निष्क्रियता (इंजीनियरिंग)

निष्क्रियता इंजीनियरिंग प्रणालियों की एक संपत्ति है, जो आमतौर पर एनालॉग इलेक्ट्रॉनिक्स और नियंत्रण प्रणालियों में पाई जाती है। आमतौर पर, एनालॉग डिजाइनर 'निष्क्रियता' का उपयोग वृद्धिशील रूप से निष्क्रिय घटकों और प्रणालियों को संदर्भित करने के लिए करते हैं, जो लाभ (इलेक्ट्रॉनिक्स) में असमर्थ हैं। इसके विपरीत, नियंत्रण प्रणाली इंजीनियर थर्मोडायनामिक रूप से निष्क्रिय लोगों को संदर्भित करने के लिए निष्क्रियता का उपयोग करेंगे, जो ऊर्जा का उपभोग करते हैं, लेकिन उत्पादन नहीं करते हैं। जैसे, संदर्भ या योग्यता के बिना, निष्क्रिय शब्द अस्पष्ट है।

पूरी तरह से निष्क्रिय घटकों से युक्त एक इलेक्ट्रॉनिक सर्किट को एक निष्क्रिय सर्किट कहा जाता है, और इसमें एक निष्क्रिय घटक के समान गुण होते हैं।

यदि कोई घटक नहीं निष्क्रिय है, तो वह एक सक्रिय घटक है।

थर्मोडायनामिक निष्क्रियता
नियंत्रण प्रणाली और सर्किट नेटवर्क सिद्धांत में, एक निष्क्रिय घटक या सर्किट वह है जो ऊर्जा की खपत करता है, लेकिन ऊर्जा का उत्पादन नहीं करता है। इस पद्धति के तहत, वोल्टेज स्रोत और वर्तमान स्रोत को सक्रिय माना जाता है, जबकि प्रतिरोधक, कैपेसिटर, इंडक्टर्स, ट्रांजिस्टर, सुरंग डायोड, मेटामटेरियल और अन्य विघटनकारी और ऊर्जा-तटस्थ घटकों को निष्क्रिय माना जाता है। सर्किट डिजाइनर कभी-कभी घटकों के इस वर्ग को विघटनकारी, या थर्मोडायनामिक रूप से निष्क्रिय के रूप में संदर्भित करेंगे।

जबकि कई किताबें निष्क्रियता की परिभाषा देती हैं, इनमें से कई में सूक्ष्म त्रुटियां होती हैं कि कैसे प्रारंभिक स्थितियों का इलाज किया जाता है और, कभी-कभी, परिभाषाएं स्मृति के साथ सभी प्रकार के गैर-रेखीय समय-भिन्न प्रणालियों के लिए सामान्यीकृत नहीं होती हैं। नीचे व्याट एट अल से ली गई एक सही, औपचारिक परिभाषा है। जो कई अन्य परिभाषाओं के साथ समस्याओं की व्याख्या भी करता है। एक राज्य प्रतिनिधित्व एस के साथ एक एन-पोर्ट (सर्किट सिद्धांत) आर दिया गया है, और प्रारंभिक राज्य एक्स, उपलब्ध ऊर्जा ई परिभाषित करेंA जैसा:


 * $$E_A(x)=\sup_{x \to T \geq 0} \int_0^T -\langle v(t),i(t)\rangle \, \mathord{\operatorname{d}}t $$

जहां संकेतन सुपरx→T≥0 इंगित करता है कि सर्वोच्च को सभी T ≥ 0 और सभी स्वीकार्य जोड़े {v(·), i(·)} पर ले लिया गया है, जिसमें निश्चित प्रारंभिक अवस्था x (उदाहरण के लिए, सिस्टम की दी गई प्रारंभिक स्थिति के लिए सभी वोल्टेज-वर्तमान प्रक्षेपवक्र)। एक प्रणाली को निष्क्रिय माना जाता है यदि EA सभी प्रारंभिक अवस्थाओं के लिए परिमित है x। अन्यथा, सिस्टम को सक्रिय माना जाता है। मोटे तौर पर, आंतरिक उत्पाद $$\langle v(t),i(t) \rangle$$ तात्कालिक शक्ति है (जैसे, वोल्टेज और करंट का उत्पाद), और EA तात्कालिक शक्ति (यानी, ऊर्जा) के अभिन्न अंग पर ऊपरी सीमा है। यह ऊपरी सीमा (सभी टी ≥ 0) पर कब्जा कर लिया गया है, विशेष प्रारंभिक स्थिति x के लिए सिस्टम में उपलब्ध ऊर्जा है। यदि, निकाय की सभी संभावित प्रारंभिक अवस्थाओं के लिए, उपलब्ध ऊर्जा परिमित है, तो निकाय को निष्क्रिय कहा जाता है।

