المكثف هو أحد المكونات الإلكترونية الأكثر استخدامًا. لديها القدرة على تخزين الطاقة بداخلها ، على شكل شحنة كهربائية تنتج جهدًا ثابتًا (فرق الجهد) عبر ألواحها. ببساطة ، المكثف مشابه لبطارية صغيرة قابلة لإعادة الشحن. المكثف هو مجرد مزيج من صفيحتين موصلة أو معدنية متوازية ، ويتم فصلهما كهربائياً بواسطة طبقة عازلة جيدة (تسمى أيضًا عازلة) مكونة من ورق مشمع ، وماكا ، وسيراميك ، وبلاستيك ، إلخ.
يوجد العديد من تطبيقات المكثف في الإلكترونيات ، بعضها مذكور أدناه:
- تخزين الطاقة
- تكييف الطاقة
- تصحيح معامل القدرة
- الترشيح
- المذبذبات
الآن ، النقطة هي كيف يعمل المكثف ؟ عندما تقوم بتوصيل مزود الطاقة بالمكثف ، فإنه يحجب التيار المستمر بسبب الطبقة العازلة ، ويسمح للجهد بالتواجد عبر الألواح على شكل شحنة كهربائية. لذا ، فأنت تعرف كيف يعمل المكثف وما هي استخداماته أو تطبيقاته ، لكن عليك أن تتعلم كيفية استخدام المكثف في الدوائر الإلكترونية.
كيفية توصيل مكثف في الدائرة الإلكترونية؟
هنا ، سوف نوضح لك اتصالات المكثف والتأثير الناتج عنه بأمثلة.
- مكثف في سلسلة
- مكثف بالتوازي
- مكثف في دائرة التيار المتردد
مكثف في سلسلة الدائرة
في الدائرة ، عندما تقوم بتوصيل المكثفات في سلسلة كما هو موضح في الصورة أعلاه ، فإن السعة الكلية تقل. التيار من خلال المكثفات في السلسلة متساوٍ (على سبيل المثال ، i T = i 1 = i 2 = i 3 = i n). ومن ثم ، فإن الشحنة المخزنة بواسطة المكثفات هي نفسها أيضًا (أي Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3) ، لأن الشحنة المخزنة بواسطة لوحة من أي مكثف تأتي من لوحة المكثف المجاور في الدائرة.
من خلال تطبيق قانون الجهد كيرشوف (KVL) في الدائرة ، لدينا
V T = V C1 + V C2 + V C3… المعادلة (1)
كما نعلم،
Q = CV لذا ، V = Q / C
حيث ، V C1 = Q / C 1 ؛ V C2 = Q / C 2 ؛ V C3 = Q / C 3
الآن ، عند وضع القيم أعلاه في المعادلة (1)
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3)
بالنسبة لعدد n من المكثفات في السلسلة ، ستكون المعادلة
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3) +…. + (1 / Cn)
ومن ثم ، فإن المعادلة أعلاه هي معادلة المكثفات المتسلسلة.
حيث C T = السعة الكلية للدائرة
C 1 … n = مكثفات السعة
يتم تحديد معادلة السعة لحالتين خاصتين أدناه:
الحالة الأولى: إذا كان هناك مكثفان في السلسلة ، بقيمة مختلفة ، فسيتم التعبير عن السعة على النحو التالي:
(1 / C T) = (C 1 + C 2) / (C 1 * C 2) أو ، C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2)… المعادلة (2)
الحالة الثانية: إذا كان هناك مكثفان في السلسلة ، بنفس القيمة ، فسيتم التعبير عن السعة على النحو التالي:
(1 / C T) = 2C / C 2 = 2 / C أو C T = C / 2
مثال لدائرة مكثف السلسلة:
الآن ، في المثال أدناه سوف نوضح لك كيفية حساب السعة الكلية وهبوط الجهد الفردي جذر متوسط التربيع عبر كل مكثف.
وفقًا لمخطط الدائرة أعلاه ، يوجد مكثفان متصلان في سلسلة بقيم مختلفة. لذا ، فإن انخفاض الجهد عبر المكثفات غير متساوٍ أيضًا. إذا قمنا بتوصيل مكثفين بنفس القيمة ، فإن انخفاض الجهد هو نفسه أيضًا.
الآن ، بالنسبة للقيمة الإجمالية للسعة ، سنستخدم الصيغة من المعادلة (2)
لذلك ، C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2) هنا ، C 1 = 4.7uf و C 2 = 1uf C T = (4.7uf * 1uf) / (4.7uf + 1uf) C T = 4.7 فائق التوهج / 5.7 فائق التوهج C T = 0.824 فائق التوهج
الآن ، انخفاض الجهد عبر المكثف C 1 هو:
VC 1 = (C T / C 1) * V T VC 1 = (0.824uf / 4.7uf) * 12 VC 1 = 2.103V
الآن ، انخفاض الجهد عبر المكثف C 2 هو:
VC 2 = (C T / C 2) * V T VC 2 = (0.824uf / 1uf) * 12 VC 2 = 9.88V
مكثف في دائرة متوازية
عندما تقوم بتوصيل المكثفات على التوازي ، فإن السعة الكلية ستكون مساوية لمجموع كل مكثفات السعة. لأن اللوحة العلوية لجميع المكثفات متصلة ببعضها البعض واللوحة السفلية أيضًا. لذلك ، من خلال لمس بعضها البعض ، يتم أيضًا زيادة مساحة اللوحة الفعالة. لذلك ، السعة تتناسب مع نسبة المساحة والمسافة.
من خلال تطبيق قانون كيرشوف الحالي (KCL) في الدائرة المذكورة أعلاه ،
أنا T = أنا 1 + أنا 2 + أنا 3
كما نعلم ، يتم التعبير عن التيار عبر مكثف على النحو التالي ؛
i = C (dV / dt) لذا ، i T = C 1 (dV / dt) + C 2 (dV / dt) + C 3 (dV / dt) و ، i T= (C 1 + C 2 + C 3) * (dV / dt) i T = C T (dV / dt)… المعادلة (3)
من المعادلة (3) ، تكون معادلة السعة الموازية:
C T = C 1 + C 2 + C 3
بالنسبة لعدد n من المكثفات المتصلة بالتوازي ، يتم التعبير عن المعادلة أعلاه على النحو التالي:
C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + Cn
مثال لدائرة المكثف المتوازية
في الرسم البياني أدناه ، توجد ثلاثة مكثفات متصلة بالتوازي. نظرًا لأن هذه المكثفات متصلة بالتوازي ، فإن السعة المكافئة أو الكلية ستكون مساوية لمجموع السعة الفردية.
C T = C 1 + C 2 + C 3 حيث ، C 1 = 4.7uf ؛ C 2 = 1uf و C 3 = 0.1uf لذا ، C T = (4.7 +1 + 0.1) uf C T = 5.8 فائق التوهج
مكثف في دوائر التيار المتردد
عند توصيل مكثف بمصدر تيار مستمر ، يبدأ المكثف في الشحن ببطء. وعندما يكون جهد تيار الشحن للمكثف مساويًا لجهد الإمداد ، يُقال إنه مشحون بالكامل. هنا ، في هذه الحالة ، يعمل المكثف كمصدر للطاقة طالما تم تطبيق الجهد. أيضًا ، لا تسمح المكثفات للتيار بالمرور خلالها بعد أن يتم شحنها بالكامل.
عندما يتم توفير جهد التيار المتردد للمكثف كما هو موضح أعلاه في الدائرة السعوية البحتة. ثم يقوم المكثف بالشحن والتفريغ بشكل مستمر لكل مستوى جهد جديد (الشحنات على مستوى الجهد الإيجابي والتفريغ على مستوى الجهد السالب). تعتمد سعة المكثف في دوائر التيار المتردد على تردد جهد الدخل المزود للدائرة. التيار يتناسب طرديا مع معدل تغير الجهد المطبق على الدائرة.
أنا = dQ / dt = C (dV / dt)
مخطط Phasor للمكثف في دائرة التيار المتردد
كما ترى مخطط الطور لمكثف التيار المتردد في الصورة أدناه ، يتم تمثيل التيار والجهد في موجة جيبية. عند الملاحظة ، عند 0 charging يكون تيار الشحن في ذروته بسبب زيادة الجهد في الاتجاه الإيجابي بشكل مطرد.
الآن ، عند 90 درجة لا يوجد تدفق للتيار عبر المكثف لأن جهد التغذية يصل إلى القيمة القصوى. عند 180 درجة يبدأ الجهد في التناقص ببطء إلى الصفر ويصل التيار إلى أقصى قيمة في الاتجاه السلبي. ومرة أخرى ، يصل الشحن إلى ذروته عند 360 درجة ، نظرًا لأن جهد الإمداد عند قيمته الدنيا.
لذلك ، من الشكل الموجي أعلاه يمكننا أن نلاحظ أن التيار يقود الجهد بمقدار 90 درجة. لذلك ، يمكننا القول أن جهد التيار المتردد يتخلف عن التيار بمقدار 90 درجة في دائرة مكثف مثالية.
مفاعلة المكثف (Xc) في دائرة التيار المتردد
ضع في اعتبارك مخطط الدائرة أعلاه ، كما نعلم ، يتم التعبير عن جهد دخل التيار المتردد على النحو التالي ،
V = V م الخطيئة بالوزن
وشحنة المكثف Q = CV ،
إذن ، Q = CV m Sin wt
والتيار عبر مكثف ، i = dQ / dt
وبالتالي،
i = d (CV m Sin wt) / dt i = C * d (V m Sin wt) / dt i = C * V m Cos wt * w i = w * C * V m Sin (wt + / 2) في ، wt = 0 sin (wt + / 2) = 1 وبالتالي ، i m = wCV m V m / i m = 1 / wC
كما نعلم ، w = 2πf
وبالتالي،
المفاعلة السعوية (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC
مثال للمفاعلة السعوية في دائرة التيار المتردد
رسم بياني
لنفكر في قيمة C = 2.2 فائق التوهج والجهد الكهربائي V = 230 فولت ، 50 هرتز
الآن ، المفاعلة السعوية (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC هنا ، C = 2.2uf ، و f = 50Hz لذا ، Xc = 1/2 * 3.1414 * 50 * 2.2 * 10 -6 Xc = 1446.86 أوم