عند شرح ما هو المكثف، يجب علينا أن نفهم بوضوح المبادئ الفيزيائية للتشغيل وتصميم هذا العنصر الذي لا يمكن الاستغناء عنه في كل جهاز إلكتروني أكثر أو أقل خطورة.

وتشمل عيوب مكثفات التنتالوم الحساسية للتموجات الحالية والجهد الزائد، فضلا عن التكلفة العالية نسبيا لهذه المنتجات.

تستخدم مكثفات الطاقة عادة في أنظمة الجهد العالي. وهي تستخدم على نطاق واسع لتعويض الفاقد في خطوط الكهرباء، وكذلك لتحسين معامل القدرة في التركيبات الكهربائية الصناعية. إنها مصنوعة من فيلم بروبيلين معدني عالي الجودة باستخدام تشريب خاص بزيت عازل غير سام.

قد يكون لديهم وظيفة التدمير الذاتي للضرر الداخلي، مما يمنحهم موثوقية إضافية ويزيد من عمر الخدمة.

تحتوي المكثفات الخزفية على السيراميك كمادة عازلة. تتميز بوظائفها العالية من حيث جهد التشغيل والموثوقية والخسائر المنخفضة والتكلفة المنخفضة.

يتراوح مدى سعتها من عدة بيكوفاراد إلى حوالي 0.1 ميكروفاراد. وهي حاليًا واحدة من أكثر أنواع المكثفات المستخدمة على نطاق واسع في المعدات الإلكترونية.

لقد حلت مكثفات الميكا الفضية محل عناصر الميكا المنتشرة سابقًا. لديهم ثبات عالي، وغطاء مغلق، وسعة كبيرة لكل وحدة حجم.

إن الاستخدام الواسع النطاق لمكثفات الميكا الفضية يعوقه ارتفاع تكلفتها النسبية.

بالنسبة للمكثفات الورقية والمعدنية، فإن الألواح مصنوعة من رقائق الألومنيوم الرقيقة، ويتم استخدام ورق خاص مشرب بمادة عازلة صلبة (منصهرة) أو سائلة كعازل كهربائي. يتم استخدامها في دوائر التردد المنخفض للأجهزة الراديوية ذات التيارات العالية. فهي رخيصة نسبيا.

ما هو مكثف المستخدمة ل؟

هناك عدد من الأمثلة على استخدام المكثفات لمجموعة واسعة من الأغراض. على وجه الخصوص، يتم استخدامها على نطاق واسع لتخزين البيانات الرقمية. تستخدم في الاتصالات لتنظيم التردد وتكوين معدات الاتصالات.

ومن الأمثلة النموذجية لتطبيقها في إمدادات الطاقة. هناك تؤدي هذه العناصر وظيفة تجانس (تصفية) الجهد المعدل عند خرج هذه الأجهزة. ويمكن استخدامها أيضًا لتوليد فولتية عالية، تصل إلى أضعاف جهد الدخل. تستخدم المكثفات على نطاق واسع في أنواع مختلفة من محولات الجهد، وأجهزة إمداد الطاقة غير المنقطعة لأجهزة الكمبيوتر، وما إلى ذلك.

عند شرح ماهية المكثف، لا يسع المرء إلا أن يقول إن هذا العنصر يمكن أن يعمل أيضًا كمنشأة ممتازة لتخزين الإلكترونات. ومع ذلك، في الواقع، هذه الوظيفة لها بعض القيود بسبب خصائص العزل غير المثالية للعازل الكهربائي المستخدم. ومع ذلك، فإن المكثف لديه خاصية تخزين الطاقة الكهربائية لفترة طويلة بما فيه الكفاية عند فصله عن دائرة الشحن، لذلك يمكن استخدامه كمصدر طاقة مؤقت.

نظرًا لخصائصها الفيزيائية الفريدة، فقد وجدت هذه العناصر استخدامًا واسع النطاق في الصناعات الإلكترونية والكهربائية لدرجة أنه من النادر اليوم ألا يشتمل المنتج الكهربائي على مكون واحد على الأقل من هذا القبيل لبعض الأغراض.

لتلخيص ذلك، يمكننا أن نقول أن المكثف هو جزء لا يقدر بثمن من مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأجهزة الإلكترونية والكهربائية، والتي بدونها لن يكون من الممكن تصور المزيد من التقدم في العلوم والتكنولوجيا.

هذا ما هو مكثف!

المكثف الكهربائي هو جهاز يمكنه تخزين الشحنة والطاقة من مجال كهربائي. يتكون بشكل أساسي من زوج من الموصلات (الصفائح) مفصولة بطبقة عازلة. يكون سمك العازل دائمًا أصغر بكثير من حجم الألواح. في الدوائر المكافئة الكهربائية، يُشار إلى المكثف بواسطة مقطعين متوازيين رأسيين (II).

