পালসেটিং ডিসি ফিল্টার ক্যাপাসিটরের মান কত হওয়া উচিত?

এসি ভোল্টেজকে ডিসি ভোল্টেজে রূপান্তর করার পর বিশুদ্ধ বেশি পেতে হলে ফিল্টার করা আবশ্যিক। এক্ষেত্রে ফিল্টার হিসেবে কত মানের ক্যাপাসিটর ব্যবহার করতে হবে তা নিয়ে অনেক সময় আমরা বিপাকে পড়ি। ফিল্টার ক্যাপাসিটরের মান কত হওয়া উচিত তা শেখার চেষ্টা করব ভোল্টেজ ফ্যাক্টস এর আজকের পোস্টে।

ডিসি পাওয়ার সাপ্লাই সার্কিটে রিপল

এসি হতে ডিসি পাওয়ার সাপ্লাই পেতে হলে প্রথমে রেক্টিফাই ও পরে ক্যাপাসিটরের মাধ্যমে ফিল্টার করে তুলনামূলক বিশুদ্ধ ডিসি আউটপুট অর্জিত হয়। রেকটিফায়ার বা ডিসি জেনারেটর হতে প্রাপ্ত ডিসি-তে এসি-র ছোট একটি ভেজাল অংশ সর্বদা উপস্থিত থাকে। ডিসিতে উপস্থিত এই অনাকাঙ্ক্ষিত অংশকে রিপল কারেন্ট বা রিপল ভোল্টেজ বলা হয়। ফিল্টার করা নাহলে এই রিপল ভোল্টেজের মান (পিক টু পিক) পালসেটিং ডিসি-র সর্বোচ্চ (পিক) মানের সমান হবে।

রূপান্তরিত ডিসি হতে রিপল সম্পূর্ণরূপে কোনভাবেই অপসারণ করা যায় না; তবে নির্দিষ্ট আকাঙ্ক্ষিত মানে হ্রাস করা যায়। রিপল ভোল্টেজের মান লোড কারেন্ট, রিপল ভোল্টেজের ফ্রিকুয়েন্সি এবং ফিল্টার সার্কিট এর উপর নির্ভর করে। ফিল্টার হিসেবে ওয়্যার উন্ড রেজিস্টার, চোক কয়েল, ক্যাপাসিটর দ্বারা তৈরি লো পাস ফিল্টার ব্যবহার হয়ে থাকে। এই আর্টিকেলে আমরা শুধু ক্যাপাসিটর ফিল্টার সম্পর্কে জানবো।

ফিল্টার ক্যাপাসিটরের মান নির্ণয়ের সূত্র

ডিসিতে উপস্থিত ন্যূনতম রিপল নিশ্চিত করার জন্য নিম্নলিখিত সূত্রটি ব্যবহার করা হয়।

C = I /(fV_pp)

বি: দ্র: 

(১) এই সূত্রটি কেবল ফুলওয়েভ রেকফিকেটিশনে ব্যবহার করা হয়।

(২) লেখাটি ছোট রাখার উদ্দেশ্যে সূত্রের ব্যাখ্যা এখানে প্রদান করা হয়নি।

যেখানে,
C = ফিল্টার ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিট্যান্স
I = লোড কারেন্ট
f = রিপল ভোল্টেজের ফ্রিকোয়েন্সি এবং
V_pp = ডিসিতে উপস্থিত ভেজাল এসি ভোল্টেজের সর্বোচ্চ এবং সর্বনিম্ন মানের পার্থক্য অর্থাৎ পিক-টু-পিক রিপল ভোল্টেজ। সূত্রমতে এই ভোল্টেজের মান কমাতে হলে ব্যবহৃত ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিট্যান্স বাড়াতে হবে। কিন্তু বাস্তব বা ব্যবহারিক সার্কিটে এটিকে সম্পূর্ণ শুন্য করা সম্ভব হয় না। কারণ তা সার্কিটকে ব্যয়বহুল করে তুলবে। আবার এই মানকে শূণ্য করতে হলে ব্যবহৃত ফিল্টার ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিট্যান্স অসীম হতে হবে, যা বাস্তবে সম্ভব না।

উল্লেখিত সূত্রে আমরা দেখতে পাচ্ছি, রিপল ভোল্টেজ কমানোর জন্য ব্যবহৃত ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিট্যান্স লোড কারেন্টের সমানুপাতিক, যার অর্থ রিপল ভোল্টেজ নির্দিষ্ট রেখে লোড কারেন্ট এর মান বাড়ানো হলে ক্যাপাসিট্যান্স বাড়াতে হবে।

বিশেষ দ্রষ্টব্য:
পূর্ণ-তরঙ্গ (ফুল ওয়েভ) রেকটিফায়ারে রিপল ফ্রিকোয়েন্সি লাইন ফ্রিকোয়েন্সির দ্বিগুণ। অর্ধ-তরঙ্গ (হাফ-ওয়েভ) ফিল্টার করার জন্য, রিপল ফ্রিকোয়েন্সি লাইন ফ্রিকোয়েন্সির সমান।

ব্যবহারিক উদাহরণ:
ধরুন, আমরা ভোল্টেজ রেগুলেটর 7812 আইসি ব্যবহার করে ১২ ভোল্টের একটি বিশুদ্ধ ডিসি পাওয়ার সাপ্লাই তৈরি করতে চাচ্ছি, যা সর্বোচ্চ 1 A লোড কারেন্ট সরবরাহ করবে। এক্ষেত্রে ফিল্টার ক্যাপাসিটরের মান নির্ণয় করতে হবে।

