الدرس الثاني :
المكثفات:
بشكل عام هوهو عباره عن لوحين معدنيين وبينهم عازل.
مثال مبسط على استخدامه
ماذا يحدث لو وصلنا المكثف مع بطاريه بهذا الشكل ؟
المكثف سيظل يشحن حتى يصل لقيمه البطاريه وبعد ذلك يتوقف الشحن.
بشكل عام تنقسم المكثفات لقسمين رئيسيين هما مكثفات التطبيقات الصناعية و مكثفات الدوائر الإلكترونية.
مكثفات التطبيقات الصناعية
وهي المستخدمة مع الآلات والموتورات كبادئ إدارة أو مساعد بدء تشغيل للموتورات وتحسين معامل القدرة للمكونات كمصابيح الفلوريسنت أو للموقع ككل وتكون عادة بقيم 1 ميكروفاراد فأكبر .
تشترك هذه المكثفات بأنها تتعرض لجهود مترددة عالية 220 أو اعلى وتصل إلى اكثر من ألف فولت أحيانا كثيرة و أيضا يمر فيها تيار كبير بدء من 0.01 أمبير إلى بضع مئات فى حالات تحسين معامل القدرة
لذلك تكون كلها عديمة القطبية ، تتحمل جهود عالية ، صلبة ميكانيكيا ، ذات كفاءة عالية لتقليل الحرارة الناتجة ، جيدة التهوية ومعدلات نقل الحرارة من الداخل حتى لا تصل لدرجات تتلف معها أثناء التشغيل.
مثلا لتحسين معامل القدرة لمصباح الفلوريسنت العادى
تستخدم مكثف 2-4 ميكرو
أما لتحسين معامل القدرة Power Factor لموقع ما كمصنع أو ما شابه فلا يوجد مكثف يتحمل هذا القدر من التيار الذى قد يصل عدة مئات من الأمبير ، لذلك تستخدم بعض أنواع الموتورات التى عندما تعمل بدون حمل تظهر كحمل سعوى (مكثف) على الخط ، فباختيار طاقة الموتور المناسبة للأمبير المتوقع ثم تعديل الحمل (عادة يكون بمثابة فرملة على الموتور) يمكن ضبط قيمة السعة المطلوبة.
قديما كانت تصنع المادة العازلة من ورق مشرب بالزيت وكانت تسمى مكثفات ورقية أما الآن فهناك عدة أنواع أفضل.
مكثفات الدوائر الإلكترونية
تتباين مكثفات الدوائر الإلكترونية فى خواصها وقيمها إذ تتراوح ما بين 3 بيكو فاراد إلى عدة فاراد حسب الاستخدام وكذا الجهد من 6 فولت إلى عدة آلاف والحجم من ملليمتر واحد لحجم اكبر من قبضة اليد و يحتاج حزام معدنى ومسامير للتثبيت.
بالطبع يجب التنويه على المكثف الألكتروليتى والتانتاليوم له قطبية
حيث ان هذا النوع من المكثفات يجب توصيل الموجب على طرف عليه الجهد الأكبر والتانى إما على الأرضى او على سالب.
تعرف المكثفات بقيمتها ، الجهد بالفولت ، الدقة % ، أقصى تردد أو الرنين الحر، النوع أو خامة التصنيع ، درجة الحرارة ، الشكل
القيمة
تبنى قيم المكثفات على أساس 20% فتجد القيم التالية ومضاعفاتها
10 ، 12 ، 15 ،18 ، 22 ، 27 ، 33 ، ،39 ، 47 ، 56 ، 68 ، 82 ، 100
أما المكثفات المتغيرة فتكون
مكثفات الضبط الدقيق إما من 4 إلى 40 بيكو فاراد أو من 10 إلى 70 بيكو فاراد
مكثفات التنغيم عادة أكثر من واحد على محور ميكانيكى واحد وتكون من 10 إلى 360 بيكو فاراد
مكثفات التنغيم الإلكترونية وهى دايود يوصل عكسيا للعمل كمكثف متغير من 4 على 70 بيكو فاراد حسب الجهد العكسى الواقع عليه
الجهد بالفولت
للجهد الذى تتحمله المكثفات قيم محددة وهى غالبا
3.3 فولت ، 6.3 ، 12 ، 25 ، 35 ، 50 ، 100 ، 200 ، 400 ، 600 ، 800 ، 1000 ، 1200 ، 1500 ، 2000 ، 3000 ، 4000 ، 6000 فولت
ونظرا لاختلاف المعايير الأوروبية واليابانية والأمريكية فقد تجد أحيانا قيم متوسطة ، يمكن عادة استخدام الجهد الأعلى مباشرة
الجهد السابق ذكره هو جهد مستمر فقط ما لم يذكر صراحة غير ذلك ويميز بعلامة =
المكثفات التى تستخدم مع التيار المتردد يذكر عليها صراحة قيمة الجهد المتردد وعادة يقصد بها 50/60 ذ/ث
الدقة %
الدقة يعتمد معناها على نوع المكثف
كل المكثفات الغير كيماوية تكون الدقة هى + / - نفس القيمة مثلا + / - 10%
كل المكثفات الكيماوية تكون الدقة هى الحد الأدنى أما الحد الأعلى فقد يختلف كثيرا بين الأنواع فمثلا مكثف 20% يعنى أنه لن يقل عن 20% من القيمة المدونة ولكن قد يكون أعلى 20 % أو أكثر وذلك لأنها تتغير خواصها بالاستخدام كما سيلى .