الكميات الأساسية ووحدات القياس

هناك العديد من الكميات الأساسية التي تحدد المكثف. أحدهما هو قدرته (الحرف اللاتيني C)، والثاني هو جهد التشغيل (الحرف اللاتيني U). يتم قياس السعة الكهربائية (أو ببساطة السعة) في نظام SI بالفاراد (F). علاوة على ذلك، كوحدة للسعة، فإن 1 فاراد يعد كثيرًا - ولا يتم استخدامه أبدًا في الممارسة العملية. على سبيل المثال، تبلغ الشحنة الكهربائية لكوكب الأرض 710 ميكروفاراد فقط. لذلك، يتم قياسه في معظم الحالات بكميات مشتقة من الفاراد: بالبيكوفاراد (pF) بقيمة سعة صغيرة جدًا (1 pF = 1/10 6 μF)، وبالميكروفاراد (μF) بقيمة كبيرة بما يكفي (1 μF = 1/ 10 6 ف). من أجل حساب السعة الكهربائية، من الضروري تقسيم كمية الشحنة المتراكمة بين اللوحين على حجم فرق الجهد بينهما (الجهد عبر المكثف). شحنة المكثف في هذه الحالة هي الشحنة المتراكمة على إحدى لوحات الجهاز المعني. في موصلين للجهاز، يكونا متساويين في الحجم، لكنهما مختلفان في الإشارة، لذا فإن مجموعهما يكون دائمًا صفرًا. تقاس شحنة المكثف بالكولوم (C) ويرمز لها بالحرف Q.

الجهد الكهربائي

أحد أهم معلمات الجهاز الذي ندرسه هو جهد الانهيار - وهو الفرق في القيم المحتملة لموصلي المكثف، مما يؤدي إلى انهيار كهربائي للطبقة العازلة. يتم تحديد الحد الأقصى للجهد الذي لا يحدث عنده انهيار الجهاز من خلال شكل الموصلات وخصائص العازل الكهربائي وسمكه. ظروف التشغيل التي يكون فيها الجهد الكهربائي على لوحات الجهاز الكهربائي قريبًا من جهد الانهيار غير مقبولة. جهد التشغيل العادي للمكثف أقل بعدة مرات من جهد الانهيار (مرتين إلى ثلاث مرات). لذلك، عند الاختيار، يجب الانتباه إلى الجهد المقنن والسعة. وفي أغلب الأحوال تكون قيمة هذه الكميات مكتوبة على الجهاز نفسه أو في جواز السفر. إن توصيل مكثف بالشبكة بجهد يتجاوز الجهد المقدر يهدد بانهياره، ويمكن أن يؤدي انحراف قيمة السعة عن القيمة الاسمية إلى إطلاق توافقيات أعلى في الشبكة وارتفاع درجة حرارة الجهاز.

ظهور المكثفات

يمكن أن يكون تصميم المكثفات متنوعًا للغاية. يعتمد ذلك على القدرة الكهربائية للجهاز والغرض منه. لا ينبغي أن تتأثر معلمات الجهاز المعني بالعوامل الخارجية، وبالتالي فإن اللوحات لها شكل يتركز فيه المجال الكهربائي الناتج عن الشحنات الكهربائية في فجوة صغيرة بين موصلات المكثف. لذلك، يمكن أن تتكون من كرتين متحدة المركز، أو لوحتين مسطحتين، أو أسطوانتين متحدتين المحور. لذلك يمكن أن تكون المكثفات أسطوانية أو كروية أو مسطحة حسب شكل الموصلات.

المكثفات الدائمة

بناءً على طبيعة التغير في السعة الكهربائية، يتم تقسيم المكثفات إلى أجهزة ذات سعة ثابتة أو متغيرة أو أجهزة ضبط. دعونا نلقي نظرة على كل نوع من الأنواع المذكورة بمزيد من التفصيل. الأجهزة التي لا تتغير سعتها أثناء التشغيل، أي أنها ثابتة (لا يزال من الممكن أن تتقلب قيمة السعة ضمن الحدود المقبولة اعتمادًا على درجة الحرارة)، هي مكثفات دائمة. كما أن هناك أجهزة كهربائية تتغير قدرتها الكهربائية أثناء التشغيل وتسمى بالمتغيرات.

على ماذا يعتمد C في المكثف؟

تعتمد القدرة الكهربائية على مساحة سطح موصلاتها والمسافة بينها. هناك عدة طرق لتغيير هذه الإعدادات. خذ بعين الاعتبار مكثفًا يتكون من نوعين من الألواح: متحركة وثابتة. تتحرك الصفائح المتحركة بالنسبة للصفائح الثابتة، مما يؤدي إلى تغير القدرة الكهربائية للمكثف. يتم استخدام المتغيرات التناظرية لتكوين الأجهزة التناظرية. علاوة على ذلك، يمكن تغيير السعة أثناء التشغيل. في معظم الحالات، يتم استخدام مكثفات الضبط لتكوين معدات المصنع، على سبيل المثال، لتحديد السعة تجريبيًا عندما تكون الحسابات غير ممكنة.

