निष्क्रियता (इंजीनियरिंग)

निष्क्रियता इंजीनियरिंग प्रणालियों का एक गुण है, जो सामान्यतः एनालॉग इलेक्ट्रॉनिक्स और नियंत्रण प्रणालियों में पाया जाता है। सामान्यतः एनालॉग डिजाइनर निष्क्रियता का उपयोग वृद्धिशील रूप से निष्क्रिय घटकों और प्रणालियों को संदर्भित करने के लिए करते हैं, जो विद्युत हासिल करने में असमर्थ हैं। इसके विपरीत, नियंत्रण प्रणाली इंजीनियर ऊष्मागतिक रूप से निष्क्रिय लोगों को संदर्भित करने के लिए निष्क्रियता का उपयोग करेंगे, जो ऊर्जा का उपभोग करते हैं, लेकिन उत्पादन नहीं करते हैं। इस प्रकार, संदर्भ या गुणक के बिना, निष्क्रिय शब्द अस्पष्ट है।

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

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

ऊष्मागतिक निष्क्रियता
नियंत्रण प्रणालियों और परिपथ नेटवर्क सिद्धांत में, एक निष्क्रिय घटक या परिपथ वह होता है जो ऊर्जा की खपत करता है, लेकिन ऊर्जा का उत्पादन नहीं करता है। इस पद्धति के तहत, वोल्टेज और वर्तमान स्रोतों को सक्रिय माना जाता है, जबकि प्रतिरोधक, संधारित्र, प्रेरक, ट्रांजिस्टर, टनल डायोड, मेटामटेरियल्स और अन्य विघटनकारी और ऊर्जा-तटस्थ घटकों को निष्क्रिय माना जाता है। परिपथ डिजाइनर कभी-कभी घटकों के इस वर्ग को विघटनकारी, या ऊष्मागतिक रूप से निष्क्रिय के रूप में संदर्भित करेंगे।

जबकि कई किताबें निष्क्रियता के लिए परिभाषाएँ देती हैं, इनमें से कई में प्रारंभिक स्थितियों के इलाज के तरीके में सूक्ष्म त्रुटियाँ होती हैं और कभी-कभी परिभाषाएँ स्मृति के साथ सभी प्रकार के गैर-रेखीय समय-भिन्न प्रणालियों के लिए सामान्यीकृत नहीं होती हैं। नीचे एक सही, औपचारिक परिभाषा दी गई है, जो व्याट एट अल से ली गई है। जो कई अन्य परिभाषाओं के साथ समस्याओं की व्याख्या भी करता है। राज्य प्रतिनिधित्व एस और प्रारंभिक स्थिति एक्स के साथ एन-पोर्ट आर को देखते हुए, उपलब्ध ऊर्जा ईए को इस प्रकार परिभाषित करें:


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

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

वृद्धिशील निष्क्रियता
परिपथ डिज़ाइन में, अनौपचारिक रूप से, निष्क्रिय घटक उन घटकों को संदर्भित करते हैं जो विद्युत प्राप्त करने में सक्षम नहीं हैं; इसका मतलब है कि वे संकेतों को प्रवर्धित नहीं कर सकते। इस परिभाषा के तहत, निष्क्रिय घटकों में संधारित्र, प्रेरक, रेसिस्टर्स, डायोड, ट्रांसफार्मर, वोल्टेज स्रोत और वर्तमान स्रोत शामिल हैं। इनमें ट्रांजिस्टर, वैक्यूम ट्यूब, रिले, टनल डायोड और ग्लो ट्यूब जैसे उपकरण शामिल नहीं हैं। औपचारिक रूप से, स्मृतिहीन दो-टर्मिनल तत्व के लिए, इसका मतलब है कि वर्तमान-वोल्टेज विशेषता नीरस रूप से बढ़ रही है। इस कारण से, नियंत्रण प्रणाली और परिपथ नेटवर्क सिद्धांतकार इन उपकरणों को स्थानीय रूप से निष्क्रिय, वृद्धिशील रूप से निष्क्रिय, बढ़ते हुए, मोनोटोन बढ़ते हुए, या मोनोटोनिक के रूप में संदर्भित करते हैं। यह स्पष्ट नहीं है कि मेमोरी के साथ मल्टीपोर्ट उपकरणों के लिए इस परिभाषा को कैसे औपचारिक रूप दिया जाएगा - एक व्यावहारिक मामले के रूप में, परिपथ डिजाइनर इस शब्द का उपयोग अनौपचारिक रूप से करते हैं, इसलिए इसे औपचारिक रूप देना आवश्यक नहीं हो सकता है।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 ऊष्मागतिक 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 कार्य में कोई भी संतुलित और असंतुलित लाइनों के बीच निष्क्रिय और सक्रिय दोनों प्रकार के कन्वर्टर्स पा सकता है। एक निष्क्रिय बलून कनवर्टर सामान्यतः अपेक्षित कनेक्टर के साथ-साथ केवल एक ट्रांसफार्मर होता है, जबकि एक सक्रिय में सामान्यतः एक अंतर ड्राइव या एक इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर होता है।

