ایک سوئچنگ پاور سپلائی کی تعمیر کے عمل میں، فلٹر کیپسیٹر کو کس طرح مناسب طریقے سے منتخب کیا جانا چاہئے؟
فلٹر کیپسیٹر سوئچنگ پاور سپلائی میں بہت اہم کردار ادا کرتا ہے۔ فلٹر کیپیسیٹر کا صحیح طریقے سے انتخاب کیسے کریں، خاص طور پر آؤٹ پٹ فلٹر کیپیسیٹر کا انتخاب ایک ایسا مسئلہ ہے جس کے بارے میں ہر انجینئر اور ٹیکنیشن بہت فکر مند ہے۔ ہم پاور فلٹر سرکٹ پر مختلف capacitors دیکھ سکتے ہیں، 100uF، 10uF، 100nF، 10nF مختلف اہلیت کی قدروں کے ساتھ، تو ان پیرامیٹرز کا تعین کیسے کیا جاتا ہے؟ مجھے یہ مت بتانا کہ میں نے کسی اور کا اسکیمیٹک خاکہ نقل کیا ہے، ہہ، ہہ۔
50Hz پاور فریکوئنسی سرکٹس میں استعمال ہونے والے عام الیکٹرولائٹک کیپسیٹرز کے لیے، پلسیٹنگ وولٹیج فریکوئنسی صرف 100Hz ہے، اور چارجنگ اور ڈسچارج کا وقت ملی سیکنڈز کے حساب سے ہے۔ ایک چھوٹا پلسیشن گتانک حاصل کرنے کے لیے، مطلوبہ اہلیت سینکڑوں ہزار μF جتنی زیادہ ہے۔ لہذا، عام کم تعدد ایلومینیم الیکٹرولائٹک کیپسیٹرز کا مقصد اہلیت کو بڑھانا ہے۔ فوائد اور نقصانات کے اہم پیرامیٹرز۔ تاہم، سوئچنگ پاور سپلائی میں آؤٹ پٹ فلٹر الیکٹرولائٹک کپیسیٹر میں آری ٹوتھ ویو وولٹیج کی فریکوئنسی دسیوں کلو ہرٹز، یا دسیوں میگاہرٹز تک ہوتی ہے۔ اس وقت، گنجائش اہم اشارے نہیں ہے. اعلی تعدد ایلومینیم الیکٹرولائٹک کیپسیٹرز کے معیار کی پیمائش کا معیار "امپیڈنس-"فریکوئنسی" کی خصوصیات ہے، اسے سوئچنگ پاور سپلائی کی آپریٹنگ فریکوئنسی کے اندر کم مساوی رکاوٹ کا ہونا ضروری ہے، اور اس کے ساتھ ساتھ اچھی فلٹرنگ بھی ہوتی ہے۔ سیمی کنڈکٹر ڈیوائس کے کام کرنے پر پیدا ہونے والے ہائی فریکوئنسی اسپائکس پر اثر۔
عام کم فریکوئنسی والے الیکٹرولائٹک کیپسیٹرز تقریباً 10kHz پر انڈکٹیوٹی دکھانا شروع کر دیتے ہیں، جو بجلی کی سپلائی کو سوئچ کرنے کی ضروریات کو پورا نہیں کر سکتے۔ سوئچنگ پاور سپلائی کے لیے وقف ہائی فریکوئنسی ایلومینیم الیکٹرولائٹک کپیسیٹر کے چار ٹرمینلز ہیں۔ مثبت ایلومینیم شیٹ کے دو سرے بالترتیب کیپسیٹر کے مثبت الیکٹروڈ کے طور پر نکالے جاتے ہیں، اور منفی ایلومینیم شیٹ کے دو سرے بھی بالترتیب منفی الیکٹروڈ کے طور پر نکالے جاتے ہیں۔ چار ٹرمینل کیپسیٹر کے ایک مثبت ٹرمینل سے کرنٹ بہتا ہے، کیپسیٹر کے اندر سے گزرتا ہے، اور پھر دوسرے مثبت ٹرمینل سے بوجھ کی طرف بہتا ہے۔ لوڈ سے لوٹنے والا کرنٹ کیپسیٹر کے ایک منفی ٹرمینل سے بھی آتا ہے، اور پھر دوسرے منفی ٹرمینل سے پاور سپلائی کے منفی ٹرمینل کی طرف بہتا ہے۔
چونکہ چار ٹرمینل کیپسیٹر میں اعلی تعدد کی اچھی خصوصیات ہیں، اس لیے یہ وولٹیج کے دھڑکنے والے جزو کو کم کرنے اور سوئچنگ اسپائک شور کو دبانے کے لیے ایک انتہائی سازگار 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 لیڈز متوازی طور پر جڑی ہوتی ہیں تاکہ کپیسیٹیو ری ایکٹنس میں رکاوٹ کے جزو کو کم کیا جا سکے۔ اور لیڈ آؤٹ ٹرمینلز کے طور پر کم مزاحمتی مواد کا استعمال کیپسیٹر کی بڑی کرنٹوں کو برداشت کرنے کی صلاحیت کو بہتر بناتا ہے۔