مكثف في الدائرة

الجهاز المعني في دائرة التيار المباشر يوصل التيار فقط عند توصيله بالشبكة (في هذه الحالة، يتم شحن الجهاز أو إعادة شحنه بجهد المصدر). بمجرد شحن المكثف بالكامل، لا يمر تيار عبره. عندما يتم توصيل جهاز ما بدائرة تيار متردد، فإن عمليتي التفريغ والشحن تتناوبان مع بعضهما البعض. فترة تناوبها تساوي الجهد الجيبي المطبق.

خصائص المكثفات

يمكن أن يكون المكثف، اعتمادًا على حالة المنحل بالكهرباء والمادة التي يتكون منها، جافًا أو سائلًا أو شبه موصل أكسيد أو معدن أكسيد. يتم تبريد المكثفات السائلة جيدًا، ويمكن لهذه الأجهزة أن تعمل تحت أحمال كبيرة ولها خاصية مهمة مثل الشفاء الذاتي للعازل الكهربائي عند الانهيار. تتميز الأجهزة الكهربائية من النوع الجاف بتصميم بسيط إلى حد ما، مع فقد أقل للجهد وتيار التسرب. في الوقت الحالي، الأجهزة الجافة هي الأكثر شعبية. المزايا الرئيسية للمكثفات الإلكتروليتية هي تكلفتها المنخفضة وأبعادها المدمجة وقدرتها الكهربائية العالية. نظائرها من الأكسيد قطبية (يؤدي الاتصال غير الصحيح إلى الانهيار).

كيفية الاتصال

يتم توصيل مكثف بدائرة ذات تيار مباشر على النحو التالي: يتم توصيل الإضافة (الأنود) للمصدر الحالي بقطب كهربائي مغطى بفيلم أكسيد. إذا لم يتم استيفاء هذا المطلب، فقد يحدث هذا، ولهذا السبب يجب توصيل المكثفات السائلة بدائرة بمصدر تيار متردد، وربط قسمين متماثلين في سلسلة متتالية. أو قم بتطبيق طبقة أكسيد على كلا القطبين الكهربائيين. وبذلك يتم الحصول على جهاز كهربائي غير قطبي يعمل في كل من شبكتي DC و DC ولكن في كلتا الحالتين تصبح السعة الناتجة بمقدار النصف. المكثفات الكهربائية أحادية القطب كبيرة الحجم، ولكن يمكن توصيلها بدوائر التيار المتردد.

التطبيق الرئيسي للمكثفات

يمكن سماع كلمة "مكثف" من موظفي مختلف المؤسسات الصناعية ومعاهد التصميم. بعد أن فهمنا مبدأ التشغيل والخصائص والعمليات الفيزيائية، دعونا نتعرف على سبب الحاجة إلى المكثفات، على سبيل المثال، في أنظمة إمداد الطاقة؟ في هذه الأنظمة، تُستخدم البطاريات على نطاق واسع أثناء البناء وإعادة الإعمار في المؤسسات الصناعية للتعويض عن الطاقة التفاعلية لإمدادات الطاقة التفاعلية (تفريغ الشبكة من التدفقات غير المرغوب فيها)، مما يجعل من الممكن تقليل تكاليف الكهرباء وتوفير منتجات الكابلات و توفير كهرباء ذات جودة أفضل للمستهلك. إن الاختيار الأمثل للطاقة وطريقة وموقع توصيل المصادر (Q) في شبكات أنظمة الطاقة الكهربائية (EPS) له تأثير كبير على مؤشرات الأداء الاقتصادي والفني لـ EPS. هناك نوعان من KRM: عرضية وطولية. مع التعويض العرضي، يتم توصيل بنوك المكثفات بقضبان توصيل المحطات الفرعية الموازية للحمل وتسمى بطاريات التحويل (SHBK). مع التعويض الطولي، يتم تضمين البطاريات في قطع خطوط الكهرباء وتسمى LPC (أجهزة التعويض الطولي). تتكون البطاريات من أجهزة فردية يمكن توصيلها بطرق مختلفة: مكثفات متصلة على التوالي أو على التوازي. مع زيادة عدد الأجهزة المتصلة على التوالي، يزداد الجهد. تُستخدم UPCs أيضًا لمعادلة الأحمال عبر المراحل، وزيادة إنتاجية وكفاءة الأفران القوسية والأفران الحرارية الخام (عندما يتم توصيل UPC من خلال محولات خاصة).

في حجرة القفازات لكل عشاق السيارات، يمكنك العثور على اثنين من هذه الأجهزة الكهربائية. لماذا هناك حاجة للمكثفات في السيارة؟ هناك يتم استخدامها في معدات تضخيم الأنظمة الصوتية لإنتاج صوت عالي الجودة.

يعد المكثف (من الكلمة اللاتينية "condensare" - "يضغط"، "يسمك"، في اللغة الشائعة "conder") أحد العناصر الأكثر شيوعًا في الإلكترونيات الراديوية، بعد المقاوم. وتتكون من لوحين يفصل بينهما عازل ذو سماكة قليلة مقارنة بسماكة هذه الصفائح. ولكن من الناحية العملية، يتم دحرجة هذه الأغطية في خبز متعدد الطبقات، أو لفافة على شكل أسطوانة أو متوازية السطوح مفصولة بنفس العازل الكهربائي.