वृद्धिशील निष्क्रियता
सर्किट डिजाइन में, अनौपचारिक रूप से, निष्क्रिय घटक उन घटकों को संदर्भित करते हैं जो लाभ (इलेक्ट्रॉनिक्स) में सक्षम नहीं हैं; इसका मतलब है कि वे एम्पलीफायर सिग्नल नहीं कर सकते हैं। इस परिभाषा के तहत, निष्क्रिय घटकों में कैपेसिटर, इंडक्टर्स, प्रतिरोधक, डायोड, ट्रांसफार्मर, वोल्टेज स्रोत और वर्तमान स्रोत शामिल हैं। वे ट्रांजिस्टर, वैक्यूम ट्यूब, रिले, टनल डायोड और ग्लो ट्यूब जैसे उपकरणों को बाहर करते हैं। औपचारिक रूप से, एक स्मृतिहीन दो-टर्मिनल तत्व के लिए, इसका मतलब है कि वर्तमान-वोल्टेज विशेषता मोनोटोनिक फ़ंक्शन है। इस कारण से, नियंत्रण प्रणाली और सर्किट नेटवर्क सिद्धांतकार इन उपकरणों को स्थानीय रूप से निष्क्रिय, वृद्धिशील रूप से निष्क्रिय, बढ़ते, मोनोटोन बढ़ते, या मोनोटोनिक के रूप में संदर्भित करते हैं। यह स्पष्ट नहीं है कि स्मृति के साथ उपकरणों को मल्टीपोर्ट करने के लिए इस परिभाषा को कैसे औपचारिक रूप दिया जाएगा - एक व्यावहारिक मामले के रूप में, सर्किट डिजाइनर इस शब्द का अनौपचारिक रूप से उपयोग करते हैं, इसलिए इसे औपचारिक रूप देना आवश्यक नहीं हो सकता है। इस शब्द का प्रयोग कई अन्य संदर्भों में बोलचाल की भाषा में किया जाता है:


 * एक निष्क्रिय यूएसबी से पीएस/2 एडेप्टर में तार, और संभावित प्रतिरोधक और समान निष्क्रिय (वृद्धिशील और थर्मोडायनामिक दोनों अर्थों में) घटक होते हैं। एक सक्रिय USB से PS/2 एडेप्टर में संकेतों का अनुवाद करने के लिए तर्क होते हैं (वृद्धिशील अर्थों में सक्रिय)
 * एक निष्क्रिय मिक्सर में केवल प्रतिरोधक (वृद्धिशील रूप से निष्क्रिय) होते हैं, जबकि एक सक्रिय मिक्सर में लाभ (सक्रिय) में सक्षम घटक शामिल होते हैं।
 * ऑडियो काम में संतुलित और असंतुलित लाइनों के बीच दोनों (वृद्धिशील) निष्क्रिय और सक्रिय कन्वर्टर्स भी मिल सकते हैं। एक निष्क्रिय बालन कनवर्टर आम तौर पर आवश्यक कनेक्टरों के साथ-साथ केवल एक ट्रांसफॉर्मर होता है, जबकि एक सक्रिय में आमतौर पर एक अंतर ड्राइव या एक इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायर होता है।

