ما هي المكثفات الكهربائية؟
المكثفات الكهربائية هي مكونات لا غنى عنها في صناعة الإلكترونيات اليوم. يُعزى حوالي ثلثي حجم سوق المكونات السلبية بالكامل إلى المكثفات.
إذن ما هو المكثف الكهربائي بالضبط؟ نحن نغطي الأساسيات أدناه.
الأساسيات الفنية للمكثفات الكهربائية
تبدأ الرحلة إلى عالم المكثفات الكهربائية ببنية الذرة. يصف المكثف كل ترتيب لتخزين الشحنات الكهربائية الثابتة.
يتكون هيكل المكثف دائمًا من سطحين موصلين: الأقطاب الكهربائية (يشار إليها أحيانًا بالصفائح). يتم فصلهم دائمًا بواسطة مادة عازلة: العازل. يمكنك أن ترى العلاقة بين الأقطاب الكهربائية ، والمادة العازلة ، والمسافة بين الأقطاب الكهربائية في الصورة المقدمة.
هذه هي المعلمات الرئيسية الثلاثة المستخدمة للتمييز بين الطاقة والتعامل مع أداء المكثف.
تصف سعة المكثف الكهربائي قدرته على تخزين الشحنات الكهربائية. يتم حسابه من ثابت المجال ، والسماحية النسبية للعزل الكهربائي المستخدم ، والمنطقة الفعالة (المنطقة المتداخلة للأقطاب الكهربائية) ، وسمك العازل أو الفصل الناتج بين الأقطاب الكهربائية.
كمكون إلكتروني ، يكون المكثف الكهربائي قادرًا على تخزين الطاقة الكهربائية ثم إطلاقها مرة أخرى. يحدث إطلاق الطاقة هذا بمعدل محدد خلال فترة معينة اعتمادًا على خصائص تصميمه.
وبالتالي ، فإن المكثف هو خزان للطاقة ، والذي يمنع التدفق المباشر للتيار بجهد التيار المستمر ويسمح بتدفق التيار بالتيار المتردد أو الجهد النبضي اعتمادًا على سعته والتردد المحدد. هذا يعني أن المكثف يمكنه أن يلعب دورًا مختلفًا اعتمادًا على الدائرة:
في دائرة DC ، هو عبارة عن جهاز تخزين شحن.
في دائرة التيار المتردد ، هو مقاوم يعتمد على التردد.
| ◄ إقرأ أيضاً: كل ما تحتاجه لإصلاح دارة إلكترونيّة |
الخصائص الأساسية للمكثفات الكهربائية
تعتبر خصائص المكثف حاسمة في اختيار واحد لتطبيق معين. فيما يلي الخصائص الأساسية:
- السعة
- الدائرة المكافئة ومعلماتها
- الفولطية
- أقصى جهد مستمر
- مقاومة العزل
- التيار المتبقي (تيار التسرب DC)
- التفريغ الذاتي
- عامل التبديد وعامل الجودة
- قوة / جهد عازل
- معامل درجة الحرارة / الاعتماد على درجة الحرارة
- وقت ارتفاع النبض
- قدرة تحميل النبض
- امتصاص عازل
- تموج الحالي
- سماحية معقدة
وهذه فقط البداية! للحصول على فهم قوي لخصائص المكثفات وكيفية تأثيرها على التطبيقات المختلفة ، راجع دليل تصميم ABC للمكثفات.
مستقبل المكثفات الكهربائية
يتضمن التطوير المستقبلي للمكثفات طريقتين أساسيتين.
- الأول هو تطوير التصغير من أجل مواكبة كثافة التكامل المتزايدة في صناعة الإلكترونيات.
- والثاني بالطبع هو زيادة السعة. نظرًا لأن المكثف (مثل البطارية الكلاسيكية القابلة لإعادة الشحن) هو جهاز تخزين طاقة محتمل ، فقد أصبح هذا الأمر جذابًا بشكل متزايد مع تقدم التكنولوجيا.
المكثفات الكهربائية وانواعها
هناك عدة أنواع وتركيبات مختلفة للمكثفات. المكثفات ذات السعة الثابتة هي الأكثر شيوعًا في الإلكترونيات الحديثة ، على الرغم من وجود المكثفات ذات السعة المتغيرة (مثل المكثفات الدوارة أو المكثفات الحادة). ومع ذلك ، فإنهم يلعبون دورًا ثانويًا إلى حد ما.
يمكن تمييز المكثفات ذات السعة الثابتة بقطبتها. يمكن تشغيل مكثف غير قطبي (فيلم وسيراميك) بجهد DC و AC ، بينما يمكن تشغيل مكثف قطبي (إلكتروليتي وفائق) بجهد DC فقط.