निष्क्रियता की अन्य परिभाषाएं
इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियरिंग में, ऐसे उपकरण जो लाभ या सुधारात्मक कार्य प्रदर्शित करते हैं (जैसे डायोड) को सक्रिय माना जाता है। केवल प्रतिरोधक, संधारित्र, प्रेरक, ट्रांसफार्मर और जाइरेटर को निष्क्रिय माना जाता है।  अमूर्त सिद्धांत के संदर्भ में, डायोड को गैर-रैखिक प्रतिरोधक माना जा सकता है, लेकिन किसी प्रतिरोधक में गैर-रैखिकता सामान्य रूप से दिशात्मक नहीं होगी, जो वह गुण है जिसके कारण डायोड को सक्रिय के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। संयुक्त राज्य अमेरिका पेटेंट और ट्रेडमार्क कार्यालय डायोड को सक्रिय उपकरणों के रूप में वर्गीकृत करने वाले संगठनों में से एक है।

वे सिस्टम जिनके लिए छोटा सिग्नल मॉडल निष्क्रिय नहीं है, उन्हें कभी-कभी स्थानीय रूप से सक्रिय कहा जाता है (जैसे ट्रांजिस्टर और टनल डायोड)। ऐसी प्रणालियाँ जो समय-परिवर्तित अप्रभावित स्थिति के बारे में विद्युत उत्पन्न कर सकती हैं, उन्हें अक्सर पैरामीट्रिक रूप से सक्रिय कहा जाता है (उदाहरण के लिए कुछ प्रकार के नॉनलाइनियर संधारित्र)।

स्थिरता
अधिकांश मामलों में, निष्क्रियता का उपयोग यह प्रदर्शित करने के लिए किया जा सकता है कि निष्क्रिय परिपथ विशिष्ट मानदंडों के तहत स्थिर होंगे। 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 मिश्रित किया जाता है, तो सिस्टम किसी भी मानदंड के तहत अस्थिर हो सकता है। इसके अलावा, सभी स्थिरता मानदंडों के तहत निष्क्रिय परिपथ आवश्यक रूप से स्थिर नहीं होंगे। उदाहरण के लिए, एक गुंजयमान श्रृंखला एलसी परिपथ में एक बाध्य वोल्टेज इनपुट के लिए असीमित वोल्टेज आउटपुट होगा, लेकिन ल्यपुनोव के अर्थ में स्थिर होगा, और दिए गए बाध्य ऊर्जा इनपुट में बाध्य ऊर्जा आउटपुट होगा।

स्थिर नियंत्रण प्रणालियों को डिज़ाइन 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। निष्क्रियता का उपयोग परिपथ डिज़ाइन के कुछ क्षेत्रों, विशेष रूप से फ़िल्टर डिज़ाइन में भी किया जाता है।

निष्क्रिय फ़िल्टर
निष्क्रिय फ़िल्टर एक प्रकार का इलेक्ट्रॉनिक फ़िल्टर है जो केवल निष्क्रिय घटकों से बनाया जाता 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, संधारित्र, प्रेरक और ट्रांसफार्मर से बने होते हैं। अधिक जटिल निष्क्रिय फ़िल्टर में गैर-रेखीय तत्व, या अधिक जटिल रैखिक तत्व, जैसे ट्रांसमिशन लाइनें शामिल हो सकती हैं।

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
 * विद्युत 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

इनका उपयोग सामान्यतः स्पीकर क्रॉसओवर डिज़ाइन (मामूली बड़े वोल्टेज और करंट के कारण, और विद्युत आपूर्ति तक आसान पहुंच की कमी के कारण), विद्युत वितरण नेटवर्क में फिल्टर (बड़े वोल्टेज और करंट के कारण), विद्युत आपूर्ति को बायपास करने (के कारण) में किया जाता है। कम लागत के लिए, और कुछ मामलों में, विद्युत की आवश्यकताओं के लिए), साथ ही विभिन्न प्रकार के अलग और घरेलू ब्रू परिपथ (कम लागत और सरलता के लिए)। मोनोलिथिक इंटीग्रेटेड परिपथ डिजाइन में निष्क्रिय फिल्टर असामान्य हैं, जहां सक्रिय उपकरण प्रतिरोधक और संधारित्र की तुलना में सस्ते होते हैं, और प्रेरक निषेधात्मक रूप से महंगे होते हैं। हालाँकि, निष्क्रिय फ़िल्टर अभी भी हाइब्रिड एकीकृत परिपथ में पाए जाते हैं। दरअसल, 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 परिपथ तत्व
निष्क्रिय परिपथ तत्वों को ऊर्जावान और गैर-ऊर्जावान प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है। जब करंट इससे होकर गुजरता है, तो एक ऊर्जावान निष्क्रिय परिपथ तत्व इसे आपूर्ति की गई कुछ ऊर्जा को गर्मी में परिवर्तित कर देता है। यह विघटनकारी है. जब करंट इससे होकर गुजरता है, तो एक गैर-ऊर्जावान निष्क्रिय परिपथ तत्व इसे आपूर्ति की गई किसी भी ऊर्जा को गर्मी में परिवर्तित नहीं करता है। यह अपव्यय नहीं है. प्रतिरोधक ऊर्जावान होते हैं। आदर्श संधारित्र, प्रेरक, ट्रांसफार्मर और जाइरेटर गैर-ऊर्जावान हैं।

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 * 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.