ڈیجیٹل سرکٹس کو مستحکم اور قابل اعتماد طریقے سے چلانے کے لیے، بجلی کی فراہمی "صاف" ہونی چاہیے، اور توانائی کی بھرپائی بروقت ہونی چاہیے، یعنی فلٹرنگ اور ڈیکپلنگ اچھی ہونی چاہیے۔ فلٹرنگ اور ڈیکپلنگ کیا ہے، سیدھے الفاظ میں، یہ توانائی کو ذخیرہ کرنا ہے جب چپ کو کرنٹ کی ضرورت نہ ہو، اور جب آپ کو کرنٹ کی ضرورت ہو میں وقت پر توانائی کو بھر سکتا ہوں۔ مجھے یہ مت بتائیں کہ یہ ذمہ داری ڈی سی ڈی سی اور ایل ڈی او کی نہیں ہے؟ جی ہاں، کم تعدد پر وہ اسے سنبھال سکتے ہیں، لیکن تیز رفتار ڈیجیٹل سسٹم مختلف ہیں۔
آئیے پہلے کیپسیٹر پر ایک نظر ڈالتے ہیں۔ 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 پن پر ڈیکپلنگ وغیرہ کے لیے رکھا جانا چاہیے۔ میں کیوں دیکھتا ہوں کہ کپیسیٹر کچھ بورڈ چپس کے پاور پن کے آگے 0.1uF یا 0.01uF ہے جی ہاں، کیا بات ہے؟ اس سچائی کو سمجھنے کے لیے، ہمیں capacitors کی اصل خصوصیات کو سمجھنا چاہیے۔ ایک مثالی کپیسیٹر صرف چارج کا ذخیرہ ہے، یعنی C۔ تاہم، اصل تیار کردہ کپیسیٹر اتنا آسان نہیں ہے۔ پاور سپلائی کی سالمیت کا تجزیہ کرتے وقت، عام طور پر استعمال ہونے والا کپیسیٹر ماڈل نیچے دی گئی تصویر میں دکھایا گیا ہے۔
تصویر میں، 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 کا capacitive reactance Zc=1/ωC، inductor کا inductive reactance Zl=ωL، (ω=2πf)، اور اصل کیپسیٹر کی پیچیدہ رکاوٹ کیا Z=ESR جمع jωL-1/jωC=ESR جمع j2πf L-1/j2πf c۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ جب فریکوئنسی بہت کم ہوتی ہے، تو اہلیت ایک کردار ادا کرتی ہے، اور جب فریکوئنسی ایک خاص سطح تک زیادہ ہوتی ہے، تو انڈکٹنس کے کردار کو نظر انداز نہیں کیا جا سکتا، اور جب فریکوئنسی زیادہ ہوتی ہے، تو انڈکٹنس ایک کردار ادا کرے گا۔ اہم کردار. کیپسیٹر اپنا فلٹرنگ اثر کھو دیتا ہے۔ تو یاد رکھیں، جب فریکوئنسی زیادہ ہوتی ہے، تو کپیسیٹر صرف ایک کپیسیٹر نہیں ہوتا۔
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، اور پیکیج جتنا چھوٹا ہوتا ہے، ESL اتنا ہی چھوٹا ہوتا ہے۔
اوپر کیپیسیٹر کے فلٹر وکر سے، ہم یہ بھی دیکھ سکتے ہیں کہ یہ فلیٹ نہیں ہے، یہ ایک 'V' کی طرح ہے، یعنی اس میں فریکوئنسی کے انتخابی خصوصیات ہیں، اور ہم امید کرتے ہیں کہ یہ ممکن حد تک فلیٹ ہے ( پری اسٹیج بورڈ لیول فلٹرنگ)، اور بعض اوقات آپ چاہتے ہیں کہ یہ زیادہ سے زیادہ تیز ہو (فلٹرنگ یا نوچنگ)۔ جو چیز اس خصوصیت کو متاثر کرتی ہے وہ ہے کیپسیٹر کا کوالٹی فیکٹر Q، Q=1/ωCESR، ESR جتنا بڑا، Q اتنا ہی چھوٹا، اور کریو اتنا ہی چاپلوسی۔ اس کے برعکس، ESR جتنا چھوٹا، Q اتنا ہی بڑا، اور کریو اتنا ہی تیز۔ عام طور پر، ٹینٹلم کیپسیٹرز اور ایلومینیم الیکٹرولائٹکس میں نسبتاً چھوٹا ESL ہوتا ہے، لیکن ESR بڑا ہوتا ہے، اس لیے ٹینٹلم کیپسیٹرز اور ایلومینیم الیکٹرولائٹکس میں ایک وسیع موثر فریکوئنسی رینج ہوتی ہے، جو کہ فرنٹ اینڈ بورڈ لیول فلٹر کے لیے بہت موزوں ہے۔ کہنے کا مطلب یہ ہے کہ ڈی سی ڈی سی یا ایل ڈی او کے ان پٹ اسٹیج پر فلٹرنگ کے لیے ایک بڑی صلاحیت والا ٹینٹلم کپیسیٹر استعمال کیا جاتا ہے۔ اور کچھ 10uF اور 0.1uF کپیسیٹرز کو چپ کے قریب ڈیکپلنگ کے لیے رکھیں، سیرامک کیپسیٹرز کا ESR بہت کم ہوتا ہے۔
