ஒரு மின்சுற்றில் மின்தேக்கத்தைக் கணக்கிடுதல்
மின்தேக்கிகள் என்பவை மின்னணுவியலில் உள்ள அடிப்படைக் கூறுகளில் ஒன்றாகும். இவை ஒரு மின்புலத்தில் மின்னூட்டத்தையும் ஆற்றலையும் சேமிக்கும் பணியைச் செய்கின்றன. நடைமுறையில், மின்தேக்கிகள் அரிதாகவே தனியாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன; வடிவமைப்புத் தேவைகளுக்கு ஏற்ற மின்தேக்க மதிப்பை அடைவதற்காக, அவை பொதுவாகத் தொடர், இணை அல்லது இவ்விரண்டின் கலவையிலும் அமைக்கப்படுகின்றன. ஒரு மின்சுற்றில் உள்ள மொத்த மின்தேக்கத்தைக் கணக்கிடும் முறையைப் புரிந்துகொள்வது, மின்னணுவியலைக் கற்கும் தொடக்கநிலையாளர்களுக்கும் , அதிர்வெண் துலங்கல், மின்னேற்றம்/மின்னிறக்க நேரங்கள் அல்லது மின்னழுத்த நிலைத்தன்மையைக் கட்டுப்படுத்த விரும்பும் அமைப்பு வடிவமைப்பாளர்களுக்கும் மிகவும் முக்கியமானது.
1. மின்தேக்குத்திறன் மற்றும் அலகுகளைப் புரிந்துகொள்ளுதல்
மின்தேக்குத்திறன் என்பது ஒரு மின்னழுத்த வேறுபாடு (வோல்டேஜ்) கொடுக்கப்படும்போது, ஒரு கூறு (மின்தேக்கி) மின்சாரத்தைச் சேமிக்கும் திறன் ஆகும். மின்தேக்குத்திறன் C என்ற எழுத்தால் குறிக்கப்படுகிறது மற்றும் அதன் அலகு ஃபாரட் (F) ஆகும். பெரும்பாலான மின்னணுவியல் பயன்பாடுகளுக்கு 1 ஃபாரட் மிகவும் பெரியதாகக் கருதப்படுவதால், வழிவந்த அலகுகள் பெரும்பாலும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, அவை:
– மைக்ரோஃபாரட் (µF) = 10⁻⁶ F
– nanofarad (nF) = 10⁻⁹ F
– பிக்கோஃபாரட் (pF) = 10⁻¹² F
மின்தேக்கம், மின்னூட்டம் மற்றும் மின்னழுத்தம் ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான அடிப்படைத் தொடர்பு:
சி = கே / வி
எங்கே:
– C = மின்தேக்கம் (F)
– Q = மின்னூட்டம் (கூலும்)
– V = மின்னழுத்தம் (வோல்ட்)
இந்த சூத்திரம் கருத்தியல் ரீதியாக முக்கியமானது என்றாலும், மின்சுற்று கணக்கீடுகளில் நாம் பெரும்பாலும் மின்தேக்கிகளின் மதிப்புகளை அவை நிறுவப்பட்டுள்ள விதத்தின் அடிப்படையிலேயே இணைக்கிறோம்.
2. இணைச் சுற்றுகளில் உள்ள மின்தேக்கிகள்
ஒரு இணைச் சுற்றில், அனைத்து மின்தேக்கிகளும் ஒரே இரண்டு புள்ளிகளில் இணைக்கப்படுவதால், ஒவ்வொரு மின்தேக்கிக்கும் குறுக்கேயுள்ள மின்னழுத்தம் சமமாக இருக்கும். இணைச் சுற்றின் நன்மை என்னவென்றால், மின்னூட்டச் சேமிப்புத் திறன் அதிகரிப்பதால், மொத்த மின்தேக்குத்திறன் அதிகமாக இருக்கும்.
இணை மின்தேக்கத்திற்கான மொத்த மின்தேக்க சூத்திரம்:
C_total = C1 + C2 + C3 + … + Cn
குறிப்பு:
மூன்று மின்தேக்கிகள் இணையாக இணைக்கப்பட்டால்:
– C1 = 10 µF
– C2 = 22 µF
– C3 = 47 µF
ஆகவே:
C_total = 10 + 22 + 47 = 79 µF
மின்தேக்கிகளை இணையாக இணைப்பதன் மூலம், வணிக ரீதியாகக் கிடைக்காத மின்தேக்க மதிப்புகளை நாம் அடையலாம், அல்லது ஒரு மின்சுற்றில், எடுத்துக்காட்டாக சிற்றலையைக் குறைப்பதற்கான மின்வழங்கல் வடிகட்டியில், ஆற்றல் சேமிப்புத் திறனை அதிகரிக்கலாம்.
3. தொடர் சுற்றுகளில் உள்ள மின்தேக்கிகள்
ஒரு தொடர்சுற்றில், மின்னோட்டம் ஒரே பாதையில் பாயும் வகையில் மின்தேக்கிகள் தொடர்ச்சியாக அடுக்கப்படுகின்றன. ஒரு தொடர்சுற்றில், ஒவ்வொரு மின்தேக்கியின் மீதான மின்னூட்டம் (Q) சமமாக இருக்கும், ஆனால் மின்னழுத்தம் மின்தேக்கிகளுக்கு இடையில் பகிரப்படுகிறது. சமநிலைப்படுத்தும் நுட்பங்களுடன் இணைந்தால், மொத்த மின்தேக்கத்தைக் குறைக்க அல்லது செயல்படும் மின்னழுத்த வரம்பை (மின்னழுத்த மதிப்பீடு) அதிகரிக்க தொடர்சுற்றுகள் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
தொடருக்கான மொத்த மின்தேக்க சூத்திரம்:
1 / C_total = 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3 + … + 1 / Cn
தொடரிணைப்பில் உள்ள இரண்டு மின்தேக்கிகளுக்கு, இதை எளிமைப்படுத்தலாம்:
C_total = (C1 × C2) / (C1 + C2)
குறிப்பு:
தொடரிணைப்பில் உள்ள இரண்டு மின்தேக்கிகள்:
– C1 = 10 µF
– C2 = 10 µF
C_total = (10 × 10) / (10 + 10) = 100 / 20 = 5 µF
மொத்தத் தொடர் மின்தேக்கமானது, மின்சுற்றில் உள்ள மிகச்சிறிய மின்தேக்கத்தை விட எப்போதும் குறைவாகவே இருக்கும் என்பதை இந்த முடிவு காட்டுகிறது. இது தொடர் மின்சுற்றுகளின் ஒரு முக்கியப் பண்பாகும்.
4. கலப்பு மின்தேக்கிச் சுற்று (தொடர்-இணை)
உண்மையான மின்சுற்றுகளில், மின்தேக்கிகள் பெரும்பாலும் கலப்பு உள்ளமைப்புகளில் அமைக்கப்படுகின்றன. பொதுவான கணக்கீட்டு உத்தி என்பது மின்சுற்றைப் படிப்படியாக எளிமையாக்குவதாகும்: தெளிவான இணை உறுப்புக் குழுக்களைக் கண்டறிந்து, அவற்றைக் கணக்கிட்டு, பின்னர் அவற்றைத் தொடர் உறுப்புகளுடன் இணைப்பது என இது தொடரும்.
மாதிரி வழக்கு:
ஒரு தொடர் இருப்பதாகக் கொள்வோம், அதில்:
– C1 = 10 µF மற்றும் C2 = 20 µF ஆகியவை இணையாக இணைக்கப்பட்டுள்ளன.
– இதன் விளைவு C3 = 15 µF உடன் தொடர் இணைப்பில் அமைக்கப்பட்டுள்ளது.
படி 1 (இணை):
C12 = C1 + C2 = 10 + 20 = 30 µF
படி 2 (C3 உடனான தொடர்):
1 / C_total = 1 / 30 + 1 / 15
= (1/30) + (2/30)
= 3/30 = 1/10
அப்படியானால் C_total = 10 µF
இந்த முறையின் மூலம், ஒரு சிக்கலான மின்சுற்றை ஒற்றை சமான மின்தேக்க மதிப்பாக எளிமைப்படுத்த முடியும்.
5. மின்தேக்கத்திற்கும் நேரத்திற்கும் உள்ள தொடர்பு (RC நேர மாறிலி)
ஒரு மின்சுற்றில் மின்தேக்கத்தைக் கணக்கிடுவது, குறிப்பாக RC (மின்தடை-மின்தேக்கி) மின்சுற்றுகளில், மின்னேற்றம் மற்றும் மின்னிறக்க நேரத்தின் செயல்பாட்டுடன் பெரும்பாலும் தொடர்புடையது. நேர மாறிலி τ (டவ்) எனக் குறிக்கப்படுகிறது மற்றும் அது பின்வருமாறு வரையறுக்கப்படுகிறது:
τ = R × C
எங்கே:
– τ = நேர மாறிலி (வினாடிகள்)
– R = மின்தடை (ஓம்)
– C = மின்தேக்குத்திறன் (ஃபாரட்)
பொதுவாக, ஒரு மின்தேக்கி 'கிட்டத்தட்ட நிரம்பியது' (சுமார் 99%) என்று கருதப்படுவதற்கு சுமார் 5τ நேரம் ஆகும். எனவே, நீங்கள் ஒரு எளிய டைமர், ஃபில்டர் அல்லது டிலே சர்க்யூட்டை உருவாக்க வேண்டியிருந்தால், மின்தேக்குத்திறனைத் தேர்ந்தெடுத்துக் கணக்கிடுவது மிகவும் முக்கியமானதாக இருக்கும்.
குறிப்பு:
உங்களிடம் R = 100 kΩ இருந்து, τ = 1 வினாடி என விரும்பினால்:
C = τ / R = 1 / 100.000 = 0,00001 F = 10 µF
மின்தேக்கக் கணக்கீடுகள் என்பவை தொடர்-இணை இணைப்புகளைப் பற்றியது மட்டுமல்ல, மின்சுற்றின் செயல்பாட்டு நோக்கத்தைப் பற்றியதும் கூட என்பதற்கு இது ஒரு நிஜ வாழ்க்கை உதாரணம்.
6. கருத்தில் கொள்ள வேண்டிய நடைமுறை விஷயங்கள்
கணிதக் கணக்கீடுகளைத் தவிர, முக்கியமான பல நிஜ அம்சங்களும் உள்ளன:
1. மின்தேக்கி சகிப்புத்தன்மை
மின்தேக்கிகளுக்கு ±5%, ±10%, அல்லது ±20% போன்ற சகிப்புத்தன்மை வரம்புகள் உள்ளன. இதன் பொருள், உண்மையான மதிப்பு குறிப்பிடப்பட்ட மதிப்பிலிருந்து வேறுபடலாம், எனவே கணக்கீடுகள் இந்த வரம்பைக் கருத்தில் கொள்ள வேண்டும்.
2. செயல்பாட்டு மின்னழுத்தம் (மதிப்பிடப்பட்ட மின்னழுத்தம்)
மின்தேக்குத்திறனை மட்டும் கருத்தில் கொள்ளாதீர்கள். மின்சுற்று மின்னழுத்தத்திற்கு ஏற்றவாறு, மின்தேக்கியின் மின்னழுத்தத் தரம் போதுமான அளவு அதிகமாக உள்ளதா என்பதை உறுதிப்படுத்திக் கொள்ளுங்கள். ஒரு தொடர் மின்சுற்றில், மின்னழுத்தம் பகிரப்படுகிறது, ஆனால் மின்தேக்கிகள் வெவ்வேறு பண்புகளைக் கொண்டிருந்தால், அந்தப் பகிர்வு சீரற்றதாக இருக்கலாம்.
3. ESR (சமமான தொடர் மின்தடை)
அதிக சக்தி மற்றும் உயர் அதிர்வெண் பயன்பாடுகளில், ESR ஆனது வெப்பம், சிற்றலை மற்றும் வடிகட்டியின் செயல்திறனைப் பாதிக்கிறது. இரண்டு இணை மின்தேக்கிகள் மொத்த ESR-ஐக் குறைக்க முடியும், இது பெரும்பாலும் நன்மை பயக்கும்.
4. மின்தேக்கிகளின் வகைகள்
பெரிய மதிப்புகளுக்கு (µF முதல் mF வரை) எலக்ட்ரோலைடிக் மின்தேக்கிகள் பொருத்தமானவை, அதே சமயம் சிறிய மற்றும் நடுத்தர மதிப்புகளுக்கும் (pF முதல் µF வரை) உயர் அதிர்வெண் துலங்கலுக்கும் செராமிக் மின்தேக்கிகள் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. நிலைத்தன்மை மற்றும் ஒலி அல்லது துல்லியமான பயன்பாடுகளுக்காக ஃபிலிம் மின்தேக்கிகள் பெரும்பாலும் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகின்றன.
7. ரிங்காசன்
ஒரு மின்சுற்றில் மின்தேக்கத்தைக் கணக்கிடுவது மிகவும் பயனுள்ள ஒரு அடிப்படைத் திறனாகும். இணைச் சுற்றுகளுக்கு, மின்னழுத்தம் ஒரே மாதிரியாக இருப்பதால், மொத்த மின்தேக்கங்களை வெறுமனே கூட்டவும். தொடர் சுற்றுகளுக்கு, மின்னூட்டம் ஒரே மாதிரியாக இருப்பதாலும், மின்னழுத்தம் பகிரப்படுவதாலும், மின்தேக்கங்களின் தலைகீழ்களைக் கூட்டுகிறோம். கலப்புச் சுற்றுகளில், இறுதிச் சமமான மதிப்பைப் பெறும் வரை, மிகவும் வெளிப்படையான பகுதியிலிருந்து (இணை அல்லது தொடர்) எளிமைப்படுத்தும் படிகளை வரிசைப்படுத்தவும். மேலும், மின்தேக்கத்தைப் புரிந்துகொள்வது RC நேர மாறிலியுடன் நெருங்கிய தொடர்புடையது, இதனால் வடிகட்டிகள், நேரக்கருவிகள் மற்றும் மின்னழுத்த நிலைப்படுத்திகளின் வடிவமைப்பிற்கு உதவுகிறது.
இறுதியாக, சகிப்புத்தன்மை, இயக்க மின்னழுத்தம், ESR மற்றும் மின்தேக்கி வகை போன்ற நடைமுறைக் காரணிகளுடன் இணைக்கப்படும்போது ஒரு நல்ல கணக்கீடு மேலும் முழுமையடைகிறது . கோட்பாடு மற்றும் நடைமுறையின் இந்தக் கலவையின் மூலம், பாதுகாப்பான, திறமையான மற்றும் பயன்பாட்டுத் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்யும் மின்தேக்கிச் சுற்றுகளை உங்களால் வடிவமைக்க முடியும்.
