تستخدم المحاثات على نطاق واسع مكونات سلبية في الإلكترونيات بعد المقاومات والمكثفات. يخزن الحث المثالي الطاقة في مجال مغناطيسي ويوفر تيار خرج سلس للحمل. ولكن في دائرة عملية ، يحتوي المحرِّض أيضًا على بعض المقاومة منخفضة القيمة المرتبطة بخاصية الحث. أثناء تدفق إمداد التيار المستمر أو لتكون محددة بتردد 0 هرتز ، توفر الحثيات مقاومة لتدفق التيار. يشار إلى مقاومة التيار المستمر هذه باسم DCR والتي تعني مقاومة التيار المستمر. في هذا البرنامج التعليمي سوف نتعلم المزيد عن DCR وكيف يؤثر على أداء الدائرة. سوف نتعلم أيضًا كيفية قياس قيمة DCR للمحث وكيفية تقليل قيمة DCR للمحث أثناء بنائه.
على غرار DCR للمحثات ، تحتوي المكثفات أيضًا على بعض المعلمات غير المثالية المرتبطة بها تسمى مقاومة السلسلة المكافئة (ESR) وسلسلة الحث المكافئ (ESL) ، يمكنك قراءة المقالة عن ESR و ESL في المكثفات لمعرفة المزيد عنها وعنهما أهمية في تصميم الدوائر.
ما هو DCR في المحاثات؟
يشير المصطلح DCR إلى مقاومة DC. تمثل هذه القيمة مقدار المقاومة التي يمكن أن يقدمها محث عند تمرير إشارة تيار مستمر تبلغ 0 هرتز من خلاله. من الناحية العملية ، سيكون لجميع المحرِّضات قيمة صغيرة من DCR المرتبطة بها.
تمثل الصورة أدناه محثًا عمليًا مع محاثة فعلية متسلسلة مع مقاومة صغيرة للتيار المستمر (DCR). يمثل رمز الحث هنا المحاثة والمقاوم المتسلسل معه هو مقاومة التيار المستمر للمحث. من حيث المبدأ ، توفر المحاثات مقاومة منخفضة جدًا للتيار المستمر بتردد منخفض وتوفر مقاومة عالية لمدخلات التردد العالي.
يرجع معدل DCR للمحث إلى مقاومة الملف الذي يستخدمه المحث. تتناسب مقاومة الملف مع طول السلك المستخدم لتشكيل الملف ، كما يتناسب طول الملف مع قيمة الحث للمحث. ومن ثم ، تفرض المحرِّضات ذات القيمة الأعلى مقاومة عالية وتوفر المحرِّضات منخفضة القيمة مقاومة منخفضة. تتطلب القيمة الكبيرة للمحاثة أرقام لف أعلى من المحرِّضات منخفضة القيمة ، وبالتالي زيادة طول السلك النحاسي. يتراوح معدل DCR للمحثات عادةً من أقل بكثير من 1 أوم إلى 3-4 أوم.
الأهمية العملية لـ DCR
نحن نعلم الآن أن المحاثات لها قيمة مقاومة صغيرة معها ، ولكن ما هي المشكلة في ذلك؟ لماذا من المهم مراعاة هذه القيمة الصغيرة للمقاومة أثناء تصميم دائرتنا؟
كون DCR مقاومًا يبدد الحرارة ويقلل من الكفاءة تمامًا مثل أي مقاوم آخر مع انخفاض الجهد عبره. يتم قياس الكفاءة باستخدام الصيغة أدناه
Q = w (L / R)
حيث يسمى Q و Q-عامل. L هو المفاعل الحثي و R هي مقاومة الحث عند تردد معين. تسمى نسبة التفاعل الاستقرائي مع المقاومة عند تردد معين عامل Q. هذا العامل Q ضروري في مختلف التطبيقات. كلما زاد عامل Q ، ستكون الكفاءة أعلى. إذا تم حسابه نظريًا ، يكون للمحث المثالي عامل Q أعلى مقارنة بالعامل الحقيقي. في المحاثات الحقيقية ، يمكن الاعتماد على عامل Q هذا في DCR.
من ناحية التطبيق ، يتم استخدام المحاثات ذات القيمة العالية لعامل Q في دوائر التردد اللاسلكي حيث يتم استخدام مكثف بالتوازي معها لتشكيل دائرة خزان الرنين. في مثل هذه الحالة ، تساعد القيمة العالية لعامل Q للمحث على موازنة التردد العلوي والسفلي لدائرة الطنين التي تعمل بتردد نطاق مستمر.
في التطبيقات المتعلقة بإلكترونيات الطاقة ، تعد القيمة المنخفضة لـ DCR ضرورية لتقليل تبديد الطاقة بالإضافة إلى آثار أقدام الحزمة الصغيرة. سيكون للمحث ذو DCR المنخفض عامل شكل منخفض من المحاثات ذات القيمة العالية لـ DCR. التأثير الرئيسي لـ DCR للمحث هو تبديد الطاقة بسبب مقاومة الملف. يمكن حساب تبديد الطاقة من خلال قانون الطاقة P = I 2 R حيث يكون R مكافئًا لمقاومة Inductors DC و I هو التيار المتدفق خلالها.
كيفية قياس DCR للمحث؟
يقيس معظم الناس مقاومة التيار المستمر (DCR) لمحث عن طريق توصيل مقياس متعدد قياسي عبر المحث يؤدي إلى قياس مقاومة السلك النحاسي. قد يعمل بشكل عادل بما يكفي للمحثات ذات القيمة الكبيرة ، لأن السلك النحاسي كبير بما يكفي لإنتاج قيمة DCR عالية يمكن قياسها بدقة نموذجية متعددة الأمتار.