الأنواع الثلاثة الرئيسية للمكثفات ذات السعة الثابتة هي الفيلم والسيراميك والتحليل الكهربائي. سوف نصف كل باختصار أدناه. للحصول على نظرة عامة أكثر شمولاً للأنواع المختلفة للمكثفات ، راجع دليل تصميم ABC للمكثفات.
مكثفات الفيلم
كما ذكرنا ، ليس لمكثفات الفيلم قطبية وسعة محددة.
لإنشاء مكثف فيلم ، إما 1) يتم لف فيلمين معدنيين بفيلم وسيط ، أو 2) غشاءان عازلان ترسب عليهما طبقة معدنية بخار. لهذا السبب ، تسمى مكثفات الفيلم أحيانًا مكثفات الجرح.
تستخدم مكثفات الأفلام إما أغشية ورقية أو بلاستيكية للمواد العازلة. وبالتالي ، يمكن تقسيم أنواع مكثفات الأفلام بناءً على المواد المستخدمة (M = معدنية ، F = فيلم ، K = بلاستيك ، P = ورق):
FP
FK
النائب
عضو الكنيست
نظرًا لأن الورق له عيوب عديدة (بما في ذلك السماحية النسبية المنخفضة) ، يفضل استخدام مكثفات الأغشية البلاستيكية (FK و MK) بشكل عام.
| ◄ إقرأ أيضاً: انواع المقاومات الكهربائية | مجالات استعمالها | المقاوم النموذجي |
مكثفات سيراميك
لا تحتوي المكثفات الخزفية أيضًا على قطبية وسعة ثابتة ، ولكنها تستخدم مواد خزفية للمواد العازلة.
لبناء مكثف خزفي ، إما 1) كتلة متجانسة (مكثف أحادي الطبقة) ، أو 2) طبقات عديدة (مكثف متعدد الطبقات) ، ينتج عنها جسم خزفي متآلف. تم العثور على المكثفات الخزفية أحادية الطبقة في تطبيقات الجهد العالي والجهد المتردد ، بينما يتم تكوين المكثفات الخزفية متعددة الطبقات (MLCCs) بشكل أساسي كمكونات SMD. مع تصنيع الكوادريليونات من الوحدات ، تعد MLCCs هي النوع السائد في السوق العالمية.
يتيح هيكل المكثفات الخزفية تصميمات تحريض منخفضة للغاية. يمكن تقسيم السيراميك المستخدم كعزل كهربائي إلى فئات مختلفة:
الفئة 1 (ثابت عازل منخفض)
الفئة 2 (ثابت عازل عالي)
فئة 3
فئة 4
بشكل أساسي ، تختلف هذه الفئات في سماحها النسبي ، واعتمادها على درجة الحرارة ، وسلوك الشيخوخة ، وخسائرها العازلة. الفئتان 1 و 2 أكثر شيوعًا ؛ لا تعد الفئتان 3 و 4 (تسمى أيضًا مكثفات الوصلات) ذات أهمية كبيرة اليوم.
ضع في اعتبارك أن السيراميك أكثر حساسية للتأثيرات الميكانيكية من التصميمات الأخرى. يجب أخذ ذلك في الاعتبار سواء في التصنيع أو في التطبيق نفسه.
| ◄ إقرأ أيضاً: أساسيات لابد من معرفتها لأبرز المكونات الإلكترونية المستعملة في الاجهزة الالكترونية |
المكثف الكهربائي
على عكس النوعين السابقين من المكثفات ، فإن المكثفات الإلكتروليتية لها قطبية وقطب كهربائي واحد فقط. (توجد مكثفات إلكتروليتية غير قطبية أو ثنائية القطب ، لكنها ذات سعة أقل بكثير وبالتالي فهي أقل انتشارًا.)
بسبب التركيب غير المتماثل للمكثفات الإلكتروليتية ، يمكن تمييز أقطابها على أنها قطب موجب (فيلم معدني ، عادة من الألومنيوم) وكاثود (إلكتروليت موصل).
يمكن تمييز المكثفات الإلكتروليتية بناءً على معيارين أساسيين: مادة القطب (الألومنيوم ، التنتالوم ، أو النيوبيوم) وخاصية الإلكتروليت (الرطب ، الصلب ، أو الهجين الرطب / الصلب).
النوع الأكثر شيوعًا من المكثفات الإلكتروليتية هو الألومنيوم كهربائيا. يوجد نوعان أساسيان من المكثفات الالكتروليتية المصنوعة من الألومنيوم:
الالومنيوم التقليدية كهربائيا
بوليمر صلب
المكثفات الإلكتروليتية متوفرة مع وصلات لإصدارات SMT و THT والأدوات الإضافية والمسمار. يتم استخدامها بشكل أفضل للتطبيقات ذات السعة العالية التي تتطلب أداءً ممتازًا.