أقصى تردد أو الرنين الحر
المكثفات تصنع من شريطين من المعدن (الألمونيوم غالبا) وبينهما شريط عازل ثم تلف مجموعة الشرائط حول نفسها مما يجعلها تشبه الملف ، من هنا يتكون ما يشبه دائرة رنين ذاتية تجعل له رنين حر ، بعد هذا التردد يصبح المكثف فعليا ملف ذو حث معلوم ، لذا لا يمكن استخدام المكثف قرب هذا التردد
شكل وأبعاد المكثف هى العوامل الرئيسية فى تحديد هذا التردد
النوع أو خامة التصنيع
قليلا ما يؤثر المعدن فى خواص المكثف ولكن المادة العازلة لها التأثير الأكبر ، تنقسم إلى نوعين رئيسيين المكثفات الكيماوية و المكثفات غير الكيماوية
المكثفات الكيماوية.
النوع الالكتروليتى :تحتوى محلول كيماوى يرسب أكسيد الألمونيوم كمادة عازلة وهو يتكون نتيجة الجهد الواقع عليه ، ولذلك عند عدم استخدامه لفترة قد تتآكل هذه الطبقة وتسبب تغيرا فى قيمته ولكنها تعود عند الاستخدام
هذا النوع يستخدم كمرشح لإمكانية الحصول على قيم كبيرة تصل لقرابة فاراد ولكن لا يصلح للزمن أو التوقيت أو ضبط التردد لعدم ثبات قيمته وكونه وحيد القطبية أى أن عكس الجهد عليه يجعله موصل للتيار و يحدث قصر وسخونة ثم انفجار ، ومعظم دوائر التوقيت تعرض المكثفات لعكس القطبية.
لا تصلح للترددات أعلى من عدة كيلو ذ/ث لكونه شريط طويل ملفوف من الألمونيوم.
نوع تانتالوم : يحتوى أكسيد التانتالوم بدلا من الألمونيوم وهو لا يحتوى محلول لذلك يسمى Solid Tantalum وهو انسب للترددات العالية.
الرقم الذي في الأعلى هو سعه المكثف والذي فى الصوره ه قيمته 4.7 ميكرو فاراد
والرقم الذي في الأسفل هو أقصى جهد يتحمله المكثف
والرجل الموجبه هى الرجلاسفل الموجب مباشره والرجل التانيه سالبه
لكن عيبها أنها غاليه شويه عن باقى المكثفات.
رموز المكثفات المختلفه فى الدوائر
مكثف ليس له قطبيه مثل السيراميكى
ليس له قطبية: ليس له رجل سالبة ورجل موجبة
مكثف له قطبيه مثل الألكتروليتى والتانتاليوم
فى هذا النوع من المكثفات يجب توصيل الموجب على طرف عليه الجهد الأكبر والتانى أما على الأرضى او على سالب
مكثف متغير
نتعامل مع رجليه مثل مانتعامل مع المقاومة المتغيره بالضبط.
تعلم تصميم الدوائر الالكترونية (سلسلة دروس متجددة)
لآن دقته عالية وقيس به موحدات 1N4001 ذات 50 فولت والموحدات 1N4007 ذات 1000 فولت ستجد الأخيرة أعلى