ما هو المكثف وما هو؟

تعريف

كلمة مكثف تأتي من "مكثف" اللاتينية ، والتي تترجم على أنها "تراكم". في الفيزياء ، يستخدم هذا المصطلح لوصف مجموعة كاملة من المنتجات الكهربائية التي تهدف إلى العمل كجهاز تخزين للطاقة. تعتمد كمية الطاقة المخزنة على سعة ومربع الجهد على لوحاتها مقسومًا على 2. علاوة على ذلك ، يتدفق التيار من خلالها فقط أثناء الشحن. لكن أول الأشياء أولاً.

E = (CU²)/2

بعبارات بسيطة ، المكثف هو جهاز يمكنه تخزين الطاقة فيه الحقل الكهربائي. في أبسط نسخة ، يتكون من اثنين من الموصلات (لوحات) ، مفصولة بعازل كهربائي. في الشكل أدناه ، ترى رسمًا مبسطًا للجهاز الخارجي لمكثف مسطح. يمثل الرمز على الرسم البياني 2 ميزات بارتفاع 8 مم ، على مسافة 1.5 مم عن بعضها البعض.

مبدأ التشغيل

الآن بعد أن عرفنا كيف يشار إلى هذا العنصر على الرسوم البيانية ، نحتاج إلى النظر في مبدأ تشغيل المكثف. عندما يتم توصيل لوحات المكثف بمصدر طاقة ، فإن الشحنات الكهربائية من المحطات الموجبة والسالبة لعنوان IP تندفع إلى اللوحات ، وتتراكم عليها.

ينقطع التيار الكهربائي بعد شحن المكثف إلى السعة الاسمية ، نظرًا لوجود طبقة عازلة بين الصفائح ، لا يمكن أن تتدفق باستمرار. عندما يتم إيقاف تشغيل مصدر الطاقة ، ستظل الشحنات على المكثف ، مما يعني أن الجهد عند أطرافه سيبقى.

الرسوم المتراكمة على كل من اللوحات متقابلة. وفقًا لذلك ، يتم شحن الغطاء الذي تم توصيله بالمطراف الموجب لمصدر الطاقة بشكل إيجابي ، والغطاء المتصل بالمطراف السالب يكون سالبًا. يعتمد مبدأ تشغيل هذا المنتج على جاذبية الشحنات المعاكسة في الدائرة الكهربائية.

بكلمات بسيطة ، سيوفر المكثف الطاقة التي تم نقلها من مصدر الطاقة - وهذا هو غرضه. ومع ذلك ، في الممارسة العملية هناك مجموعة متنوعة من الخسائر والتسريبات.

مثير للإعجاب! ليدن بانك هو نموذج أولي للمكثفات الحديثة ولدت عام 1745. كان هذا الجهاز قادرًا على تراكم الطاقة واستخراج الشرر عندما تم إغلاق لوحاته. المظهر والتصميم الذي تراه أدناه.

وفي الشكل أدناه ، ترى إنشاء أبسط مكثف مسطح - لوحان مفصولان بواسطة عازل:

نظرًا لأن السعة تتناسب بشكل مباشر مع مساحة الألواح وتتناسب عكسًا مع المسافة بينهما ، من أجل زيادة السعة ، طور المهندسون عددًا من أشكال المكثفات الأخرى.على سبيل المثال ، الألواح الحلزونية الملفوفة - لذلك أصبحت مساحتها أكبر عدة مرات بنفس الأبعاد الكلية ، بالإضافة إلى الحلول الأسطوانية والكروية.

ينص أحد قوانين التبديل على أن الجهد عبر لوحات المكثف لا يمكن أن يتغير فجأة ، كما هو موضح في الصورة المصغرة التالية.

الأنواع

يمكن تصنيف المكثفات وفقًا لمعايير مختلفة.

من خلال ثبات القدرة:

• دائم.
• المتغيرات يمكن تغيير قدرتها إما يدويًا بواسطة مشغل (مستخدم) الجهاز ، أو تحت تأثير الجهد (كما في varicaps و varicondas).

