يحتاج كل جهاز إلكتروني مدرج في الشبكة إلى حماية ضد تجاوز القيم الحدية للتيار أو الجهد. يتم استخدام العديد من الصمامات وقواطع الدائرة للحماية الحالية ، ولكن غالبًا ما يتم استخدام المتغيرات لحماية الجهاز من الجهد الزائد. في هذه المقالة ، سننظر في مبدأ تشغيل المكثف وخصائصه ومزايا وعيوب هذا المكون الإلكتروني.
محتوى
ما هو مكثف وأين يتم استخدامه
مكثف - هو مقاوم متغير مصنوع من مادة شبه موصلة ، وهو قادر على تغيير مقاومته الكهربائية حسب الجهد المطبق عليه.
يختلف مبدأ تشغيل هذا المكون الإلكتروني عن المقاوم التقليدي ومقياس الجهد. اساسي المقاوم له قيمة ثابتة للمقاومة في أي وقت ، بغض النظر عن الجهد الكهربائي في الدائرة ، يسمح لك مقياس الجهد بتغيير المقاومة يدويًا عن طريق تدوير مقبض التحكم. لكن المكثف له خاصية جهد تيار متناظر غير خطي وتعتمد مقاومته كليًا على الجهد في الدائرة.
نتيجة لهذه الخاصية ، يتم استخدام المتغيرات على نطاق واسع وفعال لحماية الشبكات والآلات والمعدات الكهربائية ، وكذلك المكونات الإلكترونية واللوحات والدوائر الدقيقة ، بغض النظر عن نوع الجهد. تتميز بتكلفة تصنيع منخفضة ، ويمكن الاعتماد عليها في الاستخدام وقادرة على تحمل الأحمال العالية.
تُستخدم المتغيرات في تركيبات الجهد العالي حتى 20 كيلو فولت وفي التركيبات منخفضة الجهد من 3 إلى 200 فولت كمحدد للجهد. في الوقت نفسه ، يمكنهم العمل في كل من الشبكات ذات التيار المتردد والتيار المباشر. يتم استخدامها لتنظيم واستقرار التيار والجهد ، وكذلك في أجهزة الحماية من زيادة التيار. تستخدم في تصميم فلاتر الشبكة وامدادات الطاقة والهواتف المحمولة SPD وكيانات خاصة أخرى.
أنواع ومبدأ العملية
عند العمل في ظل الظروف العادية ، يتمتع المكثف بمقاومة كبيرة ، والتي يمكن أن تنخفض عندما يتجاوز الجهد قيمة عتبة. أي إذا زاد الجهد في الدائرة بشكل كبير ، فإن المكثف ينتقل من حالة عازلة إلى حالة موصلة كهربيًا ، وبسبب تأثير الانهيار الجليدي في أشباه الموصلات ، يعمل على استقرار الجهد عن طريق تمرير تيار كبير عبر نفسه.
يمكن أن تعمل المتغيرات ذات الجهد العالي والمنخفض ، وبالتالي ، يتم تقسيمها إلى مجموعتين من الأجهزة التي لها نفس مبدأ التشغيل:
- الجهد العالي: قادر على العمل في دوائر بقيم تيار تصل إلى 20 كيلو فولت (يستخدم في أنظمة الحماية للشبكات والمعدات ، في أجهزة الحماية من زيادة التيار).
- الجهد المنخفض: الجهد المقنن لهذا النوع من المكونات يختلف من 3 إلى 200 فولت (يستخدم لحماية الأجهزة الإلكترونية ومكونات المعدات بتيار من 0.1 - 1 أمبير ويتم تثبيتها عند مدخلات أو خرج مصدر الطاقة).
وقت استجابة مكثف عند ارتفاع السلطة حوالي 25 نانوثانية ، وهي قيمة ممتازة ، لكنها غير كافية في بعض الحالات. لذلك ، طور مصنعو المكونات الإلكترونية تقنية لتصنيع مقاوم smd ، والذي له وقت استجابة 0.5 نانوثانية.
تصنع المتغيرات بجميع أنواعها من كربيد السيليكون أو أكسيد الزنك عن طريق تلبيد هذه المادة باستخدام مادة رابطة (راتنج ، طين ، زجاج) عند درجة حرارة عالية. بعد تلقي عنصر أشباه الموصلات ، يتم تعدينه على كلا الجانبين باستخدام خيوط لحام معدنية للتوصيل.
العلامات والخصائص والمعلمات الرئيسية
تقوم كل شركة مصنعة للمتغيرات بتسمية منتجها بطريقة معينة ، لذلك يوجد عدد كبير نسبيًا من خيارات التعيين وتفسيراتها. المكثف الروسي الأكثر شيوعًا هو K275 ، والمكونات الأجنبية الصنع الشهيرة هي 7n471k و kl472m وغيرها.
يمكن فك تشفير تسمية مكثف CNR-10d751k على النحو التالي: CNR - مكثف أكسيد الفلز ؛ د - يعني أن المكون في شكل قرص ؛ 10 هو قطر القرص 751 - جهد الاستجابة لهذا الجهاز (يتم الحساب بضرب أول رقمين في 10 إلى القوة المساوية للرقم الثالث ، أي 75 في 10 إلى الدرجة الأولى ، نحصل على 750 فولت) ؛ ك - الانحراف المسموح به للجهد المقدر وهو 10٪ في أي اتجاه (ل - 15٪ ، م - 20٪ ، ف - 25٪).
