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तय संधारित्र सर्किट में धातु की दो प्लेटों के बीच सिरेमिक या प्लास्टिक जैसी कोई चीज़ के साथ विद्युत आवेश को संग्रहीत करने वाले छोटे उपकरण होते हैं। ये प्रतिरोधकों से अलग तरीके से काम करते हैं जो बस बिजली को खपा लेते हैं। संधारित्र वास्तव में आवेश को कुछ समय तक बनाए रखते हैं, जिसके कारण ये बिजली की आपूर्ति को सुचारु बनाने, समय विलंब निर्धारित करने और आवश्यकता पड़ने पर अस्थायी बैटरी के रूप में काम करने जैसी चीज़ों में बहुत महत्वपूर्ण होते हैं। एक बार बनने के बाद, इन संधारित्रों की एक विशिष्ट धारिता होती है जो अधिक दबाव डाले बिना ज्यादा बदलती नहीं है। 2023 के हालिया बाज़ार आंकड़ों को देखते हुए, रोज़मर्रा के उपकरणों में पाए जाने वाले सभी भंडारण घटकों में से लगभग दो-तिहाई निश्चित संधारित्र होते हैं। निर्माता इन्हें पसंद करते हैं क्योंकि ये अधिकांश समय बिना किसी परेशानी के अपना काम करते रहते हैं।
निश्चित संधारित्रों की धारिता का मान निश्चित होता है जिसे बदला नहीं जा सकता, जिससे वे परिपथ की स्थिरता सबसे महत्वपूर्ण होने पर उत्कृष्ट विकल्प बन जाते हैं। वे फ़िल्टर, प्रावस्थाओं के बीच सिग्नल को जोड़ने और शक्ति आपूर्ति की स्थिति में अच्छी तरह से काम करते हैं जहाँ स्थिरता महत्वपूर्ण होती है। दूसरी ओर, परिवर्तनशील संधारित्र इंजीनियरों को धारिता को या तो मैन्युअल रूप से या इलेक्ट्रॉनिक रूप से समायोजित करने की सुविधा देते हैं, जो पुराने स्कूल रेडियो रिसीवर में पाए जाने वाले परिपथों जैसे उन परिपथों में जहाँ सटीक समायोजन की आवश्यकता होती है, बहुत उपयोगी होता है। हालाँकि, निश्चित संधारित्रों के बारे में दिलचस्प बात उनकी सीलबंद डिज़ाइन है। वास्तव में यह भौतिक तनाव और पर्यावरणीय कारकों के प्रति उनकी सहनशीलता को बेहतर बनाने में मदद करता है। सील नमी को रोकती है और कंपन के कारण होने वाली समस्याओं को कम करती है जो अन्यथा समय के साथ संधारित्र के मान में अस्थिरता पैदा कर सकती है।
एक संधारित्र के प्रदर्शन विशेषताओं को निर्णायक रूप से प्रभावित करने वाली परावैद्युत सामग्री के प्रमुख उदाहरण इस प्रकार हैं:
लोग सिरेमिक कैपेसिटर्स का उपयोग करना पसंद करते हैं क्योंकि वे छोटे, सस्ते होते हैं और तापमान में बदलाव होने पर इनमें ज्यादा परिवर्तन नहीं आता। इन छोटे घटकों को मल्टीलेयर सिरेमिक कैपेसिटर्स, या संक्षेप में MLCCs कहा जाता है, जो सिरेमिक सामग्री को धातु इलेक्ट्रोड्स के साथ एक के ऊपर एक लेयर करके काम करते हैं। इस प्रकार स्टैकिंग करने से इन्हें 0.1 पिकोफैरड से लेकर 100 माइक्रोफैरड तक की कैपेसिटेंस वैल्यूज संभालने में सक्षम बनाया गया है। जब विशिष्ट वर्गों की बात आती है, तो NP0 या C0G जैसे क्लास 1 कैपेसिटर्स प्रति डिग्री सेल्सियस के आसपास ±30 प्रति लाख भाग की शानदार स्थिरता प्रदान करते हैं, जिससे वे सटीकता सबसे अधिक महत्वपूर्ण होती है, ऐसी चीजों जैसे प्रेसिजन ऑसिलेटर्स और फ़िल्टर्स के लिए आदर्श विकल्प बन जाते हैं। इसके विपरीत, X7R या X5R जैसे क्लास 2 विकल्प अधिक स्थान दक्षता प्रदान करते हैं, इसलिए इंजीनियर अक्सर डिजिटल सर्किट्स में डिकपलिंग और बायपासिंग से संबंधित कार्यों के लिए इनका चयन करते हैं। एक और बड़ा फायदा उनका अत्यंत कम समकक्ष श्रृंखला प्रतिरोध, या ESR है, जिसका अर्थ है कि वे RF मॉड्यूल और विभिन्न पावर प्रबंधन स्थितियों में उच्च आवृत्ति परिदृश्यों में वास्तव में अच्छी तरह से काम करते हैं। एकीकृत सर्किट आज विभिन्न उद्योगों में।
