ما هو السعة الثابتة

1. التعريف

ما يُعرف بشكل شائع بـ "المكثف الدائم" هو على الأرجح مصطلح شائع. بدقة، قد يشير إلى المكثف الثابت. المكثف الثابت هو نوع من المكثفات ذات قيمة سعة ثابتة. في الدائرة الكهربائية، لن تتغير سعته بسبب التغيرات الطبيعية في الجهد والتيار أو الظروف الخارجية الشائعة الأخرى. وظائفه الرئيسية تشمل تخزين الطاقة الكهربائية والترشيح والربط والتجاوز.

2. الهيكل والمبدأ

الهيكل

لنأخذ كمثال المكثف السيراميكي الشائع. يتكون أساساً من العازل السيراميكي والأقطاب والمواد التغليفية. العازل السيراميكي هو الجزء الرئيسي الذي يحدد قيمة السعة والخصائص الأخرى. الأقطاب عادة ما تكون مصنوعة من مواد معدنية (مثل الفضة والبالياديوم وغيرها) وتستخدم لاستخراج الشحنات. المواد التغليفية تلعب دورًا في حماية البنية الداخلية.

المبدأ

تعمل المكثفات بناءً على مبدأ تخزين الطاقة الكهربائية في مجال كهربائي. عندما يتم تطبيق جهد بين القطبين للمكثف، ستتراكم الشحنات على القطبين، مما يشكل مجالاً كهربائياً. طاقة المجال الكهربائي تخزن في المكثف على شكل طاقة كهربائية. بالنسبة للمكثف الثابت، تعتمد قيمة سعته بشكل أساسي على مساحة الصفائح، المسافة بين الصفائح، وثابت العازل للوسط بين الصفائح. وفقًا للصيغة c=εs/d (حيث C هي السعة، ε هو ثابت العازل، S هي مساحة الصفيحة، و d هي المسافة بين الصفائح)، في المكثف الثابت، هذه المعلمات ثابتة تقريباً بعد التصنيع، وبالتالي فإن قيمة السعة تبقى ثابتة.

3. التصنيف والتطبيق

التصنيف

• المكثفات السيراميكية: لها خصائص الحجم الصغير والأداء العالي التردد والاستقرار النسبي. تنقسم إلى فئة I (نوع مصحح الحرارة)، وفئة II (نوع عالي الثابت العازل)، وفئة III (نوع نصف الموصل). تستخدم مكثفات السيراميك من فئة I في دوائر التذبذب عالية التردد والأجهزة الدقيقة وغيرها من الحالات التي تتطلب استقراراً عالياً للسعة. تستخدم مكثفات السيراميك من فئة II في الدوائر العامة مثل التجاوز والترشيح.

• المكثفات الكهربية: تنقسم إلى مكثفات الكهربية الألومنيوم ومكثفات الكهربية التانتال. تحتوي مكثفات الكهربية الألومنيوم على سعة كبيرة ولكن مع تيار تسرب نسبياً كبير. تستخدم بشكل رئيسي في ترشيح الترددات المنخفضة وتخفيف تقلبات الجهد في الدوائر. تتميز مكثفات الكهربية التانتال بأداء أفضل من مكثفات الكهربية الألومنيوم وتستخدم على نطاق واسع في دوائر التغذية والربط الإشارات وغيرها من الحالات التي تتطلب متطلبات أعلى.

• المكثفات البوليمرية: تشمل مكثفات البوليستر البوليمرية ومكثفات البوليبروبيلين البوليمرية وغيرها. تستخدم مكثفات البوليستر البوليمرية غالباً في الدوائر الكهربائية المستمرة والمتناوبة منخفضة التردد للأجهزة الإلكترونية العامة. تتميز مكثفات البوليبروبيلين البوليمرية بميزة الخسارة المنخفضة والأداء العازل الجيد وتستخدم على نطاق واسع في الدوائر ذات الترددات العالية والدوائر ذات الجهد العالي.

التطبيق

• دوائر التغذية: في دوائر التقويم والترشيح للتغذية، تستخدم المكثفات الكهربية لتخفيف تقلبات الجهد المستمر وإزالة التموجات بعد التقويم. على سبيل المثال، في تغذية الكمبيوتر، يمكن أن تقلل المكثفات الكهربية ذات السعة الكبيرة بشكل فعال من تقلبات جهد التغذية وتوفير مصدر طاقة مستقر لمختلف مكونات الكمبيوتر.

• دوائر الربط: في دوائر تضخيم الصوت، تستخدم المكثفات لربط إشارات الصوت. على سبيل المثال، بين مرحلتين من مراحل تضخيم الصوت، تستخدم المكثف لربط الإشارة الناتجة عن المرحلة السابقة إلى المدخلات للمرحلة التالية. وفي الوقت نفسه، تحجب الإشارة المستمرة وتسمح فقط بإشارة الصوت المتغيرة بالعبور، مما يسمح بنقل وتكبير الصوت بشكل فعال.

• دوائر التذبذب: في دوائر التذبذب لأجهزة الإرسال والاستقبال اللاسلكية، تشكل المكثفات الثابتة مثل المكثفات السيراميكية أو البوليمرية مع الملفات وغيرها من المكونات حلقة تذبذب لإنتاج إشارة تذبذب عالية التردد مستقرة. على سبيل المثال، في دائرة التذبذب المحلية لجهاز الراديو، تعمل المكثف الثابت والملف معاً لتحديد تردد التذبذب، مما يمكّن الراديو من استقبال إشارات البث بتردد معين.