السلام عليكم ورحمة الله وبركاته جميعًا
بعد أن تحدثنا سابقًا عن المقاومات, سنتحدث اليوم عن قطع أخرى في عالم الإلكترونيات ألا و هي المكثفات, فالمكثفات كما المقاومات تختلف في أحجامها و أشكالها و خصائصها و لكن لديها نفس ال core ألا و هو "تخزين و تفريغ الإلكترونات".
ولتوضيح الفكرة تخيل أنك إلكترون تغادر مصدر الجهد (البطارية على سبيل المثال) و تسير في الدارة ممرت من المقاومة من دون أن تتأثر ثم وصلت للمكثف و لكنك ترى أنك على لوح و يوجد لوح أخر لتكمل مسارك و لكن بينكما مادة عازلة (هواء إو بلاستك إو ورق إلى أخره) , فما ستفعله ببساطة هو أنك سوف تقف مكانك و تتمركز على اللوح الذي انت عليه فقط, فسيتراكم الإلكترون بعد الإلكترون.
إلى أن نصل لنقطة يتساوى عندها جهد المكثف مع جهد المصدر (ينتقل كامل جهد المصدر لجهد المكثف).
ملاحظة مهمة : المكثف لا يستغرق وقتًا في عملية الشحن و ليس مباشرة و الصورة التالي توضح شكل مُنحنى عملية الشحن
ومثال لشرح فكرة عمل المكثف, تخيل أن هناك صمام ماء و قمنا بإغلاقه, فماذا سيحدث للماء؟ سهلة سيتوقف عن التدفق.
لكن تخيل أن الصمام يصب في خزان ماء ثم اغلقناه, سهلة أيضًا سيتوقف تدفق الماء عن الخزان و لكن سيستمر الماء بالتدفق إلى ان يفرق الخزان.
و المكثف هو هذا الخزان
بعض الملاحظات المهمة - التيار لا يمكنه من أن يمر عبر المكثف بسبب المادة العازلة.
- الجهد حول المكثف = جهد المصدر.
- عند فصل مصدر الجهد عن المكثف وشبك المكثف بـ load (مقاومة) , سيبدأ المكثف بتفريغ الشحنة (مُهمة).
- المكثف يمنع التغير مفاجئ للجهد (مُهمة).
فالنبدأ بالنقطة المُهمة الأولى "تفريغ شحنة المكثف"
قبل أن نبدا أليس تفريغ الشحنة هو وظيفة البطارية ؟ نعم صحيح, فالمكثف يعتبر بطارية و لكن يوجد بعض الفروقات بينها و ستجدها في الجدول التالي:
| قيمة الشحنة التي يمكنه تخزينها | سرعة السحن و التفريغ | |
| البطارية | كبيرة | بطيئة |
| المكثف | قليلة | سريعة |
أما النقطة الثانية فسنرى في المنشور القادم عن تطبيقات المقاومة و المكثف, أن المكثف يقلل التغير في الجهد؛ فانظر للصورة التالية التي تمثل الجهد بعد خروجه من دوائر تسمى دوائر التقويم (Rectfier) من دون وجود مكثف.
ولكن بعد إضافة مكثف يصبح شكل الإشارة هكذا:
وكلما زادت قيمة المكثف قل الإنحناء في الموجة و اقتربت من الخط المستقيم ( ال DC)
للمهتم هذا هو شكل الدارة مع المكثف , لا تقلق سنتظرق لها بعد التحدث عن أشباه الموصلات و الدايود.
- السعة: هي قدرة المكثف على تخزين الإلكترونات وتقاس بوحدة فاراد (F)
تذكر أن :
- المايكرو (u) = 10^- 6
- البيكو (p) = 10^ - 12
- المايكرو (u) = 10^- 6
- البيكو (p) = 10^ - 12
- توصيل المكثفات:
إن قمت بقراءة منشور المقاومات, فستعلم أنه يمكننا توصيل القطع على التوالي أو التوازي و أن لكل طريقة توصيل حسابات خاصة بها , و لكن هل تنطبق نفس الحالة على المكثف؟
بالحقيقية لا , بل هي معاكسة
ففي التوالي نقوم بمجمع المكثفات Ctotal =C1 + C2 + C3
أما في التوازي:
- ثابت الزمن T (تاو): هو الزمن الذي يحتاجه المكثف للوصول لـ 63% من قيمته النهائية و يساوي المقاومة ضرب السعة (R x C)
بماذا سيفيدنا هذا؟ سنرى بعد قليل.