بواسطة قطبية الجهد المطبق:

• غير القطبية - يمكن أن تعمل في دوائر التيار المتناوب.
• القطبية - عندما يتم توصيل جهد القطبية الخاطئة ، فإنها تفشل.

اعتمادًا على مكان استخدام هذه المكونات ، تتميز الخيارات المختلفة بمادة:

• الورق والورق شائعان للعديد من المكثفات الشائعة في العصر السوفيتي في شكل طوب مستطيل بعلامات مثل "MBHCH". مظهر هذا النوع من المكثفات التي تراها أدناه. هم غير قطبية.
• السيراميك - غالبًا ما يقوم بترشيح الضوضاء عالية التردد ، وتسمح لك السماحية النسبية بعمل مكونات متعددة الطبقات بسعة مماثلة للشوارد (باهظة الثمن) ، وليست حساسة للقطبية.
• الفيلم - يتم توزيعه على شكل منصات بنية غير مكلفة ، يتم استخدامه في كل مكان. تتميز بتيار التسرب المنخفض ، السعة الصغيرة ، جهد التشغيل العالي وعدم الحساسية لقطبية الجهد المطبق.
• مع عازل هواء. أفضل مثال على هذا العنصر هو مكثف الضبط للدائرة الرنانة من جهاز استقبال الراديو ، وقدرة هذه العناصر صغيرة ، ولكنها ملائمة لتحقيق التغيير.
• Electrolytic هي عناصر في شكل براميل ؛ غالبًا ما يتم تثبيتها كمرشح لنبضات الشبكة في مصدر الطاقة. يتيح التصميم ومبدأ التشغيل الحصول على سعة كبيرة بحجم صغير ، ولكن بمرور الوقت يمكن أن يجفوا أو يفقدوا السعة أو يتورموا. كيف تبدو هذه المنتجات في حالة جيدة كما ترون أدناه. كعازل ، يتم استخدام طبقة رقيقة من أكسيد الفلز. إذا كان مزود الطاقة يستخدم المكثفات مع عازل من AL₂يا₃ - ما يسمى ب "إلكتروليتات الألومنيوم" ، ثم للعمل في دوائر عالية التردد - استخدم التنتالوم (Ta₂0₅ - تنطبق أيضًا على المكثفات الإلكتروليتية ، لأنها تحتوي على تيار تسرب أقل ، ومقاومة أكبر للتأثيرات الخارجية ، على عكس تلك السابقة من الألمنيوم.
• بوليمر - قادر على تحمل التيارات النبضية الكبيرة ، يعمل في درجات حرارة منخفضة

المواصفات الرئيسية

إذا كنت تقوم بإصلاح أو تطوير جهاز إلكتروني ، فستحتاج إلى تحديد المكثف المناسب لاستبدال المكثف الفاشل. ولهذا تحتاج إلى التعرف على الخصائص التقنية الرئيسية للمكثف ، والتي يعتمد عليها تشغيلها في الدائرة الكهربائية.

تصنيف القدرة. يميز الغرض الرئيسي للمكون - ما هو نوع الشحنة التي يمكن تخزينها. السمة الرئيسية تقاس بالفاراد [f]. ومع ذلك ، فإن وحدة القياس هذه كبيرة جدًا ، لذلك يتم استخدام الأسهم:

• Milifarads ، mF - 0 ، 001 F (10^-3);
• الميكروفاراد ، الميكروفاراد - 0 ، 000 001 ف (10^-6);
• Nanofarads ، nF - 0 ، 000000 001 F (10^-9);
• Picofarads ، pF - 0 ، 000 ، 000 ، 001 ف (10^-12).

الجهد المقنن هو الجهد الذي يمكن ضمان مكثف العمل به في الوضع العادي. إذا تم تجاوز هذه القيمة ، فمن المرجح للغاية انهيار عازل. يمكن أن يكون من وحدات فولت (للكهارل) وحتى آلاف فولت (فيلم وسيراميك). عند الإصلاح ، يجب ألا تقل هذه القيمة عن القيمة الفاشلة ، أعلى - من الممكن!

