कैपेसिटर के बारे में विस्तृत बुनियादी बातें

1.परिभाषा

कैपेसिटर एक विद्युत घटक है जिसका उपयोग विद्युत क्षेत्र में ऊर्जा को संग्रहीत करने और जारी करने के लिए किया जाता है। जब इसके टर्मिनलों पर वोल्टेज लगाया जाता है, तो कंडक्टरों (प्लेटों) के बीच एक विद्युत क्षेत्र स्थापित हो जाता है, जो संधारित्र को ऊर्जा संग्रहीत करने की अनुमति देता है।

 

धारिता की इकाई फैराड (F) है। व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, माइक्रोफ़ारड (μF), नैनोफ़ारड (nF), और पिकोफ़राड (pF) जैसी छोटी इकाइयाँ अधिक सामान्यतः उपयोग की जाती हैं।

 

2.कार्य सिद्धांत

एक संधारित्र में दो प्रवाहकीय प्लेटें होती हैं जो ढांकता हुआ नामक एक इन्सुलेट सामग्री द्वारा अलग की जाती हैं। जब प्लेटों पर डीसी वोल्टेज लगाया जाता है, तो इलेक्ट्रॉन एक प्लेट पर जमा हो जाते हैं, जिससे यह नकारात्मक चार्ज हो जाता है, जबकि विपरीत प्लेट से समान संख्या में इलेक्ट्रॉन हटा दिए जाते हैं, जिससे यह सकारात्मक रूप से चार्ज हो जाता है।

 

आवेश का यह पृथक्करण ढांकता हुआ के भीतर एक विद्युत क्षेत्र बनाता है। संधारित्र इस विद्युत क्षेत्र में ऊर्जा संग्रहीत करता है और तब तक चार्ज बनाए रखता है जब तक वोल्टेज लागू होता है और कोई डिस्चार्ज पथ प्रदान नहीं किया जाता है। जब एक प्रवाहकीय पथ पेश किया जाता है, तो संग्रहीत ऊर्जा बाहरी सर्किट के माध्यम से प्रवाहित होने पर मुक्त हो जाती है।

 

3. धारिता

संधारित्र की धारिता C निम्नलिखित कारकों पर निर्भर करती है:

 

प्लेट क्षेत्रA:बड़े प्लेट क्षेत्र के परिणामस्वरूप उच्च धारिता होती है।

 

प्लेट का अंतरd:प्लेटों के बीच कम दूरी से धारिता बढ़ती है।

 

पारगम्यताε:ढांकता हुआ पदार्थ का प्रकार धारिता को प्रभावित करता है; उच्च विद्युतशीलता वाली सामग्री उच्च धारिता उत्पन्न करती है।

 

संबंध इस प्रकार दिया गया है:

 

 

कहाँ:

• Ε ढांकता हुआ पदार्थ की विद्युतशीलता है

 

• A प्लेटों का प्रभावी क्षेत्र है

 

• d प्लेटों के बीच की दूरी है

 

4. धारिता की इकाई

 

धारिता की इकाई फैराड (F) है। चूँकि फैराड एक बहुत बड़ी इकाई है, अधिकांश व्यावहारिक कैपेसिटर को छोटी इकाइयों जैसे कि पिकोफ़ारड्स (pF), नैनोफ़ारड्स (nF), और माइक्रोफ़ारड्स (μF) में रेट किया जाता है।

कैपेसिटेंस इंगित करता है कि एक कैपेसिटर प्रति यूनिट वोल्टेज कितना विद्युत चार्ज स्टोर कर सकता है। इसे रिश्ते द्वारा परिभाषित किया गया है:

कहाँ:

 

• Q संग्रहित आवेश है,

 

• C धारिता है, और

 

• V लागू वोल्टेज है.

 

इस प्रकार, उच्च धारिता का अर्थ है कि समान वोल्टेज पर अधिक चार्ज संग्रहीत किया जा सकता है।

 

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि कैपेसिटेंस स्वयं पूर्ण चार्ज क्षमता का प्रतिनिधित्व नहीं करता है; बल्कि, यह चार्ज और वोल्टेज के बीच संबंध का वर्णन करता है। किसी दिए गए कैपेसिटेंस के लिए, चार्ज की एक निश्चित मात्रा वोल्टेज में आनुपातिक परिवर्तन से मेल खाती है।

 

किसी संधारित्र की वोल्टेज रेटिंग उस अधिकतम वोल्टेज को संदर्भित करती है जिसे वह बिना किसी क्षति के सुरक्षित रूप से झेल सकता है। संग्रहीत चार्ज की मात्रा कैपेसिटेंस और लागू वोल्टेज दोनों के साथ बढ़ती है।

 

सामान्य तौर पर, बड़े कैपेसिटर (उच्च कैपेसिटेंस मान के साथ) का भौतिक आकार बड़ा और लागत अधिक होती है।

 

5. कैपेसिटर का वर्गीकरण

ध्रुवीकृत कैपेसिटर

ध्रुवीकृत कैपेसिटर ने सकारात्मक और नकारात्मक टर्मिनलों को स्पष्ट रूप से परिभाषित किया है। उन्हें सही ध्रुवता से जोड़ा जाना चाहिए; अन्यथा, रिवर्स कनेक्शन ओवरहीटिंग, रिसाव, या यहां तक ​​कि टूटने और विस्फोट का कारण बन सकता है।

 

तरल इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर

तरल इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर एक प्रकार के ध्रुवीकृत कैपेसिटर हैं। वे अपेक्षाकृत उच्च क्षमता प्रदान करते हैं और उच्च वोल्टेज स्तर को संभाल सकते हैं, लेकिन वे आम तौर पर आकार में बड़े होते हैं, सीमित उच्च आवृत्ति प्रदर्शन और मध्यम सेवा जीवन होता है।

 

इन कैपेसिटर का व्यापक रूप से फ़िल्टरिंग और वोल्टेज स्मूथिंग के लिए बिजली आपूर्ति सर्किट में उपयोग किया जाता है।

 

एक सामान्य उदाहरण एल्यूमीनियम इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर है। ऊर्जा भंडारण प्रदान करने और वोल्टेज को स्थिर करने के लिए इसे अक्सर बिजली आपूर्ति के पास स्थापित किया जाता है।

 

ठोस-स्टेट इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर

 

टैंटलम कैपेसिटर एक प्रकार के इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर हैं जो टैंटलम धातु को एनोड और एक ठोस इलेक्ट्रोलाइट के रूप में उपयोग करते हैं। वे ठोस अवस्था इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर की श्रेणी से संबंधित हैं।

 

वे प्रति इकाई आयतन (छोटे आकार) में उच्च समाई, अच्छी स्थिरता, कम रिसाव धारा और विस्तृत तापमान सीमा पर विश्वसनीय प्रदर्शन प्रदान करते हैं।

हालाँकि, कुछ अन्य कैपेसिटर प्रकारों की तुलना में उनकी वोल्टेज रेटिंग आमतौर पर कम होती है और वे ओवरवॉल्टेज और रिवर्स पोलरिटी के प्रति संवेदनशील होते हैं।

 

टैंटलम कैपेसिटर ध्रुवीकृत होते हैं और उन्हें सही ध्रुवता के साथ जोड़ा जाना चाहिए। इनका उपयोग आमतौर पर कम वोल्टेज, कॉम्पैक्ट इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में बिजली आपूर्ति फ़िल्टरिंग, डिकॉउलिंग और ऑडियो अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है।

 

उदाहरण के लिए, टैंटलम कैपेसिटर का व्यापक रूप से मोबाइल फोन में उपयोग किया जाता है और ये आमतौर पर कंप्यूटर में भी पाए जाते हैं।

 

गैर-ध्रुवीकृत कैपेसिटर

 

सिरेमिक कैपेसिटर

सिरेमिक कैपेसिटर (जिसे सिरेमिक डिस्क कैपेसिटर के रूप में भी जाना जाता है) गैर-ध्रुवीकृत घटक हैं, जिसका अर्थ है कि उनके पास कोई सकारात्मक या नकारात्मक टर्मिनल नहीं है और उन्हें किसी भी दिशा में जोड़ा जा सकता है।

 

उन्हें छोटे कैपेसिटेंस मान, उच्च वोल्टेज रेटिंग, कॉम्पैक्ट आकार और उत्कृष्ट उच्च आवृत्ति प्रदर्शन की विशेषता है। इन गुणों के कारण, सिरेमिक कैपेसिटर का व्यापक रूप से इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में डिकॉउलिंग, फ़िल्टरिंग और सिग्नल कपलिंग जैसे अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है।

 

6. आयाम सहनशीलता

 

अन्य इलेक्ट्रॉनिक घटकों की तुलना में कैपेसिटर में आमतौर पर अपेक्षाकृत व्यापक सहनशीलता होती है।

 

सिरेमिक कैपेसिटर के लिए, सामान्य सहिष्णुता ग्रेड में शामिल हैं:

 

±5% (J)– सख्त सहनशीलता

 

±10% (K)- आमतौर पर इस्तेमाल हुआ

 

±20% (M)- व्यापक रूप से इस्तेमाल किया

 

+80% / −20% (Z)– बहुत ढीली सहनशीलता

 

व्यवहार में:

 

पीएफ-स्तर के कैपेसिटरअक्सर ±5% सहनशीलता का उपयोग करें

 

nF-स्तर कैपेसिटरआमतौर पर ±10% सहनशीलता का उपयोग करें

 

μF-स्तर के कैपेसिटरआमतौर पर ±20% सहनशीलता का उपयोग करें

 

इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटरआमतौर पर ±20% या इससे अधिक रेटिंग दी जाती है

 

उच्च परिशुद्धता कैपेसिटर का आमतौर पर कम उपयोग किया जाता है क्योंकि कई कैपेसिटर अनुप्रयोगों जैसे बिजली आपूर्ति फ़िल्टरिंग और वोल्टेज स्मूथिंग को अत्यधिक सटीक कैपेसिटेंस मान की आवश्यकता नहीं होती है। छोटे विचलनों का आमतौर पर सर्किट प्रदर्शन पर न्यूनतम प्रभाव पड़ता है।

 

हालाँकि, आरएफ मिलान और फ़िल्टर नेटवर्क जैसे अनुप्रयोगों में, स्थिर आवृत्ति विशेषताओं को सुनिश्चित करने के लिए कड़ी सहनशीलता (उदाहरण के लिए, ±5%) की आवश्यकता हो सकती है। इन मामलों में भी, अत्यधिक उच्च परिशुद्धता अक्सर अनावश्यक होती है, क्योंकि उचित संचालन बनाए रखने के लिए मानक सहनशीलता पर्याप्त होती है।

 

7.संधारित्र आयाम

 

सिरेमिक और टैंटलम कैपेसिटर के लिए, पैकेज का आकार प्रतिरोधों के लिए उपयोग किए जाने वाले समान मानक का पालन करता है। छोटे सतह माउंट घटक 0201, 0402, 0603, और 0805 जैसे शाही कोड का उपयोग करते हैं, जबकि बड़े पैकेजों को 2520, 3525, आदि जैसे मीट्रिक कोड में भी व्यक्त किया जा सकता है।

 

बेलनाकार इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर के लिए, आयाम आमतौर पर व्यास × ऊंचाई (उदाहरण के लिए, 6 मिमी × 11 मिमी) के रूप में निर्दिष्ट होते हैं।

 

हार्डवेयर डिज़ाइन में, आमतौर पर जब भी संभव हो कैपेसिटर के लिए थोड़ा बड़ा फ़ुटप्रिंट आरक्षित करने की अनुशंसा की जाती है। उदाहरण के लिए, यदि 6 × 11 मिमी पदचिह्न आवंटित किया गया है, तो अधिकतम विशिष्ट विनिर्देश 100 μF, 25 V के आसपास हो सकता है। हालांकि लागत में कमी के लिए एक छोटे संधारित्र को प्रतिस्थापित करना आसान है, समान आकार के भीतर काफी उच्च क्षमता में अपग्रेड करना आमतौर पर संभव नहीं है। उदाहरण के लिए, 470 μF, 25 V कैपेसिटर का निर्माण आमतौर पर 6 × 11 मिमी पैकेज में नहीं किया जा सकता है।

 

यही बात सिरेमिक कैपेसिटर पर भी लागू होती है। उदाहरण के लिए, 0805 पैकेज के साथ, आमतौर पर उपलब्ध अधिकतम विशिष्टता 22 μF, 6.3 V के आसपास है। इस पैकेज आकार में उच्च कैपेसिटेंस या उच्च वोल्टेज रेटिंग वाले कैपेसिटर प्राप्त करना मुश्किल है।