- تحديد قضبية المكثف: ويقصد بتحديد القضبية معرقة الطرف الموجب من السالب و أرى أن هذه تأتي من الخبرة و التجارب و لكن قد تفيدك هذه الصور
و يوجد أيضًا مكثفات غير مستقطبة (غير محدد الطرف الموجب و السالب بها )
- المكثف في دوائر التيار المستمر
قلنا سابقًا بأن التيار المستمر هو بطارية أو خلايا الطاقة الشمسية , فهُنا يقوم المكثف بعمل الشحن لمدة 5T , هل تتذكر أهمية تاو؟
المهم وبعد إكمال الشحن :
- يصبح جهد المكثف مُساوي لجهد المصدر
- لا يمر تيار في الدارة (يصبح التيار صفر تقريبا)
- يعمل المكثف كأنه مفتاح مفتوح (الدارة لا تعمل)
- المكثف في دوائر التيار المتردد
حاليًا لن تجد أهمية لهذه المعلومات, و لكننا نحتاجها لمنشور دوائر الـ RLC في المستقبل , وموضوع مهم هذه لا تساوي مقدمة أو حتى أساس في الإلكترونيات فعالم الإلكترونات عالم معقد و جميل و يحتاج لتطبيق عملي و هذا ما سنقوم به بعد التحدث عن بعض الأساسيات كما نفعل الآن, فالنكمل
نقاط مهمة جدًا جدًا جدًا- المكثف يمرر الترددات العالية و لا يمرر الترددات المنخفضة, وتذكر أن ال DC يعتبر تردد منخفض لأنه تردده يساوي صفر.
- المكثف يقلل من التغير في التردد
- المكثف يأخر الجهد عن التيار بمقدار ربع دورة
- فحص المكثف
- التأكد من أن المكثف فارغ من خلال توصيله بمقاومة
- توصيله بجهاز المتيميتر الطرف الموجب مع الموجب و السالب مع السالب إن كان مستقطب
- نحدد الوضع بناء على قيمة المكثف:
إن كانت كبيرة : نقوم بتعيين وضع LC Meter
إن كان قليلة : نقوم بتعيين وضع الأوميتر أو الرنين
- يجب أن تكون القيمة الظاهرة قريبة من قيمة سعة المكثف و أيضًا إن قمت بسماعة صوت رنين, فعلم بأن الألواح التي تحدثنا عنها في بداية المقال يوجد بينها اتصال و هذه مشكلة فقم برمي المكثف في أقرب سلمة مهملات
معلومة مهمة عن اختيار المكثف للدارة: يُفضل أن تكون قيمته ضعف قيمة الجهد
- دوائر المكثف عمليًا
تذكر بأن المكثف يمرر الترددات العالية و لا يمرر الترددات المنخفضة أو ال DC
أولًا : دوائر ال cupling
قلنا بأن المكثف لا يمرر ال DC و إن كنت تعلم فصورة الموجة على اليسار تمثل AC مضاف إليها DC , فتخيل معي موجة AC العادية و لكن لترتفع للأعلى كما في الصورة فيجب أن يضاف لها موجة DC, فما يقوم به المكثف هنا هو حذف موجة ال DC و تحديدا عدم تمريرها و يمرر موجهة ال AC الأصلية فقط .
ثانيًا: دائرة ال filtering أو smoothing
يقوم المكثف بعمل وظيفته الطبيعي ألا و هي تمرير ال AC و عدم تمرير ال الترددات المنخفضة أو ال DC فما يقوم به هو تمرير ال AC لل Ground ما يعني أنه سيحذف و لكن سيبقى ال DC الذي سيصل للدائرة الثانية
نستنتج مما سبق أننا استخدمنا نفس المكثف في دائرتين مختلفتين و كل دائرة تقوم بعمل غير الأخرى تمامًا و تحديدًا لكل واحدة مُعاكسة للأخرى
فالحالة الأولى توصل ال AC للدائرة الثانية , أما الحالة الثانية فتوصل ال DC للدائرة الثانية.
و هنا تكمن عبقرية المهندس و الفرق بين الذي يفهم ما يقوم به , فإن كنت فاهم بالأساسيات يمكنك عمل أمور مختلفة حسب احتياجك و لكن من نفس القطع الإلكترونية, قلتها من قبل "إن أعظم استشمار تستثمره هو استثمارك بنفسك"
المنشور القادم سيكون عن تطبيقات بسيطة لدوائر المقاومة و المكثف, أتمنى أن أرى تفاعلكم و تعليقاتكم و إن كان هناك أي نقطة غير مفهومه أو نصائح لطريقة الشرح.
بالتوفيق.
التعديل الأخير بواسطة المشرف:
