EN
تیز لینکس
Fixed کنڈیسیٹر وہ چھوٹے پرزے ہیں جو بجلی کو دو دھاتی پلیٹوں کے درمیان ذخیرہ کرتے اور خارج کرتے ہیں، جن کے درمیان کسی قسم کا عایق مادہ ہوتا ہے۔ تھوڑا سا وولٹیج لگائیں اور دیکھیں کیا ہوتا ہے، پلیٹیں متضاد چارجز جمع کرنا شروع کر دیتی ہیں جو درمیان سے گزرنے والے برقی میدان کو تشکیل دیتی ہیں۔ بنیادی طور پر یہی ان کا جادو ہے، وولٹیج کو مستحکم کرنا، سگنلز سے ناپسندیدہ شور کو صاف کرنا، اور مختلف سرکٹس میں ٹائم کنٹرول میں مدد کرنا۔ یہ متغیر اقسام سے اس لیے مختلف ہیں کیونکہ ان کی اقدار مقررہ ہوتی ہیں جو زیادہ تبدیل نہیں ہوتیں۔ جب چیزوں کو قابلِ پیش گوئی رکھنے کی ضرورت ہو، جیسے پاور سپلائی کو صاف رکھنا یا ایمپلی فائر سیٹ اپس میں سگنلز کو مناسب طریقے سے جوڑنا، تو وہ انجینئرز جو دن بھر سرکٹ بورڈز دیکھتے ہیں، عام طور پر فکسڈ کیپیسیٹرز کو ترجیح دیتے ہیں۔
ایک کیپیسیٹر کا برقی چارج روکنے کا اہل ہونا جسے ہم کیپیسیٹنس کہتے ہیں، جس کی پیمائش فیراڈ (F) میں کی جاتی ہے۔ حقیقی اعداد و شمار دیکھتے وقت، زیادہ تعدد والے سرکٹس میں استعمال ہونے والے کیپیسیٹرز عام طور پر پیکو فیراڈ (pF) کے درجے کے ہوتے ہیں، جبکہ توانائی ذخیرہ کرنے کے لیے بنائے گئے کیپیسیٹرز مائیکرو فیراڈ (µF) میں ہزاروں تک پہنچ سکتے ہیں۔ کسی بھی کیپیسیٹر کے لیے ایک اہم عنصر اس کی وولٹیج ریٹنگ ہوتی ہے، جو ہمیں بتاتی ہے کہ وہ اندر کچھ غلط ہونے سے پہلے کتنا زیادہ وولٹیج برداشت کر سکتا ہے۔ اس حد سے آگے بڑھ جانے پر صورتحال تیزی سے خراب ہو جاتی ہے – سوچیں کہ اجزاء کا زیادہ گرم ہونا یا حتیٰ کہ مکمل شارٹ سرکٹ بھی۔ اچھی انجینئرنگ کا مطلب ہے کہ ان معیارات کو مناسب طریقے سے سرکٹ کی اصل ضروریات کے ساتھ ملا نا۔ اگر کیپیسیٹنس کافی بڑی نہیں ہے، تو فلٹرز صحیح طریقے سے کام نہیں کریں گے۔ اور اگر وولٹیج ریٹنگ کم ہو؟ تو عمل کے دوران حفاظت ایک سنگین تشویش بن جاتی ہے۔
ہم کس قسم کی عازل مواد استعمال کرتے ہیں، اس سے ایک خازن کے برقی رویے میں تمام فرق پڑتا ہے۔ مثال کے طور پر سیرامک اقسام جیسے X7R لیں، یہ اپنی کیپیسیٹنس کو منفی 55 درجہ سیلسیس سے لے کر مثبت 125 درجہ تک درجہ حرارت میں تبدیلی کے باوجود بھی مستحکم رکھتی ہیں، اسی وجہ سے انجینئرز انہیں درست وقت کے سرکٹس اور ریڈیو فریکوئنسی اطلاقات جیسی چیزوں کے لیے پسند کرتے ہیں۔ دوسری طرف، الومینیم الیکٹرو لائٹک خازنات پتلا آکسائیڈ لیئرز پر انحصار کرتے ہیں تاکہ چھوٹے پیکجوں میں زیادہ کیپیسیٹنس کو سمونا جا سکے، لیکن اگر کوئی انسٹالیشن کے دوران قطبیت غلط کر دے، تو صرف اتنا کہنا ہے کہ اس کا نتیجہ اچھا نہیں نکلتا۔ پولیمر آپشنز اس لیے نمایاں ہیں کیونکہ ان کی ESR کی قدریں بہت کم ہوتی ہیں، اس لیے وہ زیادہ فریکوئنسی پر زیادہ توانائی ضائع نہیں کرتے۔ اور پھر وہ فلم خازنات ہیں جو پولی پروپیلین جیسی مواد سے بنے ہوتے ہیں جو عملی طور پر ESR کو ختم کر دیتے ہیں، جس کی وجہ سے وہ نازک اینالاگ فلٹرنگ کے کاموں کے لیے بالکل مناسب ہوتے ہیں جہاں ہر چھوٹا سگنل اہم ہوتا ہے۔ عازل کا انتخاب کرتے وقت، انجینئرز کو یہ سوچنا چاہیے کہ حقیقی دنیا کی صورتحال میں کمپونینٹ کو کس قسم کے دباؤ کا سامنا کرنا پڑے گا، چاہے وہ روزانہ سینکڑوں چارج چکروں سے گزرنا ہو یا ایسے ماحول میں بقا کے لیے ہو جہاں درجہ حرارت شدید حد تک پہنچ سکتا ہو۔
سرامک کیپسیٹرز زیادہ تر ہائی فریکوئنسی سرکٹس میں استعمال ہوتے ہیں کیونکہ وہ تقریباً 5 فیصد کے اندر مستحکم رہتے ہیں اور بورڈ پر بہت کم جگہ لیتے ہیں۔ جب سازوسامان X7R یا COG/NP0 قسم کی مواد کے ساتھ استعمال کرتے ہیں، تو یہ اجزاء منفی 55 درجہ سیلسیس سے لے کر 125 درجہ سیلسیس تک کے درجہ حرارت کو برداشت کر سکتے ہیں۔ اس وجہ سے وہ DC سے DC پاور سپلائیز اور ریڈیو فریکوئنسی سرکٹس جیسی چیزوں میں غیر ضروری شور کو صاف کرنے کے لیے بہت مناسب ہوتے ہیں جہاں سگنل کی معیار سب سے اہم ہوتی ہے۔ دستیاب کیپیسیٹنس ویلیوز 1 پیکوفیراد سے لے کر تقریباً 100 مائیکروفاراد تک ہوتی ہیں۔ لیکن یہاں ایک بات قابلِ ذکر ہے۔ زیادہ تر سرامک کیپسیٹرز 50 وولٹ سے زیادہ پر کام نہیں کرتے، جس کا مطلب ہے کہ انجینئرز کو زیادہ طاقت کی ضرورت والے نظاموں کی ڈیزائننگ کرتے وقت دوسری جگہ دیکھنا پڑتا ہے۔
الومینیم الیکٹرو لائیٹک کیپس تقریباً 1 مائیکرو فاراڈ سے لے کر 470 ہزار مائیکرو فاراڈ تک وسیع کیپیسیٹنس کی حد کو برداشت کر سکتے ہیں، اور 500 وولٹ تک وولٹیج کے ساتھ کام کرتے ہیں۔ لیکن ایک شرط یہ ہے کہ چونکہ یہ پولرائزڈ اجزاء ہوتے ہیں، اس لیے ان پر مناسب قطبیت کی علامت درکار ہوتی ہے۔ یہ کیپیسیٹرز طاقت کی فراہمی کے سرکٹس میں ان پریشان کن رِپل کرنٹس کو فلٹر کرنے میں بہت اچھے ہوتے ہیں۔ تاہم، ان کے اندر موجود مائع وقت کے ساتھ خراب ہونے کا رجحان رکھتا ہے۔ تقریباً 85 ڈگری سیلسیس کے آپریٹنگ درجہ حرارت پر، زیادہ تر کیپس 2,000 سے 8,000 گھنٹے تک کام کرنے کے بعد تبدیل کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ اب کچھ نئے ماڈلز باقاعدہ الیکٹرو لائیٹس کے ساتھ موصل پولیمرز کو ملاتے ہیں۔ یہ امتزاج ان اجزاء کی عمر بڑھانے کے ساتھ ساتھ مجموعی کارکردگی کو بہتر بنانے میں مدد دیتا ہے۔
