مقسم الجهد السعوي

في هذا المنشور نتعلم كيف تعمل دوائر مقسم الجهد السعوي في الدوائر الإلكترونية ، من خلال الصيغ والأمثلة المحلولة.

بقلم: ذروباجيوتي بيسواس

ما هي شبكة مقسم الجهد

عند الحديث عن دائرة مقسم الجهد ، من المهم ملاحظة أن الجهد في دائرة المقسم يتم توزيعه بالتساوي بين جميع المكونات الموجودة المرتبطة بالشبكة ، على الرغم من أن السعة قد تختلف بناءً على تكوين المكونات.

يمكن بناء دارة مقسم الجهد من مكونات متفاعلة أو حتى من مقاومات ثابتة.

ومع ذلك ، عند المقارنة مع فواصل الجهد السعوية ، تظل فواصل المقاومة غير متأثرة بتغيير التردد في العرض.

الغرض من هذا البحث هو تقديم فهم مفصل لفواصل الجهد السعوي. ولكن للحصول على مزيد من التبصر ، من الضروري تفصيل التفاعل السعوي وتأثيره على المكثفات عند الترددات المتنوعة.

يتكون المكثف من لوحين موصلين ، يتم وضعهما بالتوازي مع بعضهما البعض ويفصل بينهما عازل إضافي. هاتان الصفيحتان لهما شحنة موجبة (+) وأخرى سالبة (-).

عندما يتم شحن مكثف بالكامل عبر تيار مستمر ، فإن العازل [يشار إليه شعبياً بالعازل] يعيق تدفق التيار عبر الألواح.

من الخصائص المهمة الأخرى للمكثف بالمقارنة مع المقاوم: يخزن المكثف الطاقة على الصفائح الموصلة أثناء الشحن ، وهو ما لا يفعله المقاوم ، لأنه يميل دائمًا إلى إطلاق الطاقة الزائدة على شكل حرارة.

لكن الطاقة المخزنة بواسطة المكثف تنتقل إلى الدوائر المتصلة به أثناء عملية التفريغ.

يشار إلى هذه الميزة الخاصة بالمكثف لتخزين الشحنة بالمفاعلة ، ويشار إليها أيضًا بالمفاعلة السعوية [Xc] التي يمثل أوم الوحدة القياسية لقياس التفاعل.

مكثف مفرغ عند توصيله بمصدر طاقة تيار مستمر ، تظل المفاعلة منخفضة في المرحلة الأولية.

يتدفق جزء كبير من التيار عبر المكثف لفترة قصيرة ، مما يجبر الصفائح الموصلة على الشحن بسرعة ، وهذا في النهاية يمنع أي مرور إضافي للتيار.

كيف المكثف كتل العاصمة؟

في شبكة سلسلة مكثف المقاوم عندما تصل الفترة الزمنية إلى حجم 5RC ، يتم شحن الصفائح الموصلة للمكثف بالكامل ، مما يدل على أن الشحنة التي يتلقاها المكثف تساوي مصدر الجهد ، مما يوقف أي تدفق تيار إضافي.

علاوة على ذلك ، فإن تفاعل المكثف في هذه الحالة تحت تأثير جهد التيار المستمر يصل إلى الحالة القصوى [ميغا أوم].

مكثف في امدادات التيار المتردد

فيما يتعلق باستخدام التيار البديل [AC] لشحن مكثف ، حيث يكون تدفق التيار المتناوب دائمًا مستقطبًا بالتناوب ، يخضع المكثف الذي يستقبل التدفق لشحن وتفريغ مستمرين عبر ألواحه.

الآن إذا كان لدينا تدفق تيار ثابت ، فإننا نحتاج أيضًا إلى تحديد قيمة التفاعل لتقييد التدفق.

عوامل لتحديد قيمة المقاومة السعوية

إذا ألقينا نظرة على السعة ، فسنجد أن مقدار الشحنة على الألواح الموصلة للمكثف يتناسب مع قيمة السعة والجهد.

الآن عندما يحصل المكثف على تدفق تيار من مدخل تيار متردد ، يمر إمداد الجهد بتغير ثابت في قيمته ، مما يغير دائمًا قيمة الألواح بشكل متناسب.

دعنا الآن نفكر في موقف يحتوي فيه المكثف على قيمة أعلى من السعة.