مبدأ تشغيل المكثف

تكلفة.عند توصيلها بمصدر طاقة، تتراكم الشحنات على اللوحات. عند الشحن، تتراكم الجزيئات المشحونة إيجابيا على لوحة واحدة (الأيونات)، وغيرها من الجسيمات سالبة الشحنة (الإلكترونات). يعمل العازل كعائق لمنع الجزيئات من القفز إلى اللوحة الأخرى. عند الشحن، إلى جانب السعة، يزداد الجهد الكهربائي عند المحطات أيضًا ويصل إلى الحد الأقصى الذي يساوي جهد مصدر الطاقة.

تسريح.إذا قمت، بعد شحن المكثف، بإيقاف تشغيل الطاقة وتوصيل الحمل، فسيعمل المكثف بالفعل كمصدر حالي. ستبدأ الإلكترونات بالتحرك عبر الحمل، الذي عند توصيله يشكل دائرة مغلقة، إلى الأيونات (وفقًا لقانون الجذب بين التفريغات المتضادة).

المعلمات الرئيسية للمكثف هي:

1. اسمى، صورى شكلى، بالاسم فقط سعة -هذه هي سمتها الرئيسية وتعني حجم الشحنات الكهربائية. يتم قياس السعة بالفاراد (مختصر واو)، في الممارسة العملية غالبًا ما يكون هناك μF ( 1 فائق التوهج = 0.000001 فهرنهايت) , ن.ف ( 1nF = 0.000000001 ف) ، الجبهة الوطنية (1pF = 0.000000000001 فهرنهايت)نظرًا لأن سعة 1F كبيرة جدًا. ولكن هناك مكون يمكن أن تكون سعته أكبر من 1 فاراد، ويسمى ionistr (سأخبركم عنه وعن غيره لاحقاً) .
2. الفولطية -هذا هو الحد الأقصى للجهد الذي يمكن للمكثف أن يعمل به بشكل موثوق ولفترة طويلة، ويقاس بالطبع بالفولت (مختصر ب). إذا تم تجاوز الجهد، سوف يفشل المكثف. في الحالات التي يكون فيها من الضروري تغيير مكثف، ويوجد واحد بالسعة المطلوبة، ولكنه مصمم لجهد أعلى مقارنة بالمكثف الفاشل، يمكنك تثبيته بأمان (على سبيل المثال، مكثف 450 ميكروفاراد 10 فولت "محترق"، يمكن استبداله بمكثف 450 ميكروفاراد 25 فولت). الشيء الرئيسي هو أنه يناسب حجم اللوحة الخاصة بك.
3. التسامح الانحراف- الانحراف المسموح به لقيمة طاقتها الفعلية عما هو مبين على الجسم. يشار إليها كنسبة مئوية. يمكن أن يصل التسامح مع المكثفات إلى 20 - 30٪. في الأجهزة التي تتطلب دقة خاصة، يتم استخدام المكثفات ذات التسامح الصغير (1% أو أقل).
4. معامل درجة حرارة السعة -وجدت على المكثفات كهربائيا. تعتمد سعة مكثف الألمنيوم الكهربائي على درجة الحرارة. كما تنخفض درجة الحرارة (خاصة أقل من 0 درجة مئوية)تزداد لزوجة المنحل بالكهرباء و ESR الخاص به (المقاومة الكهربائية)مما يؤدي إلى انخفاض سعة المكثف.

ما هي المكثفات المستخدمة وما هي استخدامها؟

• في دائرة التيار المتردد، هناك حاجة إلى مكثف كمواسعة. إذا تم توصيل مكثف في دائرة ذات تيار مباشر على التوالي مع مصباح كهربائي، فلن يضيء، ولكن في دائرة ذات تيار متردد سوف يضيء. وسوف يلمع أكثر سطوعًا، وكلما زادت سعة المكثف، أصبح الضوء أكثر سطوعًا. وبسبب هذه الخاصية، غالبًا ما تستخدم المكثفات لتصفية التيار النابض. (مهمتها الرئيسية في العديد من المخططات)، فهو يمنع بشكل جيد تداخل الترددات العالية والترددات المنخفضة، وارتفاع التيار المتردد وتموج الجهد.
• نظرًا لميزتها الرئيسية، فإنها تتراكم شحنة كهربائية ثم تطلقها بسرعة، مما يخلق نبضًا، مما يجعلها لا غنى عنها في صناعة ومضات الصور، والمسرعات المغناطيسية، والمشغلات، وما إلى ذلك.
• تُستخدم المكثفات أيضًا لبدء تشغيل محركات ثلاثية الطور بقدرة أحادية الطور؛ وعند توصيلها بالطرف الثالث، فإنها تُزاح الطور بمقدار 90 درجة.
• نظرًا لقدرتها على تجميع الشحنات وإطلاقها، تُستخدم المكثفات في الدوائر التي يجب تخزين المعلومات فيها لفترة طويلة. لكن لسوء الحظ، فهي أدنى بكثير في قدرتها على تخزين الطاقة للبطاريات القابلة لإعادة الشحن، وذلك بسبب التفريغ الذاتي وعدم القدرة على تخزين كميات أكبر من الكهرباء.