7812 আইসির তথ্য হতে আমরা জানি,  স্থির মানের 12 V o/p পেতে হলে এর i/p-এ 14.5-30/40V প্রয়োগ করতে হবে। তাই আমরা 15V-এর একটি ট্রান্সফরমার ব্যবহার করব।

যেহেতু আমাদের দেশের লাইন ফ্রিকোয়েন্সি 50 হার্জ তাই রিপল ভোল্টেজের ফ্রিকোয়েন্সি 100 হার্জ ধরতে হবে।

গ্রহণযোগ্য রিপল ভোল্টেজ হিসাব:

যেহেতু আমরা আইসি-র আউটপুট হতে বিশুদ্ধ ডিসি পেতে চাচ্ছি, তাই এখানে গ্রহণযোগ্য রিপল ভোল্টেজ বলতে আইসির ইনপুটে গ্রহণযোগ্য রিপল ভোল্টেজ বোঝানো হয়েছে। এক্ষেত্রে কোন ভোল্টেজ রেগুলেটর ব্যবহার করা না হলে উল্লেখ্য রিপল আউটপুটে থেকে যাবে।

ব্যবহৃত ট্রান্সফরমারটি 15 ভোল্টেজের এবং 7812 আইসি-র আউটপুট হতে স্থির মানের ভোল্টেজ পেতে হলে এর ইনপুটে কমপক্ষে 14.5 ভোল্ট প্রয়োগ করতে হবে। তাই রিপল ভোল্টেজের সর্বনিম্ন পিক ভোল্টেজের মান হবে 14.5 ভোল্ট। আবার সার্কিটে ব্যবহৃত ক্যাপাসিটরটি সর্বোচ্চ ভোল্টেজ(Vm)-এ চার্জ হবে। তাই রিপল ভোল্টেজের সর্বোচ্চ পিক ভোল্টেজের মান হবে পালসেটিং ডিসির সর্বোচ্চ ভোল্টেজ সমান।

আরএমএস ভোল্টেজ এবং সর্বোচ্চ ভোল্টেজের সম্পর্ক হতে আমরা জানি,

Vm	= Vrms X √2
	= 15 X √2
	≈ 21.21 V
∴ Vpp	= (21.21 - 14.50) V
	= 6.71 V
∴  C	= I/(fVpp)
	= 1/(100x6.71)
	≈ 1490 μF

বাস্তবে বা ব্যবহারিক সার্কিটে বিভিন্ন ক্যাপাসিটর 20-50% টলারেন্স এর হয়ে থাকে। উপরের সার্কিটের ডায়োডের ফরওয়ার্ড ভোল্টেজ ড্রপ বিবেচনায় নেয়া হয়নি। উপরে উল্লেখিত উদাহরণে ভোল্টেজ ড্রপ বিবেচনায় নিলে গ্রহণযোগ্য রিপল ভোল্টেজের মান কমবে ফলে ক্যাপাসিট্যান্স বাড়াতে হবে। এছাড়া ব্যবহারের ফলে ক্যাপাসিটরের কর্মদক্ষতা হ্রাস পায়। তাই ভবিষ্যতের কথা চিন্তা করে ক্যাপাসিটরের মান আরো 50% বেশি নেয়া উচিত।

∴  ফিল্টার ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিট্যান্স, 
C = 1490 + 1490*50% = 2235 μF

উল্লেখ্য 2235μF মানের ক্যাপাসিটর বাজারে পাওয়া যাবে না; এক্ষেত্রে 2200μF অথবা 2500μF মানের ক্যাপাসিটর ব্যবহার করা যেতে পারে।

আপনাদের সুবিধার কথা বিবেচনা করে নিচে একটি ফিল্টার ক্যাপাসিট্যান্স ক্যালকুলেটর দেয়া হলো।

লোড কারেন্ট,
I  =	Amp
রিপল ফ্রিকোয়েন্সি,
f  =	Hz
গ্রহণযোগ্য সর্বোচ্চ রিপল ভোল্টেজ,
Vpp =	Volts
tolarance = %
ক্যাপাসিট্যান্স
C  =	μF

ক্যাপাসিটর এর কার্যকরী ভোল্টেজ সর্বোচ্চ ভোল্টেজ(V_m) এর চেয়ে বেশি হতে হয়। আমাদের উপরের উদাহরণে সর্বোচ্চ ভোল্টেজ এর মান 21.21 ভোল্ট, সেক্ষেত্রে আমরা 25/35 ভোল্টের ক্যাপাসিটর ব্যবহার করতে পারি।

বি: দ্র:  এভাবে প্রাপ্ত ডিসি যে সম্পূর্ণ বিশুদ্ধ, তা নয়। এক্ষেত্রে 7812 আইসি-র স্পেসিফিকেশনে কিছু নয়েজ থাকার কথা উল্লেখ আছে।

উল্লেখ্য উদাহরনে ব্যবহৃত এতো বিশুদ্ধ ডিসি ভোল্টেজ সব ক্ষেত্রে প্রয়োজন পড়ে না। এটি সার্কিটের ধরনের ওপর নির্ভর করে। যেমন ব্যাটারি চার্জিং সার্কিট সাধারণত রেজিস্টিভ সার্কিট হিসেবে বিবেচনা করা হয়। এক্ষেত্রে কোন ধরনের ফিল্টার না হলেও চলে। আবার অডিও প্রি-অ্যামপ্লিফায়ার সার্কিটে রিপল ভোল্টেজ কয়েকশ ন্যানো ভোল্টের বেশি গ্রহণযোগ্য নয়। তাই ক্যাপাসিটরের মোটামুটি মান সম্পর্কে একটি ধারণা প্রচলন আছে আর তা হ'ল, প্রতি এক এম্পিয়ার কারেন্টের জন্য 1000μF ক্যাপাসিটর ব্যবহার করতে হবে।