المكثفات
Capacitors
المكثف في أبسط صورة عبارة عن لوحين من مواد موصلة يفصلهما مادة عازلة ويسمى المكثف باسم العازل بين لوحيه (ورقي كيميائي سيراميك ....إلخ)
ويرمز للمكثف بالرمز
وله سعة ...... ووحدة قياس السعة هي الفاراد Farad وتعتبر قيمة الفاراد عالية لذا يستخدم أجزائها من الميكرو والنانو والبيكو
microfarads (
F), nanofarads (nF), or picofarads (pF)
العلاقة بين خواص المكثف ومكوناته
العلاقة بين المساحة المتقابلة من اللوحين تتناسب مع سعته طردياً أي كلما زادت المساحة بين اللوحين زادت سعة المكثف
وتتناسب السعة عكسياً مع المسافة بين اللوحين فكلما زادت المسافة بين اللوحين قلت السعة وكلما قلت المسافة بين اللوحين زادت السعة
أما الجهد الذي يحتمله المكثف فهو يتناسب مع المسافة بين اللوحين طردياً فكلما زادت المسافة بين اللوحين كلما احتمل المكثف جهداً أعلى وكذلك بنوع الوسط العازل
ويوضع عازل بين اللوحين يمكن أن يكون من الهواء أو الورق أو الميكا أو ... .. وتتناسب سعة المكثف مع قيمة العزل الكهربي للمادة البينية طردياً
وعند وضع مادة كيميائية بين اللوحين تزداد السعة بشكل كبير جداً
أما درجة الحرارة التي يتحملها المكثف فلها عدة عوامل مساعدة تتبع استخدام مواد جيدة قليلة التأثر بدرجات الحرارة وكذلك توسيع المسافة بين الألواح وغيرها وبشكل عام فإن الارتفاع في درجة الحرارة تزيد من سعة المكثفات جميعها نظراً لتمدد الألواح ولكنها تزيد من سعة المكثف الكيميائي بشكل خاص لأنه وبالإضافة إلى التمدد في الألواح فهنالك زيادة التفاعل الكيميائي وعليه فإن المصممين للمكثفات يهتمون جداً بدرجة الحرارة المسموحة للمكثف الكيميائي فارتفاع حرارة المكثف الكيميائي سبب رئيسي في تلفه
جميع العلاقات السابقة تعطينا فكرة عن العلاقة بين حجم المكثف وقيمته ومادة صنعه نستفيد منها عملياً حيث تساعدنا بشكل جيد في تقدير قيم المكثفات أو جهودها .
مدى ثبات سعة المكثف
أكيد أن مكثف قلبه من الهواء لن تتغير سعته مهما طال عليه الزمن
في حين أن مكثف عازله مادة كيميائية يمكن أن يفقد سعته أو يحدث به قصر لمجرد التخزين السيئ ناهيك عن الارتفاع في الحرارة وعوامل بيئية كثيرة
وتعتبر المكثفات الورقية من أكثر المكثفات ثباتاً في القيمة لذا تستخدم في الأماكن الحساسة
أنواع المكثفات
المكثفات الكيميائية: Electrolytic Capacitors (Electrochemical type capacitors)
يصنع قطباه electrodes من الألمنيوم ويغلفان بطبقة مؤكسدة، يتعلق حجم المكثف الكيميائي كباقي المكثفات بسعته والجهد الذي يحتمله. تتميز المكثفات الكيميائية بأن لها قطباً موجباً وآخر سالباً، وبالتالي يكون من المهم التعامل مع هذه القطبية بالشكل الصحيح، ففي حال تم وصل المكثف بالطريقة الخاطئة، أو تجاوز الجهد المطبق عليه ، فإن المكثف سينفجر. ولمنع الالتباس توضع إشارة - للقطب السالب على غلاف المكثف ، وتوضع إشارة + على مخطط الدارة المطبوعة للإشارة إلى موضع تثبيت القطب الموجب للمكثف عليها.
القيم والاستخدام:
تتراوح قيمة هذا النوع من المكثفات ما بين أقل من واحد ميكرو إلى آلاف الميكروفاراد، وهو يستخدم كمرشح للتعرجات في دوائر وحدات التغذية، أو كمرشح تمرير إشارات التردد المنخفض ( وذلك لارتفاع قيم سعاته )...
مكثفات التنتاليوم: Tantalum Capacitors
هو مكثف كيميائي يصنع قطباه electrodes من معدن التنتاليوم، ويتميز هذا المكثف بخصائص حرارية وترددية أفضل بكثير من المكثف السابق. عندما يتم تحميص (تسخين عالي) مسحوق التنتاليوم لكي يصبح مادة صلبة سيؤدي ذلك لحدوث تشققات في بنيته، وبالتالي ستختزن الشحنات ضمن هذه التشققات. يتميز هذا النوع من المكثفات باستقرار قيمته تجاه تغيرات درجة الحرارة كما هو الحال مع تغيرات التردد؛ لذلك يستخدم في الدوائر التي تتتطلب استقراراً في قيمة سعة المكثف، وبالمقارنة بالمكثفات الكيميائية فإن مكثف التنتاليوم هو المستخدم في دوائر نظم الإشارات التماثلية، حيث يحجب المكثف الكيميائي جميع نبضات التيار العالية Spike بينما يعمل مكثف التنتاليوم على إظهارها وذلك بسبب خواصه الاستقرارية في الدوائر التماثلية.
ويميز قطباه الموجب والسالب كما في المكثف الكيميائي ولكنه في الغالب يوسم القطب الموجب ب (+)
المكثف السيراميكي: Ceramic Capacitors
وهو مكثف عازله من السيراميك وبنيته من التيتانيوم حامض الباريوم تستخدم بوصفها عازلةtitanium acid barium يستخدم كمرشح للترددات العالية عبر تمريرها للأرض، وهو ذو قيم سعات صغيرة نسبياً.
تأخذ هذه المكثفات شكل القرص (القطع النقدية المعدنية)، ليس لها قطبية،
المكثف السيراميكي متعدد الطبقات: Multilayer Ceramic Capacitors
وهو يتألف من عدة طبقات عازلة، صغيرة الحجم، لها خصائص حرارية وكهربائية جيدة، وليس لها قطبية.
يستخدم هذا المكثف لتمرير الترددات العالية إلى الأرض.
مكثف البوليسترين: Polystyrene Film Capacitors
وهو مكثف يحوي شريحة من البوليسترين كعازل، ولا يستخدم هذا النوع من المكثفات في دوائر الترددات العالية، بل يستخدم في دوائر الترشيح أو المؤقتات (المذبذبات) التي تعمل عند بضع مئات من الكيلوهيرتز أو أقل ، ليس له قطبية.
في الشكل التالي يظهر على المكثف اللون الأحمر بسبب الأوراق النحاسية التي تشكل أحد الأقطاب، أما اللون الفضي فهو دلالة على استخدام الألمنيوم في تشكيل القطب الآخر.
المكثفات الفائقة Supercapacitor: Electric Double Layer Capacitors
تتميز هذه المكثفات بسعاتها الكبيرة، كمثال C = 0.47F كما في المكثف الموضح في الشكل. وهو قطبي أي له طرف موجب وطرف سالب ولم يذكر المصدر خامات صنع هذا المكثف ولكن عند قصه فتركيبه يشبه إلى حد كبير البطاريات الشاحنة المصنوعة من Nickel-cadmium
مكثف البوليستر: Polyester Film Capacitors
مكثف عازله طبقة رقيقة من البوليستر، تتميز برخص ثمنها وانتشارها الواسع، ليس لها قطبية. تتراوح نسبة الخطأ بين 5% ---10% يجب الانتباه لدلالات الأرقام المطبوعة على جسم المكثف لأن طريقة تعبير هذه الأرقام تختلف حسب الشركة المصنعة.
يوجد نوع من هذه المكثفات يكون طرفها رقيقاً جداً، وبالتالي يكون حجمها صغيراً جداً. تتطلب الدقة والانتباه في التعامل معها، لأن أرجلها رقيقة وتنكسر بسرعة؛ الأمر الذي يؤدي لعطلها
مكثفات البولي بروبلين: Polypropylene Capacitors
مكثف عازله طبقة من البولي بروبلين، ليس لها قطبية. تتميز هذه المكثفات بثبات قيمتها العالية ونسب الخطأ بها تكاد تكون معدومة، اذا كان المكثف يعمل عند مجال يساوي h – 100Khz أو أقل.