इलेक्ट्रोलाइटिक संधारित्र छोटे पैकेज में बहुत अधिक धारिता समेटे होते हैं, कभी-कभी 47,000 माइक्रोफैराड तक पहुँच जाते हैं। ये उन कम आवृत्ति वाले बिजली अनुप्रयोगों में उपयोगी होते हैं जहाँ स्थान महत्वपूर्ण होता है। उदाहरण के लिए एल्युमीनियम इलेक्ट्रोलाइटिक संधारित्र एल्युमीनियम पन्नी पर एक ऑक्साइड परत बनाकर और फिर एक तरल इलेक्ट्रोलाइट मिश्रण जोड़कर काम करते हैं। यह व्यवस्था 450 वोल्ट से अधिक वोल्टेज को संभाल सकती है, जिससे वे दुकान में बिजली की आपूर्ति और मोटर ड्राइव जैसी चीजों के लिए पसंदीदा घटक बन जाते हैं। अब जब हम टेंटलम संधारित्रों की बात करते हैं, तो ये संघनित टेंटलम पाउडर के साथ-साथ ठोस इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करते हैं। इससे हमें बेहतर स्थान दक्षता और बहुत कम लीकेज धारा की समस्या मिलती है। वास्तविक बात क्या है? टेंटलम संधारित्र सीरेमिक विकल्पों की तुलना में डीसी/डीसी कनवर्टर में वोल्टेज रिपल को 60 से 80 प्रतिशत तक कम कर देते हैं। लेकिन सावधान रहें! इनको सावधानी से संभालने की आवश्यकता होती है क्योंकि इनकी ध्रुवीयता की सख्त आवश्यकता होती है और यदि हम चाहते हैं कि ये हमारी परियोजनाओं में फूटे बिना लंबे समय तक चलें, तो उचित डी-रेटिंग की आवश्यकता होती है।
फिल्म संधारित्र पॉलिएस्टर, पॉलिप्रोपिलीन या पॉलीकार्बोनेट जैसी सामग्री का उपयोग करते हैं जो बहुत कम लीकेज के साथ वास्तविक परिणाम देते हैं, कभी-कभी माइक्रोएम्प्स में केवल 0.01CV तक। धातुकृत संस्करण डाइलेक्ट्रिक सामग्री में छोटी समस्या होने पर स्वयं की मरम्मत कर सकते हैं, जबकि फॉयल-फिल्म वाले बड़ी धारा चोटियों को संभालने में बेहतर होते हैं। ये घटक समय के साथ अपने विनिर्देशों को लगभग ±1% की सहनशीलता के साथ स्थिर रखते हैं, जो उन्हें एनालॉग सिग्नल प्रोसेसिंग उपकरणों, चिकित्सा उपकरणों और आजकल हर जगह देखे जाने वाले सौर ऊर्जा इन्वर्टर जैसी चीजों के लिए आवश्यक बनाता है। पॉलिप्रोपिलीन प्रकार एसी सर्किट में विशेष रूप से उत्कृष्ट प्रदर्शन करते हैं क्योंकि उनके नुकसान कारक बहुत कम होते हैं, जो 100kHz आवृत्ति पर 0.1% से भी कम रहते हैं। यह प्रदर्शन कई ऑडियो प्रणालियों में सिरेमिक और इलेक्ट्रोलाइटिक विकल्पों से बेहतर है, विशेष रूप से लाउडस्पीकर क्रॉसओवर नेटवर्क में जहां ध्वनि गुणवत्ता सबसे महत्वपूर्ण होती है।
