تحدثنا في مقالات سابقة عن الكثير من العناصر الإلكترونية الهامة. و اليوم سنتابع الحديث عن العناصر الأساسية التي تعتمد عليها الدارات الإلكترونية، و هي المكثفات. سنتعرف على تكوينها من الداخل، و علىآلية عملها، و ما هي أهم تطبيقات استخدمها.
ما هي المكثفات capacitor؟
المكثف هو جهاز قادر على تخزين الطاقة في شكل شحنة كهربائية. مقارنة ببطارية من نفس الحجم ، يمكن للمكثف تخزين كمية أقل بكثير من الطاقة ، أصغر بحوالي 10000 مرة ، ولكنه مفيد بدرجة كافية للعديد من تصميمات الدارات الإلكترونية.
بنية المكثفات الداخلية:
يتكون المكثف من لوحين معدنيين ، مفصولة بمادة عازلة تسمى العازل. تكون الألواح موصلة وعادة ما تكون مصنوعة من الألومنيوم أو التنتالوم أو معادن أخرى ، بينما يمكن صنع العازل الكهربائي من أي نوع من المواد العازلة مثل الورق أو الزجاج أو السيراميك أو أي شيء يعيق تدفق التيار.
سعة المكثف ، المقاسة بالفاراد ، تتناسب طرديًا مع مساحة سطح الصفيحتين ، وكذلك السماحية ε للعزل الكهربائي ، بينما المسافة الأصغر بين الصفيحتين تكون السعة أكبر. و الآن سوف نتعرف آلية عمل المكثف.
كيف يعمل المكثف؟
أولاً ، يحتوي المعدن عادةً على كمية متساوية من الجسيمات الموجبة والسالبة ، مما يعني أنه متعادل كهربائيًا.
إذا قمنا بتوصيل مصدر طاقة أو بطارية باللوحات المعدنية للمكثف ، فسيحاول تيار أن يتدفق ، أو ستبدأ الإلكترونات من اللوحة المتصلة بالسلك الموجب للبطارية في التحرك إلى اللوحة المتصلة بالقطب السالب للبطارية البطارية. ومع ذلك ، نظرًا للعزل الكهربائي بين الألواح، لن تتمكن الإلكترونات من المرور عبر المكثف. لذلك ستبدأ في التراكم على اللوحة.
بعد تراكم عدد معين من الإلكترونيات على اللوحة ، لن يكون للبطارية طاقة كافية لدفع أي إلكترونيات جديدة لدخول اللوحة بسبب تنافر تلك الإلكترونيات الموجودة سابقاً.
عند هذه النقطة ، يكون المكثف مشحونًا بالكامل. طورت اللوحة الأولى شحنة سالبة صافية ، بينما طورت اللوحة الثانية شحنة موجبة صافية متساوية. مما أدى إلى إنشاء مجال كهربائي بقوة جذب بينهما والتي تحمل الشحنة.
مبدأ عمل العازل للمكثف:
دعونا نلقي نظرة على كيف يمكن للعزل أن يزيد من سعة المكثف؟. يحتوي العازل الكهربائي على جزيئات قطبية مما يعني أنه يمكنها تغيير اتجاهها بناءً على الشحنات على الصفيحتين. لذا فإن الجزيئات تتماشى مع المجال الكهربائي بطريقة تتيح جذب المزيد من الإلكترونات إلى اللوحة السالبة ، مع منع المزيد من تراكم الشحنة الموجبة.
لذلك ، بمجرد أن يتم شحنها بالكامل ، إذا أزلنا البطارية ، فستحتفظ بالشحنة الكهربائية لفترة طويلة ، وتعمل كمخزن للطاقة.
الآن ، إذا قمنا بقصر طرفي المكثف خلال الحمل ، فسيبدأ التيار في التدفق خلال الحمل. ستبدأ الإلكترونات المتراكمة من اللوحة الأولى في التحرك إلى اللوحة الثانية ، حتى تعود كلتا اللوحين مرة أخرى إلى التعادل الكهربائي.
تطبيقات استخدام المكثفات:
- المكثفات الاسطوانية (الإلتفافية): تعتبر مكثفات الفصل أو المكثفات الالتفافية مثالًا نموذجيًا. غالبًا ما يتم استخدامها جنبًا إلى جنب مع الدارات المتكاملة ويتم وضعها بين مصدر الطاقة وأرض IC. تتمثل مهمتهم في تصفية أي ضوضاء في مصدر الطاقة ، مثل تموجات الجهد التي تحدث عندما ينخفض مصدر الطاقة لفترة قصيرة جدًا من الجهد أو عندما يتم تبديل جزء من الدائرة مما يتسبب في حدوث تقلبات في مصدر الطاقة. في الوقت الذي يحدث فيه انخفاض الجهد ، سيعمل المكثف مؤقتًا كمصدر للطاقة ، متجاوزًا مصدر الطاقة الرئيسي.
- محول تيار متردد إلى تيار مستمر: مثال تطبيق نموذجي آخر هو استخدام المكثف في محولات التيار المستمر. لتحويل جهد التيار المتردد إلى جهد تيار مستمر ، عادة ما يتم استخدام مقومات تعتمد على الديودات ، ولكن بدون مساعدة المكثف لن يكون قادرًا على القيام بالمهمة. حيث يقوم المكثف بتنعيم خرج المحول، لتكون الموجة الناتجة بأفضل شكل.
- تصفية الإشارة: ترشيح الإشارة هو مثال تطبيقي آخر للمكثف. نظرًا لوقت استجابته المحدد ، فهو قادرة على حجب الإشارات ذات التردد المنخفض مع السماح بمرور الترددات الأعلى.
- المكثفات لتخزين الطاقة من الاستخدامات الأخرى الواضحة للمكثفات تخزين الطاقة وإمدادها. على الرغم من أنها يمكن أن تخزن طاقة أقل بكثير مقارنة ببطارية من نفس الحجم ، إلا أن عمرها الافتراضي أفضل بكثير وهي قادرة على توفير الطاقة بشكل أسرع مما يجعلها أكثر ملاءمة للتطبيقات التي تكون فيها الطاقة عالية.
أنواع المكثفات:
- مكثفات سيراميك Ceramic Capacitors.
- مكثفات Film Capacitors.
- Power Film Capacitors.
- المكثفات الكهربائية Electrolytic Capacitors.
- مكثفات الورق Paper Capacitors.
- المكثف الكيميائي.
للمزيد اقرأ:
