ہوتا ہے، اس لیے ٹینٹلم کیپسیٹرز اور ایلومینیم الیکٹرولیسس میں ایک وسیع موثر فریکوئنسی رینج ہوتی ہے، جو پری سٹیج بورڈ سطح کی فلٹرنگ کے لیے بہت موزوں ہے۔ یعنی، DCDC یا LDO کے ان پٹ سٹیج کو اکثر بڑی صلاحیت والے ٹینٹلم کپیسیٹر سے فلٹر کیا جاتا ہے۔ اور کچھ 10uF اور 0.1uF کیپسیٹرز کو ڈیکپلنگ کے لیے چپ کے قریب رکھیں، سیرامک کیپسیٹرز کا ESR بہت کم ہوتا ہے۔