मानक एल्यूमीनियम इलेक्ट्रोलाइटिक मॉडल की तुलना में टैंटलम कंडेन्सर लगभग चार गुना बेहतर वॉल्यूमेट्रिक दक्षता प्रदान करते हैं, और 85 डिग्री सेल्सियस तक तापमान बढ़ने पर भी ठीक काम करेंगे। ये घटक या तो ठोस मैंगनीज डाइऑक्साइड या कैथोड भाग के लिए पॉलिमर का उपयोग करके बनाए जाते हैं, जिसका अर्थ है कि समय के साथ इलेक्ट्रोलाइट सूखने की कोई चिंता नहीं है। 10 से 100 मिलियन ओम के बीच के बहुत कम ईएसआर मान उन्हें संकीर्ण स्थानों में कुशलतापूर्वक शक्ति देने के लिए बहुत अच्छा बनाते हैं जहां हर मिमी मायने रखता है। लेकिन यहाँ एक पकड़ है जिसका उल्लेख करने लायक है। इन संधारित्रों को अप्रत्याशित वोल्टेज स्पाइक्स के संपर्क में आने पर बहुत परेशान हो जाते हैं। आधे से अधिक जाने के लिए वे वास्तव में खतरनाक थर्मल भागने की स्थिति का कारण बन सकता है। यही कारण है कि इंजीनियरों को मुख्य रूप से महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए इन भागों को विशिष्ट करने की प्रवृत्ति होती है जैसे पेसमेकर और उपग्रह प्रणाली, जहां कुछ है जो दशकों तक रहता है, विनिर्माण लागत को कम रखने से अधिक मायने रखता है।
फैराड (आमतौर पर माइक्रोफैराड, µF) में मापी गई धारिता आवेश के भंडारण करने की संधारित्र की क्षमता को दर्शाती है। मानक सहनशीलता ±10% से ±20% तक होती है, लेकिन सटीकता वाले अनुप्रयोगों के लिए अधिक कड़े नियंत्रण (±5%) की आवश्यकता होती है। यह सटीकता समय सर्किट, फ़िल्टर और संचार प्रणालियों में महत्वपूर्ण है जहाँ विचलन सिग्नल अखंडता और प्रणाली समकालिकता को प्रभावित करते हैं।
वोल्टेज रेटिंग हमें बताती है कि एक संधारित्र विफल हुए बिना डीसी वोल्टेज के कितने उच्चतम स्तर को संभाल सकता है। परिपथों के लिए भागों के चयन के समय अधिकांश इंजीनियर एक 50% सुरक्षा मार्जिन का पालन करते हैं। उदाहरण के लिए, 25V रेटेड घटक आमतौर पर 12V प्रणाली में उपयोग किया जाता है ताकि वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों में होने वाली आकस्मिक वोल्टेज वृद्धि के खिलाफ कुछ बफर मिल सके। हालाँकि इन सीमाओं से आगे बढ़ जाने पर परावैद्युत विफलता की संभावना काफी अधिक हो जाती है। संधारित्र का जीवन भी उतना लंबा नहीं रहता, कुछ IEEE अध्ययनों के अनुसार 2022 में यह सेवा जीवन लगभग 40% तक कम हो सकता है।
ईएसआर (समतुल्य श्रृंखला प्रतिरोध) मूल रूप से घटकों के आंतरिक नुकसान को संदर्भित करता है जो लहरदार धाराओं के साथ काम करते समय ऊष्मा में बदल जाते हैं। स्विचन पावर सप्लाई और अन्य उच्च आवृत्ति सर्किट डिज़ाइन के साथ काम करते समय यह पैरामीटर वास्तव में महत्वपूर्ण हो जाता है। कम ईएसआर मान वाले संधारित्र, मान लीजिए 100 मिलीओम से कम कोई भी, दक्षता और संचालन के दौरान तापमान वृद्धि के संबंध में बेहतर प्रदर्शन करते हैं। सिरेमिक संधारित्र आमतौर पर अपने ईएसआर रेटिंग में 50 मिलीओम से बहुत कम होते हैं, जबकि एल्यूमीनियम इलेक्ट्रोलाइटिक प्रकार काफी भिन्न हो सकते हैं, जो अक्सर 1 से 5 ओम के बीच होते हैं। संवेदनशील आरएफ सिग्नल या जटिल डिजिटल संचालन वाले सर्किट में, जहां छोटी से छोटी हस्तक्षेप भी आगे चलकर समस्याएं पैदा कर सकती है, ऐसे अंतर विशेष रूप से शोर फ़िल्टरिंग क्षमताओं के लिए बहुत महत्वपूर्ण होते हैं।
