مكثف طرفي لولبي

المكثفات الطرفية اللولبية هي مكثفات مصنوعة من براغي معدنية ومنصات عازلة، تستخدم عادة في الدوائر ذات الجهد العالي والتيار الكبير.

1. ما هو المكثف الطرفي اللولبي

المكثفات الطرفية اللولبية هي نوع من المكثفات يتكون من لولب معدني، وحلقتين معدنيتين، ومواد عازلة. عندما يتم ربط المسمار والحلقات، يتم ضغط المادة العازلة بين الحلقتين المعدنيتين لتشكيل هيكل مكثف.

2. خصائص المكثفات الطرفية اللولبية

تتميز المكثفات الطرفية اللولبية بالخصائص التالية:

مناسبة للدوائر ذات الجهد العالي والتيار الكبير

هيكل بسيط، تكلفة تصنيع منخفضة

سعة قابلة للتعديل

حجم صغير، خفيف الوزن

أداء جيد لمقاومة الجهد

ما هو الغرض من المكثف؟

تُستخدم المكثفات الإلكتروليتية الطرفية اللولبية في العديد من المجالات نظرًا لمبادئ تشغيلها وخصائصها.

1. يستخدم بشكل شائع في دوائر إمداد الطاقة لتثبيت الجهد والتيار والمساعدة في القضاء على التداخل عالي التردد.

2. يستخدم في مكبرات الصوت لتوفير جودة صوت جيدة ونطاق ديناميكي.

3. يستخدم في محركات التيار المتردد أو أنظمة العاكس للمساعدة في القضاء على اهتزاز المحرك وضوضاء التيار الاستقرائي.

4. يستخدم في العديد من المرشحات عالية التردد لقمع الضوضاء عالية التردد وتموج التيار المتردد.

5. يستخدم في دوائر الطاقة والتيار المستمر لتثبيت الجهد والتيار بشكل فعال.

ماذا يفعل مكثف 10 فائق التوهج؟

10uF هي قيمة السعة التي تشير إلى مقدار الشحنة التي يمكن للمكثف تخزينها. يتم استخدام مكثف 10 فائق التوهج عادةً في:

1. إزالة الضوضاء والتداخل من مصدر الطاقة، مثل موازنة مكثف 10 فائق التوهج عند مدخل الطاقة للتخلص من التداخل عالي التردد.

2. يستخدم في دوائر مرشح الطاقة مع المحاثات لتصفية إشارات تردد محددة.

3. يستخدم في دوائر الاحتفاظ بالذاكرة والحالة للحفاظ على حالة تشغيل الدائرة حتى في حالة انقطاع التيار الكهربائي.

4. يستخدم في دوائر الساعة والتوقيت لتوليد وظائف التوقيت من خلال الشحن والتفريغ.

5. موازية عند أطراف الإدخال المقلوبة وغير المقلوبة لدوائر التضخيم لزيادة مقاومة الإدخال ومنع الإشارات عالية التردد من الدخول.

6. يستخدم في الدوائر الرقمية للارتداد ومنع التذبذب، مثل موازنة مكثفات 10 فائق التوهج عند طرفي الإدخال والإخراج لرقائق سلسلة 54.

7. يستخدم في توليد الشكل الموجي ودوائر التشكيل لتوليد أشكال موجية محددة مع المقاومات والمحاثات.

باختصار، مكثف 10 فائق التوهج هو قيمة سعة شائعة الاستخدام وعملية. وبصرف النظر عن التطبيقات المذكورة أعلاه، فإن له استخدامات أخرى أيضًا.

8. يستخدم في دوائر تنظيم الجهد، حيث غالبًا ما يتم توازي مكثف 10 فائق التوهج عند طرف الإدخال للمنظمات الخطية لتحسين أداء تنظيم الجهد وتقليل تموج الإخراج.

9. يستخدم في دوائر تعويض مكبر الصوت، وخاصة في دوائر تعويض مكبر الصوت التشغيلي، للتحكم في عرض النطاق الترددي للمكبر وتحسين الاستقرار.

10. في دوائر إعادة ضبط الأجهزة الرقمية، يمكن أن يؤدي توازي مكثف 10 فائق التوهج عند مدخل إعادة التعيين إلى توليد نبضات إعادة ضبط أكثر سلاسة، مع تجنب التداخل الناتج عن مكونات فورييه.

11. يستخدم في دوائر إعادة ضبط وحدات التحكم الدقيقة ووحدات المعالجة المركزية (CPU) لتوفير الطاقة لفترة بعد انقطاع التيار الكهربائي، مما يسمح بإكمال عمليات الحفظ الحرجة.

12. يستخدم في دوائر التحيز لشاشات العرض وشاشات LCD، حيث يمكن لمكثف 10 فائق التوهج أن يوفر جهد التحيز الكبير اللازم لشاشات LCD.

13. يستخدم في دوائر الترددات اللاسلكية للفصل والترشيح، حيث غالبًا ما يتم موازاة مكثف 10 فائق التوهج عند طرفي الإدخال والإخراج لدوائر الترددات اللاسلكية لعزل إشارات الترددات اللاسلكية وإزالة الترددات الزائفة.

لذلك، يعد مكثف 10 فائق التوهج مكونًا مفيدًا جدًا يلعب دورًا حاسمًا في العديد من الدوائر والأنظمة الإلكترونية ولا غنى عنه لمهندسي الإلكترونيات.

ما هي الوظيفتان الرئيسيتان للمكثفات؟

الوظيفتان الرئيسيتان للمكثفات هما:

1. حجب التيار المباشر مع السماح بمرور التيار المتردد.

2. تختلف مقاومة المكثفات باختلاف تردد الإشارة المرسلة، حيث تؤدي الترددات الأعلى إلى مقاومة أقل.

