سعة المكثف

**برنسيسة الظلام** · 11-30-2009, 11:06 PM

ما هي السعة(المك ثف)

من المعروف أن وحدة قياس الكميات الكهربائية أو الشحنات هي الكولون . المكثف هو عنصر قادر على الاحتفاظ بشحنة كهربائية . عن عدد الإلكترونا ت التي يمكن للمكثف أن يحتفظ بها تحت ضغط كهربائي ( جهد ) معين تسمى سعة المكثف . يمكن تشكيل مكثف بسيط من خلال صفحتين معدنيتين تفصل بينهما مادة غير ناقلة . الشكل التالي يبين رمز المكثف في دارة غاية في البساطة بحيث تقوم بطارية بشحن المكثف .
عندما يكون القاطع في حالة فتح في الدارة فلا يكون المكثف في حالة شحن ، أما عندما يتم إغلاق القاطع فإن تياراً سيتدفق بسبب تطبيق الجهد الكهربائي ، تحدد المقاومة في الدارة قيمة هذا التيار المتدفق .
في اللحظة التي يتم فيها إغلاق القاطع في الدارة فإن حقلاً كهربائياً سيدفع الإلكترونا ت من قطب البطارية السالب نحو الصفيحة العليا للمكثف وسيجذب الإلكترونا ت من الصفيحة السفلى للمكثف باتجاه القطب الموجب للبطارية .
يجب الانتباه إلى أمرين هنا :
الأمر الأول : مع استمرار تدفق التيار سيزداد مرور الإلكترونا ت عبر المكثف وهذا سيؤدي إلى تزايد قيمة الحقل الكهربائي الحاصل بين صفيحتي المكثف والذي سيعيق أكثر تدفق التيار ، سيتناقص الفرق بين قيمة جهد البطارية والجهد على طرفي المكثف شيئاً فشيئاً وسيستمر التيار المار في الدارة بالتناقص وعند تساوي جهدي البطارية والمكثف لن يكون هناك أي مرور للتيار .
الأمر الثاني : بفرض أن المكثف قادر على تخزين شحنة قدرها 1 كولون عند جهد قدره 1 فولط فهذا يعني أن سعة المكثف هي 1 فاراد . وهي واحدة قياس كبيرة.
عادة ما تكون المكثفات المستخدمة في وحدات التغذية من رتبة 4700µF أو 4700 جزء من مليون من الفاراد .
دارات الاتصالات تستخدم مكثفات من رتبة 10PF أو 10/1000000 من مليون جزء من الفاراد .
الوحدة µF هي ميكرو فاراد ( 1 من مليون فاراد ) و PF هي بيكو فاراد ( 1 من مليون مليون فاراد ) وهي الواحدات الأكثر شيوعاً في مجال قياس سعات المكثف .
--------------------------------------------------------------------------------
ثابت زمن مكثف :
يتعلق الزمن اللازم لشحن مكثف بكل من سعة المكثف وقيمة المقاومة في دارة الشحن .
يعطي ثابت الزمن لدارة مقاومة مكثف : T = R x C
حيث T : الزمن بالثانية .
R : المقاومة بالأوم .
C : المكثف بالفاراد .
الزمن في المعادلة السابقة هو الزمن اللازم للوصول إلى 63% من جهد منبع التغذية وهو أيضاً زمن التفريغ في حال قمنا بتفريغ المكثف . فبفرض كانت سعة المكثف في الدارة السابقة 4.7µFوقيمة المقاومة 1MΩ أي ( 1000000 أوم ) فإن الثابت الزمني سيكون :
T = R x C = 1000000 x 0.0000047 = 4.7 sec
إن هذه الخصائص تعتبر ميزة في دارات التوقيت غير الدقيقة .
--------------------------------------------------------------------------------
ربط المكثفات تسلسلياً و تفرعياً :
تجمع قيم المكثفات المربوطة تفرعياً C1+C2+C3+. .. في حين تختزل القيمة الإجمالية للمكثفات المربوطة تسلسلياً وفق المعادلة :
1 / (1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + ...)
لنأخذ المكثفات 10µF و 22µF و 47µF ميكرو فاراد ولنربطها تفرعياً فسنحصل على :
10 + 22 + 47 = 79µF
في حين سنحصل على :
1 / (1/10 + 1/22 + 1/47 ) = 5.997 µF
عند وصلها تسلسلياً .
لاحظ أن القيمة المكافئة للمكثف في حالة الربط التسلسلي أقل من أصغر قيمة مكثف .
معادلة مبسطة لحساب سعة المكثفات المربوطة تسلسلياً . ذكرنا أن معادلة حساب السعة الكلية للمكثفات المربوطة على التسلسل هي :
1 / (1/C1 + 1/C2 +1/C3 + ...)
وهي يمكن أن تكتب بالشكل :
( C1 x C2 ) / ( C1 + C2 )
قم بتجريب ثلاث مكثفات على التسلسل . طبق المعادلة الأخيرة على أول مكثفين ثم نفذ الإجراء على القيمة المكافئة الناجمة عن المكثفين الأوليين مع المكثف الثالث وهكذا .
كيف يمكن استخدام مجموعة من المكثفات معروفة القيمة على التسلسل للحصول على قيمة مكافئة محددة ؟
استخدم المعادلة التالية للحصول على ذلك : ( C1 x C2 ) / ( C1 - C2 )
كمثال : بفرض لديك مكثف محدد القيمة هو 220PF وتريد الحصول على سعة إجمالية قدرها 68PF إذن :
( 220 x 68 ) / ( 220 - 68) = 98.4 PF
إذن استخدم مكثف سعته 100 PF .
مرة أخرى جرب استخدام ثلاث مكثفات على التسلسل ( أو أكثر من ذلك ) طبق المعادلة على أول مكثفين ثم طبق النتيجة مع المكثف الثالث وهكذا .
تذكر أن المكثفات ذات القيم المنخفضة ذات تسامح قده ±5% في حين أن المكثفات ذات القيم العالية تملك تسامحاً قدره ±10% لذلك لا تضيع كثيراً من الوقت في سبيل الحصول على مزيداً من الدقة في حسابات السعة .
من باب التمرين جرب التعامل مع مكثف بسعة 18PF بتراوح قدره ±5% ومكثف بسعة 82PF بتراوح قدره ±10% مع استخدام النهايات الحدية لمجالي تسامحهما مع قيمهما الرسمية . عند التعامل مع مكثفات كيميائية فإن التسامح سيكون غالباً من مرتبة +80% / -20% وهي تحتاج إلى قطبية جهد مستمر .
--------------------------------------------------------------------------------
خاصية هامة جداً تتعلق بالمكثفات :
المكثفات تمرر التيارات المتناوبة AC وتمنع مرور التيارات المستمرة DC . وهي خاصية ذات أهمية خاصة في الدارات الإلكتروني ة فهي تمكن من تمرير الإشارات المتناوبة AC أو الراديوية RF من مرحلة إلى أخرى في حين تمنع مرور المركبة المستمرة من المرحلة السابقة للدارة .