Posted in متوسط

خزعبلات إلكترونية: المكثفات

نمر كل يوم  في حياتنا بتجارب عديدة في مجالات مختلفة مثل: الحياة المهنية ، الحياة الاجتماعية ،الحياة الأسرية أو الدراسية. وتختلف ردود أفعال كل منا تجاه هذه التجارب، فمنا من يقف متأملا ومحاولا أخذ الدروس والعبر لتكون قاعدة انطلاق له للأفضل، ومنا من يمر مرور الكرام.والحكيم هو من يتعلم من دروس الآخرين وتجاربهم .

بدأت أحدث نفسي قائلا: وسيم، انت كل يوم تتعلم شيئا جديدا في تخصصك، فتارة تحرق مكثفا، وتارة أخرى تطور دارة عملية ، ولايكاد يمر يوم إلا وقد مررت بتجارب تستحق الوقوف عندها،  فلم لاتتبادل تجاربك وتفيد بها الآخرين؟ أوليست الحياة كلها تجارب؟

لذا قررت أن أشارككم سلسلة من المقالات التي ستنتقل بنا إلى نوع آخر من التدوين التقني، وتختص هذه السلسة بذكر تجاربي الخاصة التي مررت بها أثناء تصميمي للدوائر الإلكترونية. وسنعيش من خلالها اجواء ممتعة في أحد المعامل لنناقش اختبارا معينا لإحدى الدارات ، أو تصميما عمليا، وغالبا أنها ستفشل..ثم ننتقل لنتعرف على السبب وراء هذا الفشل، وكيف كان الحل. فالهدف هو نقل خبرتي البسيطة إليكم كي نتعاون على تكوين قاعدة مهنية صلبة تساعدنا للاستمتاع في اعمالنا وتقليل أخطائنا.

قررت  تسمية هذه السلسة ” خزعبلات إلكترونية” وذلك لأنني رأيت أن بعض التصاميم عند تركيبي لها تبدأ بالتصرف بأمور أشبه ما يمكن وصفها بالخزعبلات. ثم أرى أن التسمية تضفي نوعا من الدعابة لموضوعنا الخفيف على عقولنا.

فلنبدأ بالخزعبلة الأولى..

قبل حوالي الثلاث سنوات، كنت أصمم مرشحا للترددات المنخفضة 

” Low Pass Filter”

 وكان هدفي أن أتخلص من أي تردد أعلى من 1 ميجاهرتز، قمت بالتصميم اعتمادا على عناصر تقليدية وهي مقاومة ومكثف فقط  لأحصل على تردد قطع 1 ميجاهرتز حسب الصورة الموضحة بالأسفل، ثم عملت لها تحليلا ومحاكاة بواسطة برنامج الأوركاد الشهير “البي سبايس”. كل النتائج كانت رائعة وحسب التوقعات.

 

توجهت للمعمل، ركبت الدائرة البسيطة وبدأت الاختبار..

قمت بتغيير التردد المطبق تدريجيا على مدخل الدائرة حتى وصلت للميجاهرتز .

وهنا بدأت الخزعبلة 🙂 ..أثناء زيادتي للتردد لاحظت أن الفلتر بدأ تأثيره واضحا عند ال500 كيلو هرتز وليس عند ال1 ميجا كما صممته!

أعدت التجربة مرارا..غيرت القطع، تأكدت من اللحام..كل شيء..

وفي النهاية نفس النتيجة الغريبة..500 كيلو هرتز.

ما هو السبب؟ وكيف لفلتر صمم عند واحد ميجاهرتز أن يتضاءل تأثيره للنصف تقريبا؟

بعد البحث والتقصي..وتحفير الانترنت، لم أصل لمعلومة..توجهت إلى مديري العبقري..ابتسم في وجهي ..وقال: بالتأكيد لن تعمل دارتك حسب التصميم!

صدمت!  و سألته: ماالسبب؟

قال لي: وسيم..ألا تعلم اننا نعيش في الواقع؟ قلت بلى.

وأردف قائلا: دارتك تحتوي  على مكثف ..فهل نسيت أن المكثف له خواص محددة تجعل منه مكثفا إلى تردد معين بعدها يبدأ ظهور تأثير ما يعرف بالملف الافتراضي والمقاومة التسلسلية ، أي أن المكثف لن يكون حقيقة مكثفا.

معنى ذلك أن اعتباري لقيمة المكثف -1.5نانو فاراد- التي استخدمتها أنها ستبقى ثابتة خلال النطاق الترددي 1 ميجا هرتز هو اعتبار خاطئ. فقيمة المكثف ستتغير حسب التردد وسيدخل معها عنصر مؤثر آخر هو الملف الافتراضي الذي سيقