1. कैपेसिटर
कैपेसिटर के बारे में बहुत सारी गलत धारणाएं हैं, इसलिए मैं संक्षेप में स्पष्ट करना चाहता था कि कैपेसिटेंस क्या है और कैपेसिटर क्या करते हैं।
क्षमता के अंतर के लिए दो अलग-अलग बिंदुओं के बीच उत्पन्न विद्युत क्षेत्र में कितनी ऊर्जा संग्रहित होगी, इसका आकलन यही कारण है कि समाई को अक्सर अधिष्ठापन का 'दोहरी' कहा जाता है। प्रेरण यह है कि किसी दिए गए वर्तमान प्रवाह को चुंबकीय क्षेत्र में कितनी ऊर्जा संग्रहित होगी, और समाई समान है, लेकिन विद्युत क्षेत्र में संग्रहीत ऊर्जा के लिए (एक संभावित अंतर के बजाय, वर्तमान)।
कैपेसिटर इलेक्ट्रिक चार्ज को स्टोर नहीं करते हैं, जो पहली बड़ी गलत धारणा है। वे ऊर्जा का भंडारण करते हैं। प्रत्येक चार्ज वाहक के लिए आप एक प्लेट पर बल देते हैं, विपरीत प्लेट के पत्तों पर एक चार्ज वाहक। शुद्ध शुल्क एक समान रहता है (जो कि किसी भी संभव छोटे असंतुलित 'स्थैतिक' चार्ज की उपेक्षा करता है जो कि विषम बाहरी प्लेटों पर निर्मित हो सकता है)।
कैपेसिटर ढांकता हुआ में ऊर्जा संचय करते हैं, प्रवाहकीय प्लेटों में नहीं। केवल दो चीजें एक संधारित्र की प्रभावशीलता निर्धारित करती हैं: इसके भौतिक आयाम (प्लेट क्षेत्र और उन्हें अलग करने वाली दूरी), और प्लेटों के बीच इन्सुलेट का ढांकता हुआ निरंतर। अधिक क्षेत्र का मतलब एक बड़ा क्षेत्र है, करीब की प्लेटों का मतलब एक मजबूत क्षेत्र है (चूंकि क्षेत्र की ताकत वोल्ट में प्रति मीटर मापी जाती है, इसलिए बहुत कम दूरी पर क्षमता का समान अंतर एक मजबूत विद्युत क्षेत्र पैदा करता है)।
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प्लेट क्षेत्र, ढांकता हुआ, और प्लेट जुदाई। यह वास्तव में सभी वहाँ कैपेसिटर है। तो वे इतने जटिल और विविध क्यों हैं?
वे नहीं कर रहे हैं कैपेसिटेंस के हजारों से अधिक पीएफ वाले लोगों को छोड़कर। यदि आप इस तरह की आकर्षक मात्रा चाहते हैं, जैसा कि हम ज्यादातर आज के लिए लेते हैं, तो ऐसी मात्रा में लाखों पिकोफर्ड्स (माइक्रोफ़ारड्स), और यहां तक कि परिमाण के परे भी, हम भौतिकी की दया पर हैं।
किसी भी अच्छे इंजीनियर की तरह, प्रकृति के नियमों द्वारा लागू की गई सीमाओं के विपरीत, हम वैसे भी उन सीमाओं के आसपास धोखा देते हैं और प्राप्त करते हैं। इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर और उच्च कैपेसिटेंस (0.1 toF से 100 +F +) सिरेमिक कैपेसिटर हमारे द्वारा उपयोग किए जाने वाले गंदे चाल हैं।
2. इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर
अल्युमीनियम
पहला और सबसे महत्वपूर्ण अंतर (जिसके लिए उनका नाम लिया गया है) यह है कि इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर एक इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करते हैं। इलेक्ट्रोलाइट दूसरी प्लेट के रूप में कार्य करता है। तरल होने के नाते, इसका मतलब है कि यह सीधे ढांकता हुआ के खिलाफ हो सकता है, यहां तक कि एक भी जो असमान रूप से आकार का है। एल्यूमीनियम इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर में, यह एल्यूमीनियम के सतह ऑक्सीकरण (कठिन सामान, कभी-कभी जानबूझकर झरझरा और डाई रंग के लिए संसेचित एल्यूमीनियम पर) का लाभ उठाने में सक्षम बनाता है, एनोडाइज्ड एल्यूमीनियम पर जो ढांकता हुआ के रूप में उपयोग करने के लिए एक नीलमणि कोटिंग का उपयोग करता है। हालांकि इलेक्ट्रोलाइटिक 'प्लेट' के बिना, सतह की असमानता एक कठोर धातु की प्लेट को पहले स्थान पर एल्यूमीनियम ऑक्साइड का उपयोग करने से कुछ भी हासिल करने के लिए पर्याप्त रूप से बंद करने से रोकती है।
इससे भी बेहतर, एक तरल का उपयोग करके, एल्यूमीनियम पन्नी की सतह को खुरदरा किया जा सकता है, जिससे प्रभावी सतह क्षेत्र में बड़ी वृद्धि होती है। तब तक यह anodized है जब तक कि इसकी सतह पर एल्यूमीनियम ऑक्साइड की पर्याप्त मोटी परत नहीं बनती। एक खुरदरी सतह जिसकी सभी सीधे दूसरे 'प्लेट' से सटे होंगे - हमारा तरल इलेक्ट्रोलाइट।
हालाँकि, समस्याएं हैं। सबसे परिचित एक ध्रुवीयता है। एल्यूमीनियम का एनोडाइजेशन, यदि आप एनोड शब्द की समानता से नहीं बता सकते, एक ध्रुवीयता-निर्भर प्रक्रिया है। संधारित्र को हमेशा ध्रुवीयता में उपयोग किया जाना चाहिए जो एल्यूमीनियम को एनोडाइज़ करता है। विपरीत ध्रुवता इलेक्ट्रोलाइट को सतह ऑक्साइड को नष्ट करने की अनुमति देगा, जो आपको एक छोटा संधारित्र के साथ छोड़ देता है। कुछ इलेक्ट्रोलाइट्स इस परत को धीरे-धीरे वैसे भी खा जाएंगे, इसलिए कई एल्यूमीनियम इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर का शेल्फ-लाइफ होता है। वे उपयोग करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, और उस उपयोग को सतह ऑक्साइड को बनाए रखने और यहां तक कि बहाल करने के लाभकारी दुष्प्रभाव हैं। हालांकि, लंबे समय तक पर्याप्त उपयोग के साथ, ऑक्साइड पूरी तरह से नष्ट हो सकता है। यदि आपको अनिश्चित स्थिति के पुराने धूल भरे संधारित्र का उपयोग करना चाहिए, तो एक निरंतर वर्तमान बिजली आपूर्ति से बहुत कम वर्तमान (सैकड़ों currentA से mA) को लागू करके उन्हें 'सुधार' करना सबसे अच्छा है, और वोल्टेज को धीरे-धीरे बढ़ने दें रेटेड वोल्टेज।
दूसरी समस्या यह है कि इलेक्ट्रोलाइट्स, रसायन विज्ञान के कारण, एक विलायक में घुलनशील कुछ आयन हैं। गैर-बहुलक एल्यूमीनियम वाले पानी का उपयोग करते हैं (कुछ अन्य 'गुप्त सॉस' सामग्री इसमें जोड़े जाते हैं)। जब करंट प्रवाहित होता है तो पानी क्या करता है? यह इलेक्ट्रोलाइट्स! यदि आप ऑक्सीजन और हाइड्रोजन गैस चाहते हैं तो बहुत अच्छा है, अगर आप नहीं। बैटरियों में, नियंत्रित रिचार्जिंग इस गैस को पुन: अवशोषित कर सकती है, लेकिन कैपेसिटर में इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया नहीं होती है जो उलट हो जाती है। वे बस इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग कर रहे हैं एक प्रवाहकीय चीज के रूप में। तो कोई बात नहीं, वे हाइड्रोजन गैस के मिनट मात्रा में उत्पन्न करते हैं (ऑक्सीजन का उपयोग एल्यूमीनियम ऑक्साइड परत को बनाने के लिए किया जाता है), और बहुत छोटा होने पर, यह हमें इन कैपेसिटर को सीमांकित करने से रोकता है। इसलिए वे सूख जाते हैं।
अधिकतम तापमान पर मानक उपयोगी जीवन 2,000 घंटे है। वह बहुत लंबा नहीं है। लगभग 83 दिन। यह केवल उच्च तापमान के कारण होता है जिससे पानी अधिक तेजी से वाष्पित हो जाता है। यदि आप चाहते हैं कि किसी भी दीर्घायु के लिए कुछ भी हो, तो उन्हें जितना संभव हो उतना ठंडा रखना महत्वपूर्ण है, और उच्चतम धीरज मॉडल प्राप्त करें (मैंने लोगों को 15,000 घंटे तक देखा है)। जैसा कि इलेक्ट्रोलाइट सूख जाता है, यह कम प्रवाहकीय हो जाता है, जिससे ईएसआर बढ़ जाता है, जो बदले में गर्मी बढ़ाता है, जो समस्या को कम करता है।
टैंटलम
टैंटलम कैपेसिटर इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर की दूसरी किस्म हैं। ये मैंगनीज डाइऑक्साइड को अपने इलेक्ट्रोलाइट के रूप में उपयोग करते हैं, जो अपने तैयार रूप में ठोस है। उत्पादन के दौरान, मैंगनीज डाइऑक्साइड को एक एसिड में भंग कर दिया जाता है, फिर टैंटलम पाउडर की सतह पर इलेक्ट्रोकेमिकली (इलेक्ट्रोप्लेटिंग के समान) जमा किया जाता है जो तब पापी होता है। 'जादू' भाग का सटीक विवरण जहां वे टैंटलम पाउडर के सभी छोटे टुकड़ों के बीच एक विद्युत संबंध बनाते हैं और ढांकता हुआ मुझे ज्ञात नहीं है (संपादन या टिप्पणी की सराहना की जाती है!) लेकिन यह कहना पर्याप्त है, टैंटलम कैपेसिटर से बनाया गया है। एक रसायन विज्ञान के कारण टैंटलम जो हमें आसानी से एक पाउडर (उच्च सतह क्षेत्र) से निर्माण करने की अनुमति देता है।
यह उन्हें बहुत अधिक दक्षता देता है, लेकिन एक लागत पर: मुक्त टैंटलम और मैंगनीज डाइऑक्साइड थर्माइट के समान प्रतिक्रिया से गुजर सकता है, जो एल्यूमीनियम और लोहे के ऑक्साइड है। केवल, टैंटलम प्रतिक्रिया में बहुत कम सक्रियण तापमान होता है - जो तापमान आसानी से और जल्दी से प्राप्त होते हैं, उन्हें विपरीत ध्रुवीयता या एक ओवरवॉल्टेज घटना को ढांकता हुआ (टैंटलम पेंटॉक्साइड, एल्यूमीनियम के ऑक्साइड की तरह) के माध्यम से छिद्र करना चाहिए और एक छोटा बनाना चाहिए। यही कारण है कि आप टैंटलम कैपेसिटर वोल्टेज और वर्तमान को 50% या अधिक से व्युत्पन्न देखते हैं। थर्माइट से अनजान लोगों के लिए (जो बहुत गर्म है लेकिन फिर भी टैंटलम और एमएनओ 2 प्रतिक्रिया के प्रति असंतुष्ट नहीं है), एक टन आग और गर्मी है। इसका उपयोग रेल की पटरियों को एक-दूसरे पर वेल्ड करने के लिए किया जाता है, और यह यह कार्य कुछ ही सेकंडों में किया जाता है।
पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर भी हैं, जो प्रवाहकीय बहुलक का उपयोग करते हैं, जो कि इसके मोनोमर रूप में, एक तरल है, लेकिन जब सही उत्प्रेरक के संपर्क में होता है, तो एक ठोस सामग्री में बहुलककृत होगा। यह सुपर गोंद की तरह है, जो एक तरल मोनोमर है जो ठोस पोलीमराइज़ करता है एक बार यह नमी के संपर्क में आ जाता है (या तो इन सतहों पर या इसे हवा से ही लागू किया जाता है)। इस तरह, पॉलिमर कैपेसिटर ज्यादातर एक ठोस इलेक्ट्रोलाइट हो सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप ईएसआर कम हो जाता है, अधिक दीर्घायु और आमतौर पर अधिक मजबूत होता है। उनके पास अभी भी बहुलक मैट्रिक्स में विलायक की कुछ छोटी मात्रा है, और इसे प्रवाहकीय होने की आवश्यकता है। इसलिए वे अभी भी सूख रहे हैं। कोई मुफ्त में दोपहर का भोजन नहीं।
अब, इन प्रकार के कैपेसिटर के वास्तविक विद्युत गुण क्या हैं? हमने पहले ही ध्रुवीयता का उल्लेख किया है, लेकिन दूसरा उनका ईएसआर और ईएसएल है। इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर, एक कॉइल में बहुत लंबे प्लेट घाव के रूप में निर्मित होने के कारण, अपेक्षाकृत उच्च ईएसएल (समतुल्य श्रृंखला प्रेरण) होते हैं। इतने उच्च स्तर पर, कि वे पूरी तरह से 100kHz से अधिक कैपेसिटर के रूप में अप्रभावी हैं, या बहुलक प्रकारों के लिए 150kHz। इस आवृत्ति के ऊपर, वे मूल रूप से डीसी को ब्लॉक करने वाले प्रतिरोधक हैं। वे आपके वोल्टेज तरंग के लिए कुछ भी नहीं करेंगे, और इसके बजाय तरंग को कैपेसिटर के ईएसआर से गुणा वर्तमान के बराबर होगा, जो अक्सर लहर को और भी बदतर बना सकता है । बेशक, इसका मतलब है कि उच्च आवृत्ति शोर या स्पाइक के किसी भी प्रकार सिर्फ एक एल्यूमीनियम इलेक्ट्रोलाइटिक संधारित्र के माध्यम से सही शूट करेगा जैसे कि यह वहां भी नहीं था।
टैंटलम बहुत बुरे नहीं हैं, लेकिन वे अभी भी मध्यम आवृत्तियों के साथ अपनी प्रभावशीलता खो देते हैं (सबसे अच्छे और सबसे छोटे वाले लगभग 1MHz हिट कर सकते हैं, अधिकांश अपनी क्षमता को 300-600kHz के आसपास खो देते हैं)।
सभी में, इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर एक छोटी सी जगह में एक टन ऊर्जा का भंडारण करने के लिए महान हैं, लेकिन 100kHz से कम शोर या लहर से निपटने के लिए वास्तव में उपयोगी हैं। यदि उस गंभीर कमजोरी के लिए नहीं, तो कुछ और उपयोग करने के लिए बहुत कम कारण होगा।
3. सिरेमिक कैपेसिटर
सिरेमिक कैपेसिटर प्लेटों के दोनों ओर धातुकरण के साथ, उनके ढांकता हुआ के रूप में एक सिरेमिक का उपयोग करते हैं। मैं कक्षा 1 (कम समाई) प्रकारों में नहीं जाऊंगा, लेकिन केवल कक्षा II में।
कक्षा II कैपेसिटर फेरोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करके धोखा देते हैं। यह बहुत अधिक फेरोमैग्नेटिज़्म के समान है, केवल विद्युत क्षेत्रों के बजाय। एक फेरोइलेक्ट्रिक सामग्री में एक टन विद्युत द्विध्रुव होता है जो कुछ हद तक या किसी अन्य, बाहरी विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति में उन्मुख हो सकता है। तो एक विद्युत क्षेत्र का अनुप्रयोग द्विध्रुव को संरेखण में खींच लेगा, जिसके लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है, और ऊर्जा की भारी मात्रा को अंततः विद्युत क्षेत्र में संग्रहीत किया जाता है। याद रखें कि कैसे एक वैक्यूम 1 का आधार रेखा था? आधुनिक MLCCs में उपयोग किए जाने वाले फेरोइलेक्ट्रिक सिरेमिक में 7,000 के क्रम पर एक ढांकता हुआ स्थिर होता है।
दुर्भाग्य से, फेरोमैग्नेटिक सामग्रियों की तरह, एक मजबूत और मजबूत क्षेत्र के रूप में मैग्नेटाइज (या हमारे मामले में ध्रुवीकरण) एक सामग्री, यह ध्रुवीकरण करने के लिए अधिक द्विध्रुवीय से बाहर चलना शुरू कर देता है। यह संतृप्त करता है। यह अंततः X5R / X7R / आदि प्रकार के सिरेमिक कैपेसिटर की गंदी संपत्ति में तब्दील हो जाता है: उनकी समाई बायोस वोल्टेज के साथ गिरती है। उनके टर्मिनलों में वोल्टेज जितना अधिक होगा, उनकी प्रभावी समाई कम होगी। संग्रहीत ऊर्जा की मात्रा अभी भी हमेशा वोल्टेज के साथ बढ़ रही है, लेकिन यह लगभग इतना अच्छा नहीं है क्योंकि आप इसकी निष्पक्ष क्षमता के आधार पर उम्मीद करेंगे।
सिरेमिक कैपेसिटर की वोल्टेज रेटिंग का इस पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है। वास्तव में, ज्यादातर चीनी मिट्टी की चीज़ें कम वोल्टेज वालों के लिए 75% या 100V ज़्यादा होती हैं। वास्तव में, कई सिरेमिक कैपेसिटर मुझे संदेह है कि वे एक ही भाग हैं, लेकिन विभिन्न भाग संख्याओं के साथ, एक ही 4.7µF संधारित्र को 35V और 50V संधारित्र के रूप में अलग-अलग लेबल के तहत बेचा जा रहा है। कुछ MLCCs की कैपेसिटेंस बनाम पूर्वाग्रह वोल्टेज का ग्राफ एक समान होता है, निम्न वोल्टेज को बचाने के लिए इसके ग्राफ को उसके रेटेड वोल्टेज पर काट दिया जाता है। संदिग्ध, निश्चित रूप से, लेकिन मैं गलत हो सकता है।
वैसे भी, उच्च रेटेड चीनी मिट्टी की चीज़ें खरीदने से इस वोल्टेज से संबंधित कैपेसिटेंस फ़ॉलऑफ़ का मुकाबला करने के लिए कुछ भी नहीं होगा, एकमात्र कारक जो अंततः एक भूमिका निभाता है वह ढांकता हुआ की भौतिक मात्रा है। अधिक सामग्री का अर्थ है अधिक द्विध्रुवीय। तो भौतिक रूप से बड़े कैपेसिटर वोल्टेज के तहत उनकी अधिक समाई को बनाए रखेंगे।
यह भी एक तुच्छ प्रभाव नहीं है। एक 1210 10 verF 50V सिरेमिक संधारित्र, एक संधारित्र का एक सत्य जानवर, 50V द्वारा 80% अपनी समाई खो देगा। कुछ थोड़े बेहतर हैं, कुछ थोड़े खराब हैं, लेकिन 80% एक उचित आंकड़ा है। मैंने जो सबसे अच्छा देखा है वह 1210 पैकेज में एक 1210 (इंच) था, जब तक कि 60V हिट न हो जाए, तब तक लगभग 3 ofF कैपेसिटेंस रखें। 10VF 1206 (इंच) आकार का 50V सिरेमिक 50V द्वारा छोड़ा गया 500nF भाग्यशाली होगा।
वर्ग II सिरेमिक भी पीजोइलेक्ट्रिक और पायरोइलेक्ट्रिक हैं, हालांकि यह वास्तव में उन्हें विद्युत रूप से प्रभावित नहीं करता है। वे तरंग के कारण कंपन या गाने के लिए जाने जाते हैं, और माइक्रोफोन के रूप में कार्य कर सकते हैं। ऑडियो सर्किट में कपलिंग कैपेसिटर के रूप में उपयोग करने से बचने के लिए संभवतः सबसे अच्छा है।
अन्यथा, सिरेमिक में किसी भी संधारित्र का ईएसएल और ईएसआर सबसे कम होता है। वे गुच्छा के सबसे 'कैपेसिटर-जैसे' हैं। उनका ईएसएल इतना कम है कि प्राथमिक स्रोत पैकेज पर ही समाप्त समाप्ति की ऊंचाई है हां, एक 0805 सिरेमिक की ऊंचाई ईएसएल के अपने 3 एनएच का मुख्य स्रोत है। वे अभी भी कई मेगाहर्ट्ज में कैपेसिटर की तरह व्यवहार करते हैं, या विशेष आरएफ प्रकारों के लिए भी अधिक है। वे बहुत शोर को भी कम कर सकते हैं, और बहुत तेजी से डिजिटल सर्किट जैसी चीजों को अपवित्र कर सकते हैं, इलेक्ट्रोलाइटिक्स के लिए चीजें बेकार हैं।
निष्कर्ष में, इलेक्ट्रोलाइटिक्स हैं:
- एक छोटे से पैकेज में बहुत अधिक समाई
- हर दूसरे तरीके से भयानक
वे धीमी गति से हैं, वे बाहर पहनते हैं, वे आग पकड़ते हैं, यदि आप उन्हें गलत तरीके से ध्रुवीकृत करते हैं, तो वे एक छोटी स्थिति में बदल जाएंगे। हर मापदंड द्वारा कैपेसिटर को मापा जाता है, कैपेसिटेंस के लिए खुद को बचाने के लिए, इलेक्ट्रोलाइटिक्स बिल्कुल भयानक हैं। आप उनका उपयोग करते हैं क्योंकि आपको कभी नहीं करना है, क्योंकि आप चाहते हैं।
मिट्टी के पात्र हैं:
- अस्थिर और वोल्टेज पूर्वाग्रह के तहत उनके समाई का एक बहुत कुछ खो देते हैं
- कंपन या माइक्रोफोन के रूप में कार्य कर सकते हैं। या नैनोएक्टुएटर्स!
- अन्यथा भयानक हैं।
सिरेमिक कैपेसिटर वे हैं जो आप उपयोग करना चाहते हैं, लेकिन हमेशा सक्षम नहीं होते हैं। वे वास्तव में कैपेसिटर की तरह व्यवहार करते हैं और यहां तक कि उच्च आवृत्तियों पर, लेकिन इलेक्ट्रोलाइटिक की वॉल्यूमेट्रिक दक्षता से मेल नहीं खा सकते हैं, और केवल कक्षा 1 प्रकार (जिसमें बहुत कम मात्रा में समाई है) में एक स्थिर समाई होने वाली है। वे तापमान और वोल्टेज के साथ काफी भिन्न होते हैं। ओह, वे भी दरार कर सकते हैं और यंत्रवत् रूप से मजबूत नहीं हैं।
ओह, एक आखिरी नोट, आप एसी / गैर-ध्रुवीकृत अनुप्रयोगों में ठीक से इलेक्ट्रोलाइटिक्स का उपयोग कर सकते हैं, उनकी सभी अन्य समस्याएं अभी भी निश्चित रूप से खेल में हैं। बस नियमित ध्रुवीकृत इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर की एक जोड़ी को एक ही ध्रुवता टर्मिनलों के साथ एक साथ जोड़ दें, और अब विपरीत ध्रुवीयता एक ब्रांड के नए, गैर-ध्रुवीय इलेक्ट्रोलाइटिक के टर्मिनलों हैं। जब तक उनके कैपेसिटेंस मान काफी अच्छी तरह से मेल खाते हैं और स्थिर राज्य डीसी पूर्वाग्रह की सीमित मात्रा है, कैपेसिटर का उपयोग करने में लगता है।