निष्क्रियता की अन्य परिभाषाएं
इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियरिंग में, लाभ या सुधार करने वाले कार्य (जैसे डायोड) प्रदर्शित करने वाले उपकरणों को सक्रिय माना जाता है। केवल रेसिस्टर्स, कैपेसिटर, इंडक्टर्स, ट्रांसफॉर्मर और गाइरेटर्स को ही पैसिव माना जाता है। अमूर्त सिद्धांत के संदर्भ में, डायोड को गैर-रैखिक प्रतिरोधक माना जा सकता है, लेकिन एक प्रतिरोधक में गैर-रैखिकता सामान्य रूप से दिशात्मक नहीं होगी, जो कि वह गुण है जो डायोड को सक्रिय के रूप में वर्गीकृत करता है। संयुक्त राज्य अमेरिका पेटेंट और ट्रेडमार्क कार्यालय डायोड को सक्रिय उपकरणों के रूप में वर्गीकृत करने वाले संगठनों में से एक है। जिन प्रणालियों के लिए स्मॉल-सिग्नल मॉडलिंग निष्क्रिय नहीं है, उन्हें कभी-कभी स्थानीय रूप से सक्रिय (जैसे ट्रांजिस्टर और टनल डायोड) कहा जाता है। सिस्टम जो एक समय-संस्करण अप्रतिबंधित राज्य के बारे में शक्ति उत्पन्न कर सकते हैं उन्हें अक्सर पैरामीट्रिक रूप से सक्रिय कहा जाता है (उदाहरण के लिए कुछ प्रकार के नॉनलाइनियर कैपेसिटर)।

स्थिरता
निष्क्रियता, ज्यादातर मामलों में, यह प्रदर्शित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है कि विशिष्ट मानदंडों के तहत निष्क्रिय सर्किट स्थिर होंगे। ध्यान दें कि यह केवल तभी काम करता है जब निष्क्रियता की उपरोक्त परिभाषाओं में से केवल एक का उपयोग किया जाता है - यदि दोनों के घटकों को मिलाया जाता है, तो सिस्टम किसी भी मानदंड के तहत अस्थिर हो सकता है। इसके अलावा, सभी स्थिरता मानदंडों के तहत निष्क्रिय सर्किट आवश्यक रूप से स्थिर नहीं होंगे। उदाहरण के लिए, एक गुंजयमान श्रृंखला एलसी सर्किट में एक बाउंडेड वोल्टेज इनपुट के लिए अनबाउंड वोल्टेज आउटपुट होगा, लेकिन लाइपुनोव स्थिरता के अर्थ में स्थिर होगा, और दिए गए बाउंडेड एनर्जी इनपुट में बाउंडेड एनर्जी आउटपुट होगा।

स्थिर नियंत्रण प्रणालियों को डिजाइन करने या नियंत्रण प्रणालियों में स्थिरता दिखाने के लिए नियंत्रण प्रणालियों में अक्सर निष्क्रियता का उपयोग किया जाता है। यह बड़े, जटिल नियंत्रण प्रणालियों (जैसे हवाई जहाज की स्थिरता) के डिजाइन में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। सर्किट डिजाइन के कुछ क्षेत्रों में भी निष्क्रियता का उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से फिल्टर डिजाइन।

निष्क्रिय फ़िल्टर
एक निष्क्रिय फ़िल्टर एक प्रकार का इलेक्ट्रॉनिक फ़िल्टर है जो केवल निष्क्रिय घटकों से बना होता है - एक सक्रिय फ़िल्टर के विपरीत, इसे बाहरी शक्ति स्रोत (सिग्नल से परे) की आवश्यकता नहीं होती है। चूंकि अधिकांश फिल्टर रैखिक होते हैं, ज्यादातर मामलों में, निष्क्रिय फिल्टर केवल चार बुनियादी रैखिक तत्वों - प्रतिरोधक, कैपेसिटर, इंडक्टर्स और ट्रांसफार्मर से बने होते हैं। अधिक जटिल निष्क्रिय फिल्टर में गैर-रेखीय तत्व, या अधिक जटिल रैखिक तत्व शामिल हो सकते हैं, जैसे संचरण लाइनें।