وظيفة الترشيح للمكثفات

تعد تصفية الضوضاء أو موجات التداخل هي الوظيفة الأساسية والأكثر وضوحًا للمكثفات.

يوضح الشكل 7-3 وظيفة ترشيح المكثفات.

1. يتم تصحيح جهد دخل التيار المتردد \( u_i \) بواسطة الصمام الثنائي \( VD \) بعد المرور عبر المحول \( T \)، مما يؤدي إلى نبض جهد التيار المستمر \( u_o \).

2. بدون مكثف في دائرة الطاقة، يكون جهد الخرج غير مستقر ويتقلب بشكل كبير.

3. إضافة مكثف \( C \) يعمل على استقرار وتنعيم جهد الخرج.

4. من خلال إضافة مكثف \(C \) إلى دائرة الخرج، فإن تأثيرات شحن وتفريغ المكثف يمكن أن تجعل جهد الخرج غير المستقر والمتقلب أكثر استقرارًا وسلاسة.

وظيفة اقتران المكثفات

تتمتع المكثفات بمقاومة منخفضة لإشارات التيار المتردد ويمكن اعتبارها مسارًا، بينما تتمتع بمقاومة عالية لإشارات التيار المستمر ويمكن اعتبارها دائرة مفتوحة.

يوضح الشكل 7-4 وظيفة اقتران المكثفات في الدوائر.

بسبب تأثير حجب التيار المستمر للمكثفات، يمكن إرسال إشارة الخرج المضخمة إلى الحمل \(R_L \) من خلال مكثف اقتران الخرج \(C_2 \)، دون تطبيق إشارة التيار المستمر على الحمل \(R_L \). بمعنى آخر، يمكن الحصول على إشارة التيار المتردد فقط من الحمل \(R_L\).

1. يتم تطبيق إشارة الدخل على قاعدة الترانزستور \( V \) من خلال مكثف اقتران الإدخال \( C_1 \).

2. يتم إخراج الإشارة المضخمة بواسطة الترانزستور \( V \) من خلال المجمع ثم يتم تطبيقها على مقاوم الحمل \( R_L \) من خلال مكثف اقتران الخرج \( C_2 \).

الفوائد المحددة للمكثفات الطرفية اللولبية:

يتضمن مبدأ عمل المكثفات الإلكتروليتية الطرفية اللولبية حركة الأيونات في الإلكتروليت بين قطبين كهربائيين، مما يشكل توزيعًا للشحنة لتخزين الطاقة الكهربائية. عند تطبيق جهد خارجي على المكثف، تتحرك الأيونات الموجبة والسالبة في المحلول الكهربائي نحو الأقطاب الكهربائية المقابلة، مما يشكل مجالًا كهربائيًا يسمح للمكثف بتخزين الشحنة. بمجرد شحن المكثف بالكامل، يمكنه إطلاق الشحنة المخزنة لتزويد الدائرة بالطاقة.

إحدى مزايا المكثفات الإلكتروليتية الطرفية اللولبية هي قدرتها الكبيرة. نظرًا للتوصيل الجيد للإلكتروليت، فإنه يمكنه الاحتفاظ بكمية كبيرة من الشحنة، مما يجعله مفيدًا في تخزين الطاقة لتلبية متطلبات الطاقة في الدائرة.

المكثفات الإلكتروليتية الطرفية اللولبية مدمجة، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في المنتجات الإلكترونية. نظرًا لبنيتها المدمجة، يمكن تركيب مكثفات متعددة في مساحات محدودة، وبالتالي تحسين أداء الدائرة. بالإضافة إلى ذلك، فهي تتمتع باستقرار تشغيلي جيد ويمكن أن تعمل بشكل طبيعي في ظل ظروف بيئية مختلفة.

ومع ذلك، فإن المكثفات الإلكتروليتية الطرفية اللولبية لها أيضًا بعض العيوب. على سبيل المثال، عمرها الافتراضي قصير نسبيًا وتكون عرضة للتلف الناتج عن عوامل مثل درجة الحرارة والرطوبة. علاوة على ذلك، بما أن الإلكتروليت في حالة سائلة أو هلامية، فإنه يمكن أن يشكل خطراً على استقرار الدائرة. لذلك، يجب أخذ هذه العوامل في الاعتبار عند تصميم الدوائر واختيار أنواع المكثفات المناسبة.

1. المكثفات السينمائية تحل تدريجيا محل المكثفات الإلكتروليتية المصنوعة من الألومنيوم

مع التطور المزدهر لسوق الطاقة الجديدة، تكتسب المكثفات الفيلمية مكانة بارزة في مجال الطاقة الجديدة بسبب مقاومتها للجهد العالي، وقدرات التصفية القوية، وعمرها الطويل. ومن المتوقع أن تحل مكثفات الأفلام محل المكثفات الإلكتروليتية المصنوعة من الألومنيوم في تطبيقات مثل طاقة الرياح وتوليد الطاقة الشمسية.

2. التطبيق الواسع النطاق للمكثفات الفائقة في المركبات الكهربائية

لطالما كانت مشكلة الشحن بمثابة عنق الزجاجة الذي يقيد تطوير السيارات الكهربائية. نظرًا لكثافة الطاقة العالية وخصائص تفريغ الشحن السريع، من المتوقع أن تلعب المكثفات الفائقة دورًا مهمًا في حل مشكلة الشحن السريع للسيارات الكهربائية. علاوة على ذلك، فإن الجمع بين المكثفات الفائقة وبطاريات تخزين الطاقة التقليدية لتشكيل أنظمة تخزين طاقة هجينة سيزيد من تعزيز أداء ومدى السيارات الكهربائية.