يتم استخدام هذا العنصر في أي أجهزة إلكترونية تقريبًا، لذلك من أجل فهم الغرض من المكثفات، من الضروري فهم هيكلها ومبادئ تشغيلها. المكثف هو أحد مكونات الدائرة الكهربائية التي تحتوي على لوحتين موصلتين (أحدهما بشحنة موجبة والأخرى بشحنة سالبة). لمنع التفريغ الذاتي للجهاز، يتم وضع مادة خاصة بين اللوحات - عازل يمنع تدفق الشحنة.

تصنيف الجهاز

قبل الإجابة على سؤال ما هو المكثف المطلوب، يجب أن تفهم ما هو عليه. يتم تقسيم المكثفات وفقا للمعايير التالية:

• الغرض والوظائف المنجزة؛
• ظروف العمل؛
• نوع المادة التي تفصل الصفائح.

تُستخدم المكثفات بشكل نشط في الدوائر التي تتطلب قدرتها على تجميع وتخزين الشحنات الكهربائية (يلزم وجود جهاز سعوي). للقيام بذلك، يتم تثبيت لوحتين بداخله بعلامات شحن مختلفة. وبينهما مادة تمنع تلامسهما وخروجهما. في معظم الحالات، يتم استخدام التنتالوم أو الألومنيوم كمادة عازلة، ولكن يمكن أيضًا استخدام مواد السيراميك أو الميكا أو البوليسترين.

الميزة الرئيسية لأجهزة الألومنيوم هي تكلفتها المنخفضة مقارنة بأجهزة التنتالوم، فضلاً عن نطاق أوسع من التطبيقات. في الوقت نفسه، تعتبر نظائر التنتالوم أكثر كفاءة في الاستخدام ولها خصائص تقنية أعلى، لذلك عند الاختيار، يجب أن تأخذ في الاعتبار ليس فقط عامل السعر.

معلومات إضافية.تتميز مكثفات التنتالوم بزيادة الموثوقية؛ فهي تتمتع بنطاق واسع من درجات حرارة التشغيل، مما يسمح باستخدامها في أي ظروف تقريبًا. يتم استخدامها على نطاق واسع في الإلكترونيات والصناعات ذات الصلة، نظرًا لأنها تتمتع بسعة كبيرة وأبعاد مدمجة. وتشمل عيوب الأجهزة من هذا النوع، حسب الخبراء، ارتفاع سعرها وحساسيتها لتقلبات التيار والجهد.

غالبًا ما تستخدم عناصر الطاقة في دوائر الجهد العالي. يسمح التصميم الخاص بسعة كبيرة، مما يعني أنه يمكن استخدامها لتحقيق استقرار إمدادات الكهرباء من خلال خطوط الكهرباء (تعويض فقدان الطاقة). بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدامها بنشاط لزيادة قوة التركيبات الكهربائية الصناعية. العازل الكهربائي في مثل هذا الجهاز عبارة عن فيلم بروبيلين معدني مشرب بالزيت العازل.

الأكثر استخداما هي السيراميك. يمكن أن تختلف قدرتها بشكل كبير - من 1 بيكوفاراد إلى 0.1 ميكروفاراد. يتم استخدام السيراميك لمنع التفريغ الذاتي، ويلاحظ الخبراء أن السعر المعقول والوظائف الواسعة والمستوى العالي من الموثوقية والخسائر المنخفضة هي مزايا.

على الرغم من تكلفتها العالية، يتم استخدام مكثفات الميكا الفضية في الممارسة العملية. إنها تعمل بشكل مستقر للغاية، وتحافظ على قدرة عالية، كما أن مبيتها مغلق تمامًا. لكن التوزيع على نطاق واسع يعوقه ارتفاع الأسعار.

كما يتم استخدام عناصر الورق أو الورق المعدني. بطانةها مصنوعة من رقائق الألومنيوم، ويتم استخدام الورق المشرب بتركيبة خاصة كعازل كهربائي.

مبدأ التشغيل

السبب الرئيسي وراء تضمين هذا العنصر في الدائرة الكهربائية هو تخزين الشحنة خلال فترات الجهد العالي وتوفير الطاقة للدائرة خلال فترات الجهد المنخفض.

مبدأ تشغيل المكثف هو كما يلي. عند توصيل جهاز كهربائي بمصدر الطاقة، يتم شحن المكثف. تتراكم الإلكترونات (الجسيمات ذات الشحنة السالبة) على إحدى لوحاتها، وعلى الجانب الآخر - الأيونات المشحونة بشكل إيجابي. العازل يمنع الاتصال بهم. يتيح لك جهاز المكثف هذا تجميع الشحنة. بعد كل شيء، بمجرد توصيل الجهاز بمصدر تيار، يصبح الجهد في الدائرة صفراً. وبعد ذلك، عندما تمتلئ الشحنات، يصبح الجهد مساويًا للجهد الذي يأتي من المصدر.