X7R या Z5U जैसे संधारित्रों पर हम जो तापमान गुणांक रेटिंग देखते हैं, वे मूल रूप से हमें बताती हैं कि तापमान ऊपर या नीचे जाने पर उनकी धारिता में कितना परिवर्तन होता है। उच्च शुद्धता वाली सामग्री से बने फिल्म संधारित्र भी काफी स्थिर रहते हैं, और तापमान में अत्यधिक परिवर्तन (बहुत ठंडा (-55 डिग्री सेल्सियस) से लेकर अत्यधिक गर्म (लगभग 125C) तक) के बावजूद भी लगभग प्लस या माइनस 1% के भीतर रहते हैं। ऐसी स्थिरता उन्हें चरम परिस्थितियों में अच्छी तरह काम करने योग्य बनाती है। अब लीकेज धारा कुछ बिल्कुल अलग है। अधिकांश समय यह 0.01CV से कम रहती है, जो कई अनुप्रयोगों के लिए बिल्कुल भी बुरा नहीं है, विशेष रूप से बैटरी से चलने वाले उपकरणों के लिए जहां प्रत्येक बिट महत्वपूर्ण होता है। लेकिन जब चीजें गर्म हो जाती हैं तो सावधान रहें! उदाहरण के लिए एल्युमीनियम इलेक्ट्रोलाइटिक संधारित्र लें। जब वे लगभग 85 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाते हैं, तो उनकी लीकेज धारा में 30% तक की वृद्धि हो सकती है। डिजाइनरों को इस बारे में जागरूक होना चाहिए क्योंकि इसका अर्थ है कि ऐसी स्थितियों में अतिरिक्त ऊष्मा प्रबंधन आवश्यक हो जाता है।
एल्युमीनियम इलेक्ट्रोलाइटिक और टेंटलम मॉडल जैसे ध्रुवीकृत निश्चित संधारित्रों के साथ काम करते समय, उचित स्थापना के लिए टर्मिनलों को सही ढंग से जोड़ना बिल्कुल आवश्यक है। अधिकांश इलेक्ट्रोलाइटिक संधारित्रों में एक तरफ नकारात्मक पट्टी होती है जो बताती है कि कनेक्शन कहाँ जाएँ, या बस छोटे लीड होते हैं जो सही स्थान की ओर इशारा करते हैं। टेंटलम संधारित्र इसके विपरीत धनात्मक छोर को स्पष्ट रूप से चिह्नित करके एक अलग दृष्टिकोण अपनाते हैं। इन घटकों को इतना संवेदनशील क्या बनाता है? खैर, वे प्लेटों के बीच इन्सुलेशन के रूप में कार्य करने वाली एक पतली ऑक्साइड परत बनाने वाली इस विशेष इलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रिया पर निर्भर करते हैं। ध्रुवता को उल्टा कर दें और फिर धमाका! सुरक्षा परत तुरंत टूटना शुरू हो जाती है। गलत तरीके से जोड़ देने पर तीव्र गर्मी का निर्माण, खतरनाक गैस का उत्सर्जन और सबसे खराब स्थिति में विस्फोट जैसी गंभीर समस्याएँ हो सकती हैं, विशेष रूप से उन टेंटलम भागों में ऐसा आम है। कोई भी नहीं चाहता कि उसका सर्किट बोर्ड एक छोटे पटाखे की तरह फटे।
अध्रुवीय संधारित्र—जैसे सेरामिक और फिल्म प्रकार—एसी और द्वि-दिशात्मक सिग्नल अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं, जो 2025 के अनुमानित आय के अनुसार ट्रांसमिशन और वितरण संधारित्र बाजार के 57.8% का प्रतिनिधित्व करते हैं। इनकी सममित संरचना एकांतर क्षेत्रों में सुरक्षित संचालन की अनुमति देती है, जिससे वे निम्नलिखित के लिए आदर्श बन जाते हैं:
जब ध्रुवीकृत संधारित्रों को उल्टा बायसिंग प्राप्त होती है, तो वे अपने परावैद्युत पदार्थों के माध्यम से विनाशकारी आयनिक धाराओं को प्रवाहित होने देना शुरू कर देते हैं। ऐसा होने पर एल्युमीनियम इलेक्ट्रोलाइटिक संधारित्र आमतौर पर काफी तीव्र प्रतिक्रिया दर्शाते हैं। वे आमतौर पर पहले फूलने लगते हैं, फिर आवास से इलेक्ट्रोलाइट निकालना शुरू कर देते हैं, और कभी-कभी कुछ ही सेकंड में पूरी तरह विस्फोटित भी हो जाते हैं। टेंटलम संधारित्र अलग होते हैं लेकिन उतने ही समस्याप्रद होते हैं। इनकी विफलता आमतौर पर घटक के अंदर गर्म स्थलों के बनने के कारण लघुपथ दहन के माध्यम से आकस्मिक होती है। उल्टे वोल्टेज के केवल क्षणिक संपर्क से इन भागों पर सुरक्षात्मक ऑक्साइड परत को नुकसान पहुँच सकता है, जिसका अर्थ है कि उद्योग मानक समूहों द्वारा 2023 में किए गए परीक्षण के अनुसार उनकी धारिता स्थायी रूप से लगभग 40% तक घट जाती है। इलेक्ट्रॉनिक्स असेंबली के साथ काम करने वाले किसी भी व्यक्ति के लिए यह पूर्णतः आवश्यक है कि वह कुछ भी सोल्डर करने से पहले सर्किट आरेखों के विरुद्ध संधारित्र ध्रुवता की दोबारा जाँच करें। उत्पादन लाइनों में गुणवत्ता नियंत्रण उपायों के रूप में इन समस्याओं को शुरुआत में ही पकड़ने और बाद में महंगी फील्ड विफलताओं से बचने के लिए निश्चित रूप से स्वचालित ऑप्टिकल निरीक्षण प्रणालियों (AOI) को शामिल करना चाहिए।
उच्च-आवृत्ति एसी रिपल को ग्राउंड पर प्रवाहित करके बिजली की प्रणालियों में शोर के फ़िल्टर के रूप में निश्चित संधारित्र महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, जिससे डीसी आउटपुट स्थिर रहता है। उचित चयनित संधारित्र असुरक्षित सर्किट की तुलना में रिपल वोल्टेज में 92% की कमी लाते हैं, जो मोबाइल चार्जर से लेकर औद्योगिक पावर कनवर्टर्स तक सभी में प्रदर्शन में सुधार करता है।
दिष्टकारी के बाद, डीसी आउटपुट में एसी उतार-चढ़ाव शेष रहते हैं। इलेक्ट्रोलाइटिक संधारित्र इन उतार-चढ़ाव को बफर करते हैं—10,000 µF तक के मान का उपयोग करके—ताकि चक्रों के बीच स्थिर वोल्टेज बना रहे। इससे ऑटोमोटिव इन्फोटेनमेंट और औद्योगिक नियंत्रण में माइक्रोकंट्रोलर रीसेट और डिस्प्ले फ़्लिकरिंग जैसी समस्याओं से बचा जा सके।
फिल्म संधारित्र कैमरा फ्लैश, लेजर ड्राइवर और रडार जैसी आवेग शक्ति प्रणालियों में न्यूनतम हानि के साथ तेजी से निर्वहन करने की क्षमता के कारण पसंद किए जाते हैं। 2024 के ऊर्जा भंडारण बेंचमार्क के अनुसार, 0.01Ω तक के ESR के साथ, वे ऊर्जा स्थानांतरण में 95% से अधिक दक्षता प्राप्त करते हैं।
सटीक सिरेमिक संधारित्र (उदाहरण के लिए, NP0/C0G) समय स्थिरांक को ±1% सटीकता के साथ परिभाषित करने के लिए RC नेटवर्क में प्रतिरोधकों के साथ जोड़े जाते हैं। यह सटीकता सूक्ष्मप्रसंस्करण में विश्वसनीय घड़ी उत्पादन और 5G बेस स्टेशनों में समकालन सुनिश्चित करती है, जहाँ समय संबंधी त्रुटियाँ 100 नैनोसेकंड से कम रहनी चाहिए।
अध्रुवीय फिल्म संधारित्र एम्पलीफायर के चरणों के बीच एसी सिग्नल संप्रेषित करते हैं, जबकि डीसी ऑफसेट को अवरुद्ध करके सिग्नल विश्वसनीयता बनाए रखते हैं। ऑडियो प्रणालियों में, वे समतल आवृत्ति प्रतिक्रिया (20 हर्ट्ज़ – 20 किलोहर्ट्ज़ ±0.5 डीबी) बनाए रखते हैं, जिससे बास विकृति रोकी जाती है। इसी समय, स्थानीय डिकपलिंग संधारित्र आईसी के निकट उच्च-आवृत्ति शोर को दबा देते हैं, जिससे स्वच्छ बिजली आपूर्ति सुनिश्चित होती है।