في هذه الحالة ، تستهلك المقاومة R وقتًا أطول لشحن المكثف τ = RC. هذا يعني أنه إذا كان تيار الشحن يتدفق لفترة أطول من الوقت ، فإن المفاعلة تسجل قيمة أصغر Xc ، اعتمادًا على التردد المحدد.

بشكل مماثل ، إذا كانت قيمة السعة أصغر في المكثف ، فإن شحن المكثف يتطلب وقتًا أقصر من RC.

يتسبب هذا الوقت الأقصر في تدفق التيار لفترة زمنية أقصر ، مما ينتج عنه قيمة مفاعلة أصغر نسبيًا ، Xc.

لذلك ، من الواضح أنه مع التيارات العالية ، تظل قيمة التفاعل صغيرة والعكس صحيح.

وبالتالي فإن المفاعلة السعوية تكون دائمًا متناسبة عكسيًا مع قيمة سعة المكثف.

XC ∝ -1 ج.

من المهم ملاحظة أن السعة ليست العامل الوحيد لتحليل التفاعل السعوي.

مع التردد المنخفض لجهد التيار المتردد المطبق ، فإن التفاعل يحصل على مزيد من الوقت يتطور بناءً على ثابت وقت RC المخصص. علاوة على ذلك ، فإنه يمنع أيضًا التيار ، مما يشير إلى ارتفاع قيمة التفاعل.

وبالمثل ، إذا كان التردد المطبق مرتفعًا ، فإن التفاعل يسمح بدورة زمنية أقل لحدوث عملية الشحن والتفريغ.

علاوة على ذلك ، فإنه يتلقى أيضًا تدفقًا أعلى للتيار أثناء العملية ، مما يؤدي إلى تفاعل أقل.

هذا يثبت أن الممانعة (مفاعلة التيار المتردد) لمكثف وحجمه يعتمدان على التردد. لذلك ، ينتج عن التردد العالي مفاعلة أقل والعكس صحيح ، وبالتالي يمكن استنتاج أن المفاعلة السعوية Xc تتناسب عكسياً مع التردد والسعة.

يمكن تلخيص النظرية المذكورة للمفاعلة السعوية بالمعادلة التالية:

Xc = 1/2 درجة مئوية

أين:

· Xc = مفاعلة سعوية في أوم ، (Ω)


· π (pi) = ثابت رقمي 3.142 (أو 22 ÷ 7)


· ƒ = التردد بالهرتز (هرتز)


· C = السعة في فاراد ، (F)

مقسم الجهد السعوي

سيهدف هذا القسم إلى تقديم شرح مفصل بشأن كيفية تأثير تردد الإمداد على مكثفين متصلين من الخلف إلى الخلف أو متسلسلين ، ومن الأفضل تسميتهما بدائرة مقسم الجهد السعوي.

دائرة مقسم الجهد السعوي

لتوضيح عمل مقسم الجهد السعوي ، دعنا نشير إلى الدائرة أعلاه. هنا ، C1 و C2 متصلان على التوالي ومتصلين بمصدر طاقة تيار متردد بقوة 10 فولت. نظرًا لكون كل من المكثفات في السلسلة ، فإنها تتلقى نفس الشحنة ، Q.

ومع ذلك ، سيظل الجهد مختلفًا ويعتمد أيضًا على قيمة السعة V = Q / C.

بالنظر إلى الشكل 1.0 ، يمكن تحديد حساب الجهد عبر المكثف بطرق مختلفة.

يتمثل أحد الخيارات في معرفة إجمالي ممانعة الدائرة وتيار الدائرة ، أي تتبع قيمة التفاعل السعوي على كل مكثف ثم حساب انخفاض الجهد عبرهما. على سبيل المثال:

مثال 1

وفقًا للشكل 1.0 ، مع C1 و C2 من 10 فائق التوهج و 20 فائق التوهج على التوالي ، احسب جذر متوسط ​​التربيع قطرات الجهد التي تحدث عبر المكثف في حالة الجهد الجيبي 10 فولت rms @ 80 هرتز.