ٹینٹلم کیپسیٹرز معیاری الومینیم الیکٹرو لائیٹک کی قسموں کے مقابلے میں فی حجم تقریباً دس گنا زیادہ کیپیسیٹنس پیک کرتے ہیں، جس کی وجہ سے وہ ان تنگ جگہوں پر خاص طور پر قابلِ استعمال ہوتے ہیں جہاں ہر ملی میٹر کا اہمیت ہوتی ہے، بالخصوص پہننے کی ٹیکنالوجی اور داخلی طبی آلات میں۔ یہ اجزاء 2.5 وولٹ سے لے کر 50 وولٹ تک کی وسیع وولٹیج رینج میں اچھی کارکردگی کا مظاہرہ کرتے ہیں۔ ٹینٹلم کو جو برتری حاصل ہے وہ کیتھوڈ کی جانب استعمال ہونے والی منگنیز ڈائی آکسائیڈ میٹیریل کی بدولت ہے، جو مشابہ الومینیم اجزاء کے مقابلے میں لیکیج کرنٹ کو 1 فیصد سے کم رکھ کر کم کردیتی ہے۔ لیکن ایک احتیاط بھی ضروری ہے۔ اگر وولٹیج کیپیسیٹر کی درج کردہ حد سے 1.3 گنا زیادہ ہوجائے، تو صورتحال تیزی سے خراب ہوسکتی ہے، جیسا کہ ہم نے تھرمل رن اؤے کی صورت میں کمپونینٹ کی مکمل ناکامی کے واقعات دیکھے ہیں۔
پولی پروپلین (PP) یا پولی اسٹر (PET) جیسے مواد کا استعمال کرتے ہوئے بنائے گئے کیپیسیٹرز عموماً 10 ملی اوہم سے کم مساوی سیریز مزاحمت کے ساتھ ساتھ تقریباً مثبت منفی 1 فیصد کے بہت تنگ رواداری کے دائرے فراہم کرتے ہیں۔ یہ خصوصیات انہیں درست وقت کنٹرول اور مؤثر سگنل فلٹرنگ کی ضروریات والی درخواستوں کے لیے بہترین بناتی ہیں۔ ان اجزاء کی نمایاں خصوصیت ان کی اچانک وولٹیج اسپائیکس کو سنبھالنے کی صلاحیت ہے، جو خود کار مرمت والی عازل خصوصیات کی بدولت ممکن ہوتی ہے۔ یہ خصوصیت متغیر فریکوئنسی موٹر کنٹرولز اور فوٹو وولٹائک طاقت کی تبدیلی کے نظام جیسے مشکل صنعتی ماحول میں خاص طور پر قیمتی ثابت ہوتی ہے۔ 100 پیکو فیڈ سے لے کر 100 مائیکرو فیڈ تک کی صلاحیتوں کے ساتھ، اور 1 کلو وولٹ تک متبادل کرنٹ کی درجہ بندی کے ساتھ دستیاب، فلم کیپیسیٹرز برقی دباؤ اور توانائی کی لہروں والے ماحول میں سرامک متبادل اجزاء کو مستقل طور پر پیچھے چھوڑ دیتے ہیں۔
درست کیپسیٹنس کا انتخاب مناسب چارج اسٹوریج کو یقینی بناتا ہے۔ بہت کم ویلیو فلٹرنگ کو متاثر کرتی ہے؛ زیادہ کیپسیٹنس لاگت اور جگہ دونوں بڑھا دیتی ہے۔ درست وقت کے لیے تنگ برداشت (مثلاً ±5%) اہم ہوتی ہے، جبکہ عمومی مقصد کے سرکٹ ±20% تک برداشت کر سکتے ہیں۔ حالیہ صنعتی تحقیق کے مطابق، غلط معیارات سرکٹ کی 78% ناکامیوں کی وجہ بنتے ہیں۔
مستقل کیپسیٹرز کا انتخاب کرتے وقت، انہیں ان عارضی وولٹیج کے اتار چڑھاؤ کو برداشت کرنے کی صلاحیت ہونی چاہیے جس کے ساتھ ساتھ مزید تحفظ بھی ہو۔ مثال کے طور پر ایک معیاری 12V سرکٹ لیں۔ زیادہ تر انجینئرز غیر متوقع وولٹیج میں اضافے کو مدنظر رکھتے ہوئے 25V درجہ بندی شدہ پارٹ کا انتخاب کرتے ہیں جو حقیقی سرکٹس میں ہمیشہ ہوتا رہتا ہے۔ درجہ بندی کو تقریباً آدھے یا دگنا کر دینے سے ڈائی الیکٹرک بریک ڈاؤن کو روکا جا سکتا ہے، جو گزشتہ سال الیکٹرانکس قابل اعتمادیت کے ماہرین کے مطابق DC سے DC کنورٹر سیٹ اپ میں کیپسیٹرز کے ناکام ہونے کی سب سے بڑی وجہ ہے۔ لیکن یہاں ایک پکڑ ہے۔ اگر ہم اسے بہت آگے بڑھا دیں اور بہت زیادہ درجہ بندی شدہ اجزاء کا انتخاب کریں، تو ہمیں زیادہ ESR ویلیوز ملتی ہیں اور ضرورت سے زیادہ بڑے اجزاء کے لیے قیمتی PCB جگہ بھی ضائع ہوتی ہے۔
اعشاریہ درجہ حرارت پر اجزاء کی کارکردگی اچھی نہیں ہوتی۔ مثال کے طور پر سرامکس لیں، وہ درحقیقت -55 درجہ سیلزیس تک سردی پڑنے پر اپنی سمندری صلاحیت کا تقریباً 80 فیصد کھو دیتے ہیں۔ دوسری طرف، الیکٹرو لائٹک سمندری اجزا درجہ حرارت 85 ڈگری سے زیادہ ہونے پر خشک ہونے لگتے ہیں۔ اسی وجہ سے موٹر گاڑیوں کے استعمال یا بھاری صنعتی ماحول میں، زیادہ تر انجینئرز ایسے اجزاء تلاش کرتے ہیں جو قابل اعتماد طریقے سے -40 سے +125 ڈگری سیلزیس کے درمیان کام کر سکیں۔ نمی کے حوالے سے، یہ باہر استعمال ہونے والے آلات کے لیے خاص طور پر اہم ہے۔ صنعتی معیاری ٹیسٹ 85 فیصد نسبتی نمی پر کارکردگی کی جانچ کرتا ہے، اور اندازہ لگائیں؟ ہر پانچ میں سے ایک تقریباً فیلڈ ناکامی کی وجہ یہ ہوتی ہے کہ اجزاء کو نمی کے داخل ہونے کے خلاف مناسب طریقے سے سیل نہیں کیا گیا تھا۔
معادل سیریز مزاحمت یا ESR بنیادی طور پر ان اندرونی نقصانات کو ماپتی ہے جو اجزاء کے اندر واقع ہوتے ہیں، اور یہ اس بات میں اہم کردار ادا کرتی ہے کہ اشیاء درحقیقت کتنی موثر طریقے سے چلتی ہیں۔ ایک عام 100 کلوہرٹز سوئچنگ ریگولیٹر سیٹ اپ میں کیا ہوتا ہے، اس پر ایک نظر ڈالیں۔ جب 100 ملی اوہم ESR والے کیپیسیٹر کا استعمال کیا جاتا ہے، تو تقریباً 1.2 واٹ حرارت کے طور پر ضائع ہو جاتا ہے۔ لیکن اگر کوئی اس کی جگہ صرف 25 ملی اوہم ESR والے جزو کو استعمال کر لے، تو طاقت کا نقصان گھٹ کر تقریباً 0.3 واٹ رہ جاتا ہے۔ اس سے حقیقی فرق پڑتا ہے! کم ESR والے پولیمر کیپیسیٹرز حرارتی دباؤ کو پرانے الومینیم الیکٹرو لائٹک قسم کے مقابلے میں تقریباً 60 فیصد تک کم کر سکتے ہیں، جس کی وجہ سے وہ زیادہ بجلی کے بہاؤ والے سرکٹس میں بہت زیادہ استعمال ہوتے ہیں۔ صرف اتنا یاد رکھیں کہ آزمائشی مراحل کے دوران سرکٹ کے تمام فریکوئنسیز میں ESR کی قیمتیں چیک کر لیں۔ شروع میں اسے درست کر لینا بعد میں پریشانیوں سے بچاتا ہے۔
جدید پی سی بی ڈیزائنز کے 84 فیصد میں آٹومیٹڈ اسمبلی اور جگہ کی موثریت کی وجہ سے سرفیس ماؤنٹ کیپیسیٹرز کا استعمال ہوتا ہے (آئی پی سی-7351 بی 2023)۔ صنعتی موٹر ڈرائیوز جیسے زیادہ کمپن والے ماحول میں میکانی مضبوطی کی وجہ سے تھرو-ہول ورژن ترجیح دیے جاتے ہیں، جہاں سائز کی نسبت مستحکمی زیادہ اہم ہوتی ہے۔ اگرچہ ایس ایم ڈی چھوٹی ترتیب کی اجازت دیتے ہیں، لیکن اسمبلی کے بعد مرمت اور خرابی کی تشخیص کو مشکل بنا دیتے ہیں۔
چھوٹے سائز کی کوشش اکثر حرارتی کارکردگی کے ساتھ ٹکراتی ہے۔ 1210 کیس والے سیرامک کیپیسیٹر 50V پر 22 مائیکروفارڈ فراہم کر سکتا ہے لیکن 85°C سے اوپر 30 فیصد کیپیسیٹنس کھو دیتا ہے، جبکہ بڑے فلم والے قسم کا ±2 فیصد استحکام برقرار رہتا ہے۔ آئی ای ای ای-1812 ہدایات طاقت کے راستوں میں 2 ملی میٹر² سے کم سائز کے کیپیسیٹرز استعمال کرتے وقت حرارت سے ہونے والی خرابی کو کم کرنے کے لیے وولٹیج کو 20 فیصد تک کم کرنے کی سفارش کرتی ہیں۔
مناسب انضمام کے لیے اصل آپریٹنگ حالات کے مقابلے میں درجہ حرارت کمی کے منحنیات کا حوالہ دینا ضروری ہوتا ہے—105°C درجہ بندی شدہ کیپسیٹر 70°C کے ماحول میں 85°C ورژن کے مقابلے میں چار گنا زیادہ دیر تک چلتا ہے (IEC-60384-23 2022)۔
اب ہم مارکیٹ میں ان چھوٹے سے کیپیسیٹرز کی طرف ایک حقیقی حرکت دیکھ رہے ہیں، جن کا رقبہ 2020 کے معیار کے مقابلے میں تقریباً 15 فیصد چھوٹا ہے۔ یہ رجحان تب سمجھ میں آتا ہے جب ہم دیکھتے ہیں کہ پہننے کی اشیاء اور آئیو ٹی آلات کتنی تیزی سے مقبول ہوئے ہیں۔ کچھ بہت دلچسپ ٹیکنالوجی کی نئی ترقیات بھی ہو رہی ہیں۔ مثال کے طور پر، ایٹامک لیئر ڈپازٹڈ ڈائی الیکٹرکس سازوں کو 500 مائیکروفارڈ فی مربع ملی میٹر سے زیادہ کثافت حاصل کرنے کی اجازت دیتے ہیں، جبکہ 125 درجہ سیلسیس کے درجہ حرارت تک استحکام برقرار رکھتے ہیں۔ مواد کے لحاظ سے دیکھیں تو، کمپنیاں سلیکان نائیٹرائیڈ کے اختیارات اور ہائی-کے پولیمرز کی طرف بڑھ رہی ہیں۔ یہ انتخابات لیکیج کرنٹس کو نمایاں طور پر کم کرنے میں مدد کرتے ہیں، جو جدید گیجٹس میں اکثر ضروری ہوتے ہیں، خاص طور پر وہ ایپلی کیشنز جو زیادہ فریکوئنسی کی ضرورت رکھتی ہیں، ان میں 40 فیصد تک کمی آسکتی ہے۔
ہمارے ذریعے جس طرح ٹینٹلم حاصل کیا جاتا ہے وہ صنعت میں بہت سے لوگوں کے لیے ایک حقیقی اخلاقی مسئلہ بن گیا ہے۔ کیپیسیٹر کی پائیداری پر 2023 کے ایک حالیہ سروے کے مطابق، تقریباً دو تہائی انجینئرز وہ متبادل تلاش کر رہے ہیں جن میں کوبالٹ نہ ہو۔ خوشی کی بات یہ ہے کہ اب الومینیم کیپیسیٹرز میں نئی پانی پر مبنی الیکٹرولائٹس استعمال ہو رہے ہیں جو روہز 3 کی ضروریات کو پورا کرتے ہیں۔ تاہم ان کی عمر زیادہ نمی والی حالتوں (85 فیصد سے زائد نسبتِ نمی) میں رکھنے پر تقریباً 12 فیصد کم ہو جاتی ہے۔ ساتھ ہی، قدرتی سیلولوز پر مبنی مواد کے ساتھ بھی دلچسپ کام ہو رہا ہے جو ممکنہ طور پر حیاتیاتی طور پر تحلیل ہونے والے اختیارات ہو سکتے ہیں۔ ابتدائی تجربات سے پتہ چلتا ہے کہ نمونہ ورژن میں تباہی کے عوامل صرف 0.02 تک کم ہو سکتے ہیں، حالانکہ ان مواد کو روایتی مواد کی جگہ عام طور پر استعمال ہونے سے پہلے اب بھی کافی ترقی درکار ہے۔
حقیقی فیلڈ رپورٹس کو دیکھتے ہوئے، تقریباً تمام کیپیسیٹرز کی تبدیلیوں میں سے ایک تہائی وجوہات یہ ہوتی ہیں کہ انجینئرز ان اجزاء کو درجہ بندی شدہ حصوں کے لیے مقرر کرتے ہیں جو دراصل ان کی ضرورت سے دگنا ہوتا ہے، جس کی وجہ سے تبدیلی کی قیمت میں تقریباً 18 سے 25 فیصد تک اضافہ ہو جاتا ہے۔ جب بات multilayer ceramic capacitors (MLCCs) کی آتی ہے، تو DC bias کو مدنظر نہ رکھنا بھی ان کی کارکردگی کو کافی حد تک متاثر کر سکتا ہے۔ ہم نے ایسے معاملات دیکھے ہیں جہاں آپریشن کے صرف تین سال بعد کیپیسیٹنس تقریباً 60 فیصد تک کم ہو جاتی ہے۔ اور الیکٹرو لائیٹک کیپیسیٹرز کو بھی نظر انداز نہیں کیا جانا چاہیے۔ ملک بھر میں فیکٹریوں اور مینوفیکچرنگ پلانٹس میں، تقریباً ہر 10 میں سے 4 بجلی کی فراہمی کی ناکامیاں خشک شدہ الیکٹرو لائیٹس تک واپس جاتی ہیں۔ اسی وجہ سے انجینئرز کے لیے یہ مناسب بات ہے کہ وہ درجہ حرارت میں تبدیلیوں اور معمول کے آپریشن کے دوران رِپل کرنٹس کے تناظر میں مقامی سطح پر کیا ہو رہا ہے، اس کے مقابلے میں بنانے والے کمپنی کی جانب سے فراہم کردہ عمر بڑھنے کے گراف کا جائزہ لیں۔