الخصائص الرئيسية للمتغيرات هي المعلمات التالية:
تصنيف الجهد - الجهد عند قيم معينة للتيار المتدفق عبر المكثف (عادة هذه القيمة هي 1mA). هذا الإعداد مشروط ولا يؤثر على اختيار الجهاز ؛
أقصى جهد مسموح به - مجال الجهد الكهربائي (RMS أو RMS) ، حيث يبدأ المكثف في خفض مقاومته ؛
طاقة الامتصاص القصوى - خاصية توضح قيمة الطاقة التي يبددها المكثف ولا يفشل عند تعرضه لنبضة واحدة (تقاس بالجول);
أقصى تيار زيادة - تطبيع وقت الصعود ومدة النبض الحالي (تقاس بالأمبير);
الاهلية هي معلمة مهمة للغاية ، يتم قياسها بالحالة المغلقة وتردد معين (ينخفض إلى الصفر إذا تم تطبيق تيار كبير على المكثف);
تسامح - الانحراف عن فرق الجهد الاسمي في كلا الاتجاهين (المشار إليها كنسبة مئوية).
وقت الاستجابة - الفاصل الزمني الذي يمر فيه المكثف من الحالة المغلقة إلى الحالة المفتوحة (عادة بضع عشرات من النانو ثانية).
مزايا وعيوب المتغيرات
من المزايا المهمة للمقاوم غير الخطي (المتغير) تشغيله المستقر والموثوق عند الترددات العالية والأحمال الثقيلة. يتم استخدامه في العديد من الأجهزة التي تعمل بجهد كهربائي من 3 فولت إلى 20 كيلو فولت ، وهو بسيط نسبيًا ورخيص التصنيع وفعال في التشغيل. الفوائد الهامة الإضافية هي:
- سرعة استجابة عالية (نانوثانية) ؛
- عمر خدمة طويل
- القدرة على مراقبة انخفاض الجهد (طريقة القصور الذاتي).
على الرغم من حقيقة أن هذا المكون الإلكتروني له الكثير من المزايا ، إلا أن له أيضًا عيوبًا تؤثر على استخدامه في الأنظمة المختلفة. وتشمل هذه:
- ضوضاء منخفضة التردد أثناء التشغيل ؛
- شيخوخة المكونات (فقدان المعلمات بمرور الوقت) ؛
- السعة الكبيرة: تعتمد على الجهد ونوع العنصر ، وتتراوح من 70 إلى 3200 بيكو فاراد وتؤثر على أداء الجهاز ؛
- عند قيم الجهد القصوى ، لا تتبدد الطاقة - إنها تسخن بشكل كبير وتفشل في قيم الجهد القصوى على المدى الطويل.
اختيار مكثف
لاختيار المكثف المناسب لجهاز معين ، تحتاج إلى معرفة خصائص مصدر طاقته: مقاومة وقوة النبضات العابرة. يتم تحديد الحد الأقصى للقيمة الحالية المسموح بها ، من بين أمور أخرى ، من خلال مدة تعرضها وعدد التكرارات ، وبالتالي ، عند تثبيت مكثف مع قيمة تيار ذروة أقل من الواقع ، ستفشل بسرعة.باختصار ، من أجل الحماية الفعالة للجهاز ، من الضروري اختيار مكثف بجهد له هامش صغير من الاسمي.
أيضًا ، من أجل التشغيل الخالي من المتاعب لمثل هذا المكون الإلكتروني ، يعد معدل تبديد الطاقة الحرارية الممتصة والقدرة على العودة بسرعة إلى حالة التشغيل العادي أمرًا مهمًا للغاية.
التعيين على الرسم التخطيطي وخيارات توصيل المكثف
على ال المخططات مكثف عادة يعني، تمامًا مثل المقاوم العادي ، ولكن مع إضافة U بجوار الشرطة المائلة. تشير هذه الميزة في المخططات إلى أن هذا العنصر له مقاومة تعتمد على الجهد في الدائرة. أيضا على الاسلاك الرسم البياني يتم تمييز هذا العنصر بحرفين R و U مع إضافة رقم تسلسلي (RU1 ، RU2 ... إلخ).
يوجد عدد كبير من الخيارات لتوصيل المتغيرات ، ولكن الشيء الشائع لجميع الطرق هو أن هذا المكون متصل بالتوازي مع دائرة الطاقة. لذلك ، في حالة عدم وجود قيم خطيرة لنبضات الجهد ، فإن التيار الذي يتدفق عبر المكثف له قيمة صغيرة (بسبب قيم المقاومة الكبيرة) ولا يؤثر على أداء النظام بأي شكل من الأشكال. عند حدوث جهد زائد ، يغير المكثف المقاومة للقيم الصغيرة ، وينتقل الحمل ، وتتبدد الطاقة الممتصة في الفضاء المحيط.
مقالات مماثلة:
