حساب السعة الكلية للمكثفات على التوالي والتوازي (التسلسل والتفرع)

نقدم لكم في هذا المقال برنامج وطريقة حساب السعة الكلية للمكثفات الموصولة على التوازي (التفرع) وأخرى موصولة على التوالي (التسلسل). وسنقدم أيضاً طريقة جمع أو ربط المكثفات على التوالي والتوازي والفرق بين جمع المكثفات على الطريقتين وقانون جمع المكثفات وكذلك دور المكثف في الدارة الكهربائية ووظيفته وأنواع المكثفات الكهربائية.

إقرا ايضا: قانون سعة المكثف للاطلاع على طريقة حساب الشحنة الكهربائية في المكثف C.

توصيل المكثفات على التوالي أو على التسلسل

يمكننا توصيل مجموعة من المكثفات على التوالي أو التسلسل Capacitors in Series من أجل الحصول على سعة أكبر في المحصلة, حيث يكون مقلوب سعة المكثفة المكافئة لمجموعة المكثفات المربوطة على التوالي هي مجموع مقاليب سعات كل المكثفات, أي تكون السعة المكافئة أصغر من سعة أي مكثفة مربوطة على التسلسل.

ويتم وصل المكثفات على التوالي بوصل النقطة الموجبة للمكثفة الأولى بالمنبع ووصل النقطة السالبة بموجب المكثفة الأخرى.. وهكذا.

قانون حساب سعة المكثفة المكافئة للمكثفات على التوالي Series Capacitors Equation

إن مقلوب سعة المكثفة المكافئة تساوي مجموع مقاليب جميع سعات المكثفات المربوطة مع بعضها.

وصل المكثفات على التوازي أو على التفرع

يتم ربط المكثفات على التوازي بوصل النقاط الموجبة لجميع المكثفات إلى نقطة واحدة تكافئ موجب المكثفة المكافئة. ويتم ربط النقاط السالبة لجميع المكثفات إلى نقطة واحدة أخرى هي النقطة السالبة للمكثفة المكافئة.

وبهذا نحصل على مكثفة مكافئة تساوي بالقيمة مجموع سعات جميع المكثفات. أي أن السعة المكافئة أكبر من سعة أي مكثفة مربوطة على التفرع.

قانون حساب السعة المكافئة للمكثفات على التوازي

قانون حساب السعة المكافئة للمكثفات على التوازي (قانون جمع المكثفات على التوازي) بسيط وهو بجمع جميع سعات المكثفات المربوطة مع بعضها على التفرع. وهذا منطقي فيزيائيا من حيث تجمع الشحنات الكهربائية ذات النوع الواحد إلى نقطة واحدة للحصول على سعة أكبر.

قانون حساب سعة المكثف

الآن جاء دور قانون سعة المكثف العام والذي يفترض الحديث عنه في البداية, وهو بسيط ويمكننا القول أن سعة المكثفة تعتمد على عاملين أساسيين:

1. فرق الجهد المطبق بين لبوسيها V.
2. شحنة المكثفة.

وسعة المكثفة تساوي شحنة المكثفة إلى فرق الجهد المطبق بين طرفيها.

C = Q/V

حيث يرمز لسعة المكثفة بالرمز C

دور المكثف في الدارة الكهربائية ووظيفته

يختلف دور المكثف من دارة كهربائية لأخرى وطبعا لطبيعة التغذية أيضاً وعوامل أخرى كثيرة. ويمكننا بشكل عام تقسم وظيفة المكثفات إلى دور المكثفات في دارات التيار المتناوب ودورها في دارات التيار المستمر.

دور المكثفات في دارات التيار المتناوب AC

وبالتأكيد يختلف دور المكثفات في دارات التيار المتناوب عن المستمر حيث تبدل المكثفة شحنتها نتيجة التيديل المستمر لاتجاه التيار المتناوب لتنتج جهد متأخر بالصفحة. ويعطي بالمقابل تيار متقدم بالصفحة.

دور المكثفات في دارات التيار المستمر DC

تلعب المكثفة في دارات التيار المستمر دور مفتاح أو سويتش مفتوح. وبشكل عام يلعب المكثف دور فلتر أو مرشح. وفي جسر التقويم في دارات تحويل التيار المتناوب إلى مستمر. حيث ينتج عن التيار المتناوب بعد تحويله تيار مستمر مع نبضات شاذة. يلعب المكثف هنا دور المرشح الذي يتخلص من هذه الاشارات.

كما تستخدم لمنع الاثر الرتدادي لتغيرات الجهد من المنبع وتسمى Decoupling Capacitor. حيث تشغيل مجموعة من الاجهزة الكهربائية على نفس المنبع قد يؤثر على جهد المنبع بسبب تغيرات استهلاك التيار لكل جهاز. وبالتالي للتخلص من هذا الأثر تستخدم المكثفات للحد من تلك التغيرات في الجهد. وتحدث تلك التغيرات سواء على شكل شوكات على المنبع أو المصب. في الشكل في الأسفل مكثفتين تلعبان دور Decoupling.

تلعب المكثفات دور coupling Capacitors. كما نعرف فإن المكثفة تمنع مرور التيار المستمر وتسمح بمرور التيار المتناوب وبالتالي تقوم بعزل التيار المستمر عن المتناوب. وتستخدم في دارات الهزازات الكهربائية أيضاً

انواع المكثفات واستخداماتها ووظائفها في التطبيقات الكهربائية

يمكننا تلخيص انواع المكثفات الكهربائية (من حيث الصناعة لا المميزات والاستخدام) الأكثر شهرة بالتالي:

1. المكثفات الالكتروليتية أو مكثفات الالكتروليت Electrolytic
2. المكثفات السيراميكية Ceramic
3. المكثفات الورقية Paper
4. مكثفات الميكا Mica
5. مكثفات فلمية
6. المكثفات غير المستقطبة

وسنأتي على شرح كل منها بالتفصيل.

1. المكثفات الالكتروليتية أو مكثفات الالكتروليت

تستخدم المكثفات الالكتروليتية عندما نحتاج إلى سعات عالية للمكثفات. القطب الموجب داخل المكثفة يكون مصنوعا من صفيحة معدنية رقيقة, بينما يكون القطب السالب عبارة عن ساءل سميك القوام من مادة الالكترولايت. أما الطبقة العازلة فهي صفيحة من الأوكسيد صنعت بحيث تكون سماكتها أقل من سماكة القطب الموجب بقليل وسماكتها أقل من 10 ميكرون.

إن ما يعطي هذه الانواع من المكثفات سعات عالية (مقارنة بحجمها) هي انخفاض سماكة العازل بين القطبين. ويجب ألا ننسى أن المكثفات الالكتروليتية ه مكثفات مستقطبة أي أن لها قطب سالب وآخر موجب ويجب أن توصل في دارات التيار المستمر بشكل صحيح (موجب المكثفة مع موجب المنبع وسالب المكثفة مع سالب المنبع).

ففي حال الوصل الخاطئ سيؤدي هذا إلى انهيار المادة العازلة بين القطبين وفي النهاية إلى انفجار المكثفة.

2. المكثفات السيراميكية

تكون المادة العازلة في المكثفات السيراميكية هي مادة السيراميك والتي كانت من أوائل المواد المستخدمة في صناعة المكثفات كعازل بين القطبين.

أشهر أنواع المكثفات السيراميكية هي المكثفات السيراميكية ذات الطبقات المتعددة MLCC, والمكثفات العدسية Disc أو القرصية.

وغالباً ما يكون النوع الأول ذو الطبقات المتعددة من النوع الصغير جدا والمعروف باسم surface mounted واختصارا SMD. وتراها في الدارات الالكترونية الدقيقة التي تكون معظم عناصرها ملصوقة بسطح الدارة بدون فراغ. وتكون سعاتها سغيرة تتراوح بين 1nF و 1uF فقط.

إقرأ أيضاً: حساب المقاومة المكافئة