एक सक्रिय फ़िल्टर पर एक निष्क्रिय फ़िल्टर के कई फायदे हैं:
 * गारंटीड स्थिरता
 * बड़े सिग्नल (दसियों एम्पीयर, सैकड़ों वोल्ट) के लिए बेहतर स्केल करें, जहां सक्रिय डिवाइस अक्सर अव्यावहारिक होते हैं
 * बिजली की आपूर्ति की जरूरत नहीं
 * असतत डिजाइनों में अक्सर कम खर्चीला (जब तक कि बड़े कॉइल की आवश्यकता न हो)
 * रैखिक फिल्टर के लिए, आवश्यक घटकों के आधार पर संभावित रूप से अधिक रैखिकता

वे आमतौर पर लाउडस्पीकर क्रॉसओवर डिज़ाइन (मामूली बड़े वोल्टेज और धाराओं के कारण, और बिजली की आपूर्ति तक आसान पहुंच की कमी के कारण), बिजली वितरण नेटवर्क में फिल्टर (बड़े वोल्टेज और धाराओं के कारण), बिजली की आपूर्ति को बायपास करने में उपयोग किए जाते हैं। कम लागत, और कुछ मामलों में, बिजली की आवश्यकता), साथ ही विभिन्न प्रकार के असतत और घरेलू ब्रू सर्किट (कम लागत और सादगी के लिए)। निष्क्रिय फिल्टर अखंड एकीकृत सर्किट डिजाइन में असामान्य हैं, जहां सक्रिय उपकरण प्रतिरोधों और कैपेसिटर की तुलना में सस्ते होते हैं, और इंडक्टर्स निषेधात्मक रूप से महंगे होते हैं। हालांकि, हाइब्रिड इंटीग्रेटेड सर्किट में पैसिव फिल्टर अभी भी पाए जाते हैं। वास्तव में, यह एक निष्क्रिय फिल्टर को शामिल करने की इच्छा हो सकती है जो डिजाइनर को हाइब्रिड प्रारूप का उपयोग करने के लिए प्रेरित करती है।

ऊर्जावान और गैर-ऊर्जा निष्क्रिय सर्किट तत्व
निष्क्रिय सर्किट तत्वों को ऊर्जावान और गैर-ऊर्जावान प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है। जब करंट इसमें से गुजरता है, तो एक एनर्जेटिक पैसिव सर्किट एलिमेंट इसे आपूर्ति की गई कुछ ऊर्जा को गर्मी में बदल देता है। यह नियंत्रण सिद्धांत में विघटनकारी प्रणाली # विघटनकारी प्रणाली है। जब करंट इसमें से गुजरता है, तो एक गैर-ऊर्जा निष्क्रिय सर्किट तत्व इसे आपूर्ति की गई किसी भी ऊर्जा को गर्मी में परिवर्तित नहीं करता है। यह गैर-विघटनकारी है। प्रतिरोधक ऊर्जावान होते हैं। आदर्श कैपेसिटर, इंडक्टर्स, ट्रांसफार्मर और गाइरेटर गैर-ऊर्जावान होते हैं।

इस पृष्ठ में अनुपलब्ध आंतरिक कड़ियों की सूची

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 * मूर्ति प्रोद्योगिकी
 * करणीय
 * खास समय
 * सिग्नल (इलेक्ट्रॉनिक्स)
 * लगातार कश्मीर फिल्टर
 * चरण विलंब
 * एम-व्युत्पन्न फ़िल्टर
 * स्थानांतरण प्रकार्य
 * बहुपदीय फलन
 * लो पास फिल्टर
 * अंतःप्रतीक हस्तक्षेप
 * फ़िल्टर (प्रकाशिकी)
 * युग्मित उपकरण को चार्ज करें
 * गांठदार तत्व
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 * गैराज का दरवाज़ा
 * मुख्य जेब
 * अंतरिक्ष-विज्ञान

अग्रिम पठन

 * &mdash;Very readable introductory discussion on passivity in control systems.
 * &mdash;Good collection of passive stability theorems, but restricted to memoryless one-ports. Readable and formal.
 * &mdash;Somewhat less readable than Chua, and more limited in scope and formality of theorems.
 * &mdash;Gives a definition of passivity for multiports (in contrast to the above), but the overall discussion of passivity is quite limited.
 * &mdash; A pair of memos that have good discussions of passivity.
 * &mdash;A complete exposition of dissipative systems, with emphasis on the celebrated KYP Lemma, and on Willems' dissipativity and its use in Control.