ولكن بالنسبة للمحث ذي القيمة الأصغر ، تكون قيمة مقاومة التيار المستمر صغيرة جدًا (عادةً في نطاق ميلي أوم) بحيث لا يمكن قياسها بواسطة عدادات متعددة قياسية منخفضة التكلفة. كما تتمتع أسلاك المجسات متعددة المقاييس أيضًا بمقاومة التيار المستمر والتي تضيف ما يصل إلى قيمة DCR مما يؤدي إلى قراءة خاطئة. لذلك ، هناك مشكلة عامة في قياس DCR للمحث.
الطريقة الفعلية لقياس قيمة DCR للمحث هي باستخدام مسار استشعار كلفن عبر العملاء المتوقعين وتطبيق التيار عبر المحث. نظرًا لأن DCR للمحث هو مقاومة التيار المستمر للسلك النحاسي ، فإنه سينتج جهدًا عبر طرف الحث وفقًا لقانون أوم ، V = I x R. يمكن قياس هذا الجهد باستخدام المتر المتعدد. من الواضح أن تقنية القياس هذه لها حدود. قبل إجراء القياس ، يجب أن يكون المرء على دراية ببعض الأشياء المدرجة أدناه.
- الحد الأقصى للتصنيف الحالي للمحثات. يجب ألا يتجاوز التيار الحد الأقصى للتصنيف الحالي المنصوص عليه في ورقة بيانات الحث.
- اللوح غير مناسب لقياس DCR للمحثات لأن اتصال اللوح يساهم أيضًا في الضوضاء والمقاومة.
- من الجيد استخدام ثنائي الفينيل متعدد الكلور المناسب مع نقاط الاختبار فقط ، والموصلات الحالية والداخلية ومكونات الوسادات التي تحمل تركيبات لتجنب اللحام.
توضح الصورة أدناه الدائرة لقياس قيمة DCR للمحث. الحث الموضح هنا هو محث مثالي ومقاومة التيار المستمر هي مقاومة السلسلة المكافئة. خط المعنى هو خطوط إحساس كلفن.
لنفترض أن المحرِّض المستخدم هنا له تصنيف تيار مستمر قدره 1 أ. إذن نحن تيار الإدخال هنا سيكون 1A. ستكون القيمة الأعلى لتيار الإدخال الأعلى هي دقة قيمة DCR المقاسة ، ولكن إذا لم يتمكن المحث الخاص بك من التعامل مع التيارات عالية القيمة المنخفضة الحالية ، فيمكن أيضًا استخدام.
بعد مرور التيار ، يجب قياس انخفاض الجهد عبر خيوط المحث. افترض أن انخفاض الجهد عبر المحرِّض تم حسابه عند حوالي 50 مللي فولت. بعد ذلك ، يمكن حساب DCR لهذا المحث على أنه
V = I x R R = V / I R = 0.05 / 1 R = 0.05 أوم
كيفية تقليل DCR أثناء بناء الحث
لا تتمتع قيمة DCR للمحث بأي ميزة كبيرة ، ومن ثم فمن الأفضل دائمًا اختيار محث ذي قيمة DCR منخفضة. عادة عندما يتم إنشاء أو تصميم المحاثات ، يتم أيضًا مراعاة معامل DCR. يجب أن يكون معدل DCR للمحث منخفضًا جدًا بحيث لا يمنع المحرِّض تدفق تيار التيار المستمر. يتم استخدام التقنيات التالية لتقليل قيمة DCR للمحث
1. تعتمد المقاومة على طول وسمك الأسلاك النحاسية. لتقليل مقاومة التيار المستمر لمحث ، بدلاً من سلك واحد ، يمكن إصابة عدة أسلاك بالتوازي. بسبب هذا الاتصال ، تصبح المقاومة الناتجة أقل. ضع في اعتبارك سلكًا نحاسيًا واحدًا مع بعض القيمة x للمقاومة. إذا تم توصيل العديد من هذه الأسلاك بشكل متوازٍ ، فسيتم تقليل المقاومة المكافئة لأن المقاومات على التوازي سيكون لها مقاومة مكافئة منخفضة كناتج.
2. زيادة مساحة المقطع العرضي للسلك النحاسي تقلل من مقاومة التيار المستمر للمحثات. لذلك ، فإن الأسلاك السميكة مفيدة لتقليل DCR.
3. أسلوب آخر هو استخدام الأسلاك النحاسية المسطحة بدلاً من الأسلاك النحاسية المستديرة. الأسلاك المسطحة لها مساحة كبيرة مقارنة بالأسلاك المستديرة. هذا مفيد أيضًا لتقليل المقاومة الكلية.
الصورة أدناه عبارة عن مغو تم إنشاؤه باستخدام سلك مسطح. الشركة المصنعة هي Wurth Electronics ورقم الجزء هو 7443641000. وفقًا لورقة البيانات ، يحتوي المحث على محاثة تبلغ 10uH ومقاومة التيار المستمر هي 2.4 ميلي أوم عند 20 درجة مئوية.
4. توفر ورقة بيانات المحث تصنيفات المحث حيث يتم تحديد الحد الأقصى لقيمة DCR. تختلف هذه القيمة حسب درجة الحرارة. يُنصح باستخدام المحرِّض في حالة درجة حرارة محيطة معينة لتشغيلها في منطقة قيمة DCR الدنيا.
لذا فإن DCR للمحث هو عامل مهم ويجب مراعاته أثناء تصميم أي دائرة.