مكثفات الميكا: Mica Capacitors
مكثف الميكا هو مكثف عازله مادة الميكا. تتميز هذه المكثفات بالثبات الجيد لقيمها لأن المعامل الحراري للميكا صغير. وبما أنها تتمتع بخصائص ترددية ممتازة؛ فهي تستخدم في دوائر الرنين، و المرشحات عالية التردد. وبسبب عازلية الميكا الممتازة، تتحمل هذه المكثفات جهوداً عالية وتستخدم عادة في تصميم دوائر الإرسال و الراديو حيث تشكل في عملها ما يشبه الصمامات المفرغة.
ولا يوجد من هذه المكثفات قيم عاليه بسبب أن مادة الميكا قشرية وسهلة التكسير عند ثنيها
مكثفات البوليستير الشرائحي Metallized Polyester Film Capacitors
وهي عبارة عن شرائح من معدن بينها شرائح بلاستيكية
المكثفات المتغيرة: Variable Capacitors
وهي تستخدم في المذبذبات المحلية المتغيرة ومنها نوعان أساسيان
1- المكثف المتغير variable capacitor
ومنه ذو العازل الهوائي وتتراوح سعاته من 2PF الحد الأدنى إلى 18PF الحد الأقصى للقيمة حسب المستخدم ويمكن أن يكون خانتين أو ثلاث خانات أو أكثر حسب الحاجة
ومنه المطور قليلاً والذي يستخدم polyester film شريط من البوليستر كعازل بين ألواحه ويكون في العادة مكثفين معاً على نفس الإطار حيث تتغير سعة أحدهما من C = 12PF وحتى C = 150PF أما الآخر فتتغير سعته من C = 11PF إلى C = 70PF حيث يكون الأول لانتخاب القناة والثاني لتحديد تردد المذبذب المحلي
ويوصل عادة مع هذين المكثفين مكثفين آخرين للضبط بقيمة C = 15PF
2- المكثف التريمر ضبط التردد Trimmer
وهي تستخدم السيراميك أو شريط من البوليستر كمادة عازلة
ويمكن معرفة قيمتها حسب ما هو مكتوب عليها أو حسب ألوانها
الأزرق BlueC = 7PF
الأبيض whiteC = C10PF
الأحمر redC = 20PF
الأخضر greenC = 30PF
البني brownC = 60PF
وظائف المكثفات:
تستخدم المكثفات في تخزين الطاقة الكهربية store electricity, or electrical energy
وتستخدم كمرشحات لتمرر التيار المتردد passing alternating current (AC),
وتستخدم في حجب (منع دخول) التيار المستمر blocking direct current (DC).
عند تطبيق جهد مستمر على طرفي المكثف يبدأ لوحا المكثف بتخزين الشحنات ويبدأ تيار كهربائي بالمرور خلال المكثف، بحيث يتوقف هذا التيار عندما تصبح شحنة المكثف مساوية للجهد الشاحن
عند وصل مكثف كيميائي قيمته10ميكروفاراد بالمقياس التماثلي (على وضعية قياس المقاومة) فإن تياراً كهربائياً سيمر بحيث يمكن ملاحظة انحراف مؤشر المقياس عن الصفر لفترة زمنية قصيرة، وعند وصل طرفي المقياس بشكل معاكس ستلاحظ أن التيار سيمر مجدداً. وبالتالي يمكن تشبيه آلية مرور التيار المتناوب بعملية التبديل المتناوب لمجسات المقياس .
ومما تجدر ملاحظته أن المكثف الكيميائي تحت الفحص لو كان قطباه متعاكسين مع قطبي ساعة القياس(التماثلية) فتجد أن المقياس يعود من القراءة اللانهائية إلى قياس مقاومة تستمر قيمتها بالهبوط
شاهد الموضوع غير مترجم هنا
http://www.piclist.com/images/www/hobby_elec/e_capa.htm
أو شاهده هنا مترجم
http://www.4electron.com/phpbb/viewtopic.php?f=31&t=854