تحمل الانحراف - مقدار السعة الفعلية التي قد تختلف عن السعة الاسمية المعلنة. يمكن أن تصل إلى 20-30 ٪ ، ولكن هناك أيضًا نماذج عالية الدقة مع تحمل يصل إلى 1 ٪ - للاستخدام في الدوائر التي تتطلب دقة خاصة.

معامل درجة حرارة السعة - هذه المعلمة مهمة للشوارد. في المكثفات المصنوعة من الألومنيوم ، عندما تنخفض درجة الحرارة ، تنخفض السعة وتزداد المقاومة الكهربائية (في ESR)

ESR - مقاومة السلسلة المكافئة ، مهمة أيضًا للشوارد. بعبارات بسيطة - كلما كان أكبر ، كلما كان أسوأ. في الكندور المتورم ، يرتفع ESR.

في الجدول أدناه ، ترى قيم ESR المسموح بها لمختلف السعات والفولتية المصنفة.

أين ولما يتم تطبيقه

ومع ذلك ، سوف نجيب على السؤال "ما الغرض من المكثف؟" من وجهة نظر عملية. للقيام بذلك ، ضع في اعتبارك العديد من المخططات.

يتم استخدام المكثفات الإلكتروليتية على نطاق واسع كمرشح تموج لموجة الشبكة في مصادر الطاقة. يوضح الرسم البياني أدناه مكان تركيب المنحل بالكهرباء. كلما زاد الحمل ، زادت سعة المنحل بالكهرباء لتنعيم التموج.

المكان التالي حيث يتم استخدام المكثفات هي مرشحات تمرير عالية ومنخفضة. يوضح الرسم البياني أدناه شوائب نموذجية. وهكذا ، في مكبرات الصوت ، يتم تربيتها باس ، الترددات المتوسطة والعالية على طول مكبرات الصوت دون استخدام المكونات النشطة.

غالبًا ما يتم استخدام إمدادات طاقة الصابورة لشحن البطاريات الصغيرة وتشغيل الأجهزة منخفضة الطاقة ، مثل لمبات LED رخيصة وأجهزة الراديو وغيرها. يتم تثبيت مكثف الفيلم في سلسلة مع جهاز الإمداد ، مما يحد من التيار بسبب مفاعلته - وهذا هو مبدأ تشغيل مثل هذه الدائرة البسيطة.

Snabbers هي أجهزة مصممة لحماية مفاتيح أشباه الموصلات وترحيل جهات الاتصال من تبديل الأحمال. في وحدات PSU النبضية عالية التردد الحديثة ، يتم استخدام المتلصصين من المقاوم والمكثف ، وبالتالي تحسين المعلمات الرئيسية في الدائرة وتقليل الحمل على المفاتيح ، بالإضافة إلى فقدان الطاقة عند تسخينها. مبدأ تشغيل snubber هو إبطاء جبهات النمو وانحلال الجهد على المفتاح بسبب استخدام وقت الشحن المستمر للسعة.

استنتاج

لقد درسنا ما هو المكثف ، وكيف تم تصميمه والوظيفة التي يؤديها. لإجراء دراسة أعمق ، تحتاج إلى التعرف عن كثب على أنواع المكثفات وميزاتها العملية في مختلف الدوائر والتطبيقات. لذلك ، على سبيل المثال ، في الحالات التي تتطلب دقة خاصة في التشغيل والموثوقية ، يتم استخدام إلكتروليتات ESR منخفضة أو إلكترونات التنتالوم ، في حين لا يوجد فرق خاص في المرشح على المقوم ما يجب وضعه.

في النهاية ، نوصي بمشاهدة مقاطع فيديو مفيدة حول موضوع المقالة:

اقرأ أيضًا:

• ما هي الموصلات وأشباه الموصلات والعوازل
• ما هي السعة الكهربائية
• طرق تحديد سعة المكثف