C1 10 فائق التوهج مكثف
Xc1 = 1/2πfC = 1/2π × 80 × 10 فائق التوهج × 10-6 = 200 أوم
C2 = مكثف 20 فائق التوهج
Xc1 = 1/2πfC = 1/2 / x 8000 x 22uF x 10-6 = 90
أوم

إجمالي المفاعلة السعوية

Xc (الإجمالي) = Xc1 + Xc2 = 200Ω + 90Ω = 290Ω
Ct = (C1 x C2) / (C1 + C2) = 10 فائق التوهج x 22 فائق التوهج / 10 فائق التوهج + 22 فائق التوهج = 6.88 فائق التوهج
Xc = 1/2πfCt = 1/2/1 × 80 × 6.88 فائق التوهج = 290 درجة

التيار في الدائرة

أنا = E / Xc = 10V / 290Ω

ينخفض ​​الجهد بشكل متسلسل لكل من المكثف. هنا يتم حساب مقسم الجهد السعوي على النحو التالي:

Vc1 = I x Xc1 = 34.5mA x 200Ω = 6.9V
Vc2 = I x Xc2 = 34.5mA x 90Ω = 3.1V

إذا اختلفت قيم المكثفات ، فيمكن حينئذٍ شحن مكثف ذي قيمة أصغر إلى جهد أعلى مقارنةً بالقيمة الكبيرة.

في المثال 1 ، شحنة الجهد المسجلة هي 6.9 و 3.1 لـ C1 و C2 على التوالي. الآن بما أن الحساب يعتمد على نظرية كيرشوف للجهد ، فإن إجمالي انخفاض الجهد للمكثف الفردي يساوي قيمة جهد الإمداد.

ملاحظة:

تظل نسبة انخفاض الجهد للمكثفين المتصلين بدائرة مقسم جهد سعوي متسلسل دائمًا كما هي حتى لو كان هناك تردد في العرض.

لذلك وفقًا للمثال 1 ، فإن 6.9 و 3.1 فولت هي نفسها ، حتى لو تم تكبير تردد العرض من 80 إلى 800 هرتز.

مثال 2

كيف تجد انخفاض جهد المكثف باستخدام نفس المكثفات المستخدمة في المثال 1؟

Xc1 = 1 / 2πfC = 1/2 8 × 8000 × 10 فائق التوهج = 2 أوم

Xc1 = 1/2πfC = 1/2 / x 8000 x 22uF = 0.9 أوم

I = V / Xc (إجمالي) = 10 / 2.9 = 3.45 أمبير

لذلك ، Vc1 = I x Xc1 = 3.45A x 2Ω = 6.9V

و Vc2 = I x Xc2 = 3.45A x 0.9 Ω = 3.1V

نظرًا لأن نسبة الجهد تظل كما هي لكل من المكثفات ، مع زيادة تردد الإمداد ، يظهر تأثيرها على شكل انخفاض في التفاعل السعوي المشترك ، وكذلك بالنسبة لمقاومة الدائرة الكلية.

تؤدي المعاوقة المنخفضة إلى زيادة تدفق التيار ، على سبيل المثال ، تيار الدائرة عند 80 هرتز يبلغ حوالي 34.5 مللي أمبير ، بينما عند 8 كيلو هرتز قد يكون هناك زيادة 10 مرات في العرض الحالي ، أي حوالي 3.45 أمبير.

لذلك يمكن استنتاج أن تدفق التيار عبر مقسم الجهد السعوي يتناسب مع التردد ، I ∝ f.

كما نوقش أعلاه ، فإن المقسمات السعوية التي تتضمن سلسلة من المكثفات متصلة ، جميعها تسقط جهد التيار المتردد.

لمعرفة انخفاض الجهد الصحيح ، تأخذ المقسمات السعوية قيمة التفاعل السعوي للمكثف.

لذلك ، فإنه لا يعمل كمقسمات لجهد التيار المستمر ، لأن المكثفات في التيار المستمر توقف وتحجب التيار ، مما يسبب عدم تدفق التيار.

يمكن استخدام الفواصل في الحالات التي يكون فيها العرض مدفوعًا بالتردد.

هناك مجموعة واسعة من الاستخدامات الإلكترونية لمقسم الجهد السعوي ، من جهاز مسح الإصبع إلى Colpitts Oscillators. يُفضل أيضًا على نطاق واسع كبديل رخيص لمحول التيار الكهربائي حيث يتم استخدام مقسم الجهد السعوي لإسقاط تيار التيار الكهربائي العالي.