بعد فصل الجهاز عن المنفذ أو البطارية، يتم تفريغ المكثف. يتم الحفاظ على الحمل في الدائرة الكهربائية، ولهذا يحتاج الجهاز إلى الجهد والتيار الذي ينقله الجهاز. إن الحاجة إلى تشغيل الجهاز تجبر الإلكترونات الموجودة في المكثف على التحرك نحو الأيونات، مما يؤدي إلى إنشاء تيار ينتقل إلى عناصر أخرى.

التطبيقات الممكنة للأجهزة

تعمل المكثفات على حل مجموعة واسعة من المشاكل. على وجه الخصوص، يتم استخدامها بنشاط في تخزين البيانات التناظرية والرقمية؛ وغالبًا ما يتم تثبيتها في الأجهزة الميكانيكية عن بعد لتنظيم الإشارات في المعدات المقابلة، مما يحميها من الأضرار والمشاكل المختلفة.

ينتشر استخدام المكثفات في مصادر الطاقة غير المنقطعة على نطاق واسع، مما يجعل من الممكن تخفيف الجهد عند توصيل المعدات المختلفة (أجهزة الكمبيوتر والمعدات المكتبية وما إلى ذلك) بالأجهزة.

ملحوظة!وينطبق نفس المبدأ على إمدادات الطاقة غير المنقطعة. عند توصيله بدائرة كهربائية، فإنه يتراكم شحنة يمكن استخدامها بعد ذلك لفترة قصيرة، مما يجعل من الممكن إيقاف تشغيل الجهاز دون أي أعطال، وهذا مهم بشكل خاص في الظروف الحديثة، عندما تكون المعلومات مهمة للغاية.

لقد وجدت العناصر الموصوفة تطبيقها في محولات الجهد المختلفة. على وجه الخصوص، يمكن استخدامها لزيادة الجهد في الشبكة، والتي سوف تتجاوز قيمتها قيمة الإدخال.

مهم!استخدام مكثف كمصدر طاقة مؤقت له بعض القيود. يتم تفسير ذلك من خلال وجود موصلية صغيرة على الأقل في العازل. لذلك، يتم تفريغ الجهاز تدريجيا مع مرور الوقت، لذلك، إذا كنت بحاجة إلى مصدر تيار مستقر، فمن الأفضل استخدام بطارية قابلة للشحن.

في أنظمة الصوت القوية للسيارات، يمكنك غالبًا العثور على عنصر مثل مكثف المخزن المؤقت. لماذا هو مطلوب وما هو؟ دعونا معرفة ذلك.

هل هذا ضروري حتى؟
أولا، دعونا نتذكر ما هو المكثف بشكل عام. المكثف هو جهاز يمكنه تجميع الشحنات الكهربائية والاحتفاظ بها وإطلاقها عند الضرورة. يتم قياس سعة المكثفات بالفاراد. 1 فاراد، بالمناسبة، قيمة جيدة جدًا. لكي يعمل المكثف، يجب توصيله بالتوازي مع البطارية (زائد إلى زائد ومن ناقص إلى ناقص). عادة ما يشار إلى هذا الاتصال على أنه "مضمن في مخزن مؤقت مزود ببطارية"، ومن هنا جاء اسم مكثف المخزن المؤقت. عادة ما يتم وضعها بالقرب من مكبرات الصوت.
فلماذا هو مطلوب؟ إنه ليس مصدر طاقة إضافي، ولكنه يحمل ببساطة شحنة كهربائية، لذلك للوهلة الأولى يبدو عديم الفائدة على الإطلاق. ولكن، مع ذلك، هناك فوائد كبيرة منها.
في كل لحظة من الزمن، يستهلك مكبر الصوت تيارًا مختلفًا. على سبيل المثال، عندما يقفز عازف الدرامز على طبلة الجهير أو في موسيقى النادي، تتفوق دقات الجهير المثيرة على الإيقاع، ويكون ذلك مصحوبًا بزيادات في الاستهلاك الحالي. نظرًا لأن كابلات الطاقة تتمتع بمقاومة معينة (ناقشنا ذلك بالتفصيل في العدد الأخير)، وبسبب ذلك، في هذه اللحظات، ينخفض ​​الجهد عند أطراف مكبر الصوت حتمًا. يعد عدم استقرار الطاقة هذا هو سبب تشويه الإشارة الصوتية وجميع المشكلات الأخرى المرتبطة بها.
ما الذي سيتغير إذا قمنا بتوصيل مكثف على التوازي مع أطراف مكبر الصوت؟ وسوف يتغير ما يلي - سوف يقوم المكثف بتجميع الشحنة من البطارية في تلك اللحظات عندما يستهلك مكبر الصوت تيارًا صغيرًا، وسيطلقه بسرعة عندما يحتاج مكبر الصوت إلى تيار كبير، وبالتالي تعويض انخفاض الجهد على الكابل. ونتيجة لذلك، يتلقى مكبر الصوت طاقة أكثر استقرارًا، مما يعني أن التشوه أقل، ويكون الصوت الجهير أكثر ثراءً، ويكون الجميع سعداء.
ومع ذلك، من المحتمل أن تتبع الاعتراضات هنا، كما يقولون، إذا كان السلك سميكا بما فيه الكفاية، فسيكون هناك خسارة صغيرة عليه، ولماذا إذن المكثف؟ لكن المكثف سيكون مفيدًا في هذه الحالة أيضًا. عادةً ما يتغير السحب الحالي لمكبر الصوت بشكل حاد جدًا، وأي بطارية عادية تكون خاملة نسبيًا. إنه بلا شك قادر على توصيل شحنة كبيرة، لكنه لا يستطيع القيام بذلك على الفور، بالطريقة التي يحتاجها مكبر الصوت في بعض الأحيان. ومرة أخرى، فإن نتيجة هذا البطء هي الافتقار إلى الطاقة في اللحظات الأولى من الذروة الحادة في الاستهلاك الحالي. المكثف قادر على إطلاق الشحن بسرعة كبيرة، أسرع بكثير من البطارية. إنه يعوض عن تباطؤ البطارية، ويتلقى مكبر الصوت الطاقة الكاملة مرة أخرى.

يعوض المكثف التأثير السلبي لمقاومة كابل الإمداد، ولكن لهذا يجب تثبيته في أقرب مكان ممكن من مكبر الصوت نفسه، ومن الناحية المثالية، يجب ألا يكون هناك أكثر من 10-20 سم من سلك الإمداد بينه وبين مكبر للصوت. خلاف ذلك، يتم تقليل تأثير استخدامه إلى الصفر تقريبا.

من التاريخ
سلف المكثفات الحديثة هو جرة ليدن، التي اخترعها في عام 1745 العالم الهولندي Muschenbroek وطالبه كونيوس، الذي عاش في مدينة ليدن. وبالتوازي وبشكل مستقل عنها، اخترع العالم الألماني كلايست جهازًا مشابهًا يسمى «الجرة الطبية»، وكانت الأجهزة قادرة على تجميع الشحنة، وبمساعدتها، أصبح من الممكن لأول مرة إنتاج تيار كهربائي شرارة بشكل مصطنع.

بالمناسبة
في إحدى التركيبات، لاحظت حلاً مثيرًا للاهتمام - تم تركيب بطارية محلية الصنع من المكثفات الصغيرة بالقرب من مكبر الصوت. ولزيادة تحسين معدل إطلاق النار، تم تحويلها بمكثفات صغيرة جدًا بسعة 0.1-1 ميكروفاراد فقط. لم يتم تصميم النظام من أجل الحجم، ولكن من أجل جودة الصوت. وكانت النتيجة مبهرة للغاية؛ إذ لم يؤثر المكثف على صوت الترددات المنخفضة فحسب، بل حتى الترددات المتوسطة.

عند اختيار مكثف لنظام الصوت الخاص بك، التزم بالقاعدة - 1 فاراد لكل 1000 واط من قوة مضخم الصوت RMS.
	يتم قياس سعة المكثفات بالفاراد. 1 فاراد هي سعة كبيرة جدًا. الكرة التي نصف قطرها يساوي 13 (!) نصف قطر الشمس سيكون لها مثل هذه القدرة. للمقارنة، فإن قدرة أرضنا (أو بالأحرى، كرة بحجم الأرض، كموصل منفرد منفصل) تبلغ حوالي 700 ميكروفاراد فقط.

اقل هو الافضل
يقدم السوق العديد من النماذج - بدءًا من "الكوندرات" الصغيرة نسبيًا بسعة 0.5 فاراد، إلى الوحدات الضخمة التي تبلغ سعتها عشرات الفاراد. أي منها تختار هل السعة الكبيرة جيدة دائمًا؟
تحتاج إلى اختيار مكثف مناسب وفقًا لقوة مكبرات الصوت. يمكننا أن ننطلق من القاعدة المثبتة تجريبيًا "1 فاراد لكل 1000 واط" (بطبيعة الحال، هذا لا يعني 1000 واط بحد أقصى، يقاس الله أعلم كيف، ولكن 1000 واط RMS قوة). يمكن دعم مضخم صوت الجهير بقوة 700 واط بمكثف 1 فاراد، ومكثف ذو 4 قنوات بتصنيف 4x100 واط مناسب تمامًا لسعة 0.5 فاراد.
هل من الممكن تركيب مكثف أكبر؟ هذا ممكن، ولكن بيت القصيد هو أن المكثفات الكبيرة عادة ما تكون أبطأ، وسوف تبدو وكأنها مجرد بطارية بطيئة إضافية أكثر من مكثف سريع. لذلك، من المنطقي استخدامها فقط إذا كنت تقوم ببناء نظام صوتي قوي حقًا، مصمم لموسيقى "النقانق" ذات الجهير الثقيل والهجوم الصوتي غير السريع، على سبيل المثال، قدرة المكثف على التحرير بسرعة تتلاشى الشحنة في الخلفية.
صحيح، إذا كنت ستشارك في مسابقات SPL (ضغط الصوت غير المحدود) أو كنت مجرد معجب بالموسيقى الصاخبة ذات الجهير المنخفض للغاية والمستمر، فلا يمكنك الاعتماد على الكثير من الدعم من المكثف. بعد كل شيء، فإن مبدأ تشغيله بأكمله هو إطلاق الشحنة المتراكمة في اللحظة الأولى من الاستهلاك الحالي لمكبر الصوت. علاوة على ذلك، فإن "العلبة الفارغة" المتصلة بالتوازي مع مكبر الصوت يمكن أن تضر أكثر مما تنفع.
إذا كنت تعتقد أنك بحاجة ماسة إلى مكثف كبير، ولكنك لا تريد أن تفقد سرعة استجابته لتغيرات الإشارة، فيمكنك الحصول على السعة المطلوبة عن طريق توصيل عدة مكثفات صغيرة على التوازي.

بالمناسبة

للبيع لا يمكنك العثور على المكثفات "النقية" فحسب، بل يمكنك أيضًا العثور على مكثفات هجينة "مكثف بالإضافة إلى بطارية صغيرة". وبحسب فكرة المطورين، يجب أن توفر البطارية سعة مماثلة لتلك الموجودة في المكثفات الكبيرة، ويجب أن يضمن المكثف الصغير الموجود في الجهاز سرعة استجابة الجهاز لاستهلاك التيار المتغير للمكبر.

كيف يتم شحن المكثف بشكل صحيح؟
ليس سرا أنك بحاجة إلى العبث بالأسلاك وتوصيل جميع أنواع الأجهزة مع إزالة المحطات الطرفية من البطارية، فهذه قاعدة أمان شائعة. ولكن لنفترض أنك قمت بتثبيت كل شيء، وقمت بتوصيله وقررت أن الوقت قد حان لتشغيله. وسيكون كل شيء على ما يرام، لكن الكثير من الناس ينسون أنه عند تشغيلهم لأول مرة، لا يزال المكثف مفرغًا. لكن هذا جهاز قادر ليس فقط على توصيل الشحنة، بل أيضًا على تجميعها بسرعة كبيرة. لذا بمجرد أن تلمس المحطات البطارية، سيبدأ "الجرة" الفارغة على الفور في الشحن، ويتدفق تيار ضخم عبر المكثف، ولعدة ثواني سوف يصبح ببساطة وصلة عبور، مما يؤدي إلى قصر دائرة "+" و " -" من البطارية على الأقل، سوف تعاني المحطات، وتصبح في الوقت المحدد مثل أقطاب اللحام، ولكن ربما لا يستحق الحديث عن الصمامات على الإطلاق، فماذا يجب أن تفعل؟ كيف تشحن المكثف بشكل صحيح لتجنب ذلك؟
الخيار الأسهل هو استخدام أي مصباح كهربائي بقوة 12 فولت. قبل أن تقوم بتثبيت الجهاز، ما عليك سوى توصيله بين طرف البطارية وطرف التوصيل لبضع ثوان. سيبدأ المكثف في الشحن، ولكن لن تحدث زيادة حادة في التيار. سيتم شحن المكثف بهدوء من خلال المصباح الكهربائي؛ أثناء شحنه، سوف يتوهج بشكل خافت وخافت، وعندما ينطفئ تمامًا، فهذا يعني أن المكثف مشحون، ويمكنك تركيب الجهاز وإصلاحه بأمان.

عند توصيل المكثفات على التوازي، تزداد سعتها

بالمناسبة

تم تجهيز العديد من المكثفات بدوائر "الشحن الناعم" ولديها ميزة لا يمكن إنكارها - فهي لا تحتاج إلى الشحن من خلال المصباح الكهربائي، وتزيل الدائرة التدفق الحالي عند توصيل مكثف "فارغ". مريح؟ مما لا شك فيه. لكن مثل هذه الدائرة عبارة عن مقاومة إضافية في دائرة الطاقة، مما يجعل المكثف عديم الفائدة عمليا، للأسف. لقد أجرينا ذات مرة اختبارًا مقارنًا للمكثفات لمجلة Car Music. أخذوا مكبرًا للصوت، وربطوه بسلك رفيع عمدًا، و"حمّلوه" بإشارة معقدة (للمهتمين، سلسلة من نبضات بتردد 50 هرتز بتردد 130 نبضة في الدقيقة) وراقبوا مستوى هذه الإشارة سوف "يتراجع" جهد إمداد مكبر الصوت إلى عتبة إيقاف تشغيله. لذلك، عندما قمنا بتوصيل المكثفات بدائرة الشحن الناعمة هذه، لم يكن هناك فرق عمليًا. لكن "العلب" الزاهدة ، التي لم يكن لديها أي شيء غير ضروري على الإطلاق ، مكنت من زيادة مستوى الإشارة قبل أن يبدأ مكبر الصوت في الانقطاع إلى 2.5-3 ديسيبل ، وهذا يكاد يكون مضاعفًا! لذا فكر عشر مرات قبل الشراء "مكيف هواء مناسب مع أجراس وصفارات"، هذه الأجراس والصفارات يمكن أن تضر أكثر مما تنفع.

النصوص والرسومات لأنطون نيكولاييف، صور من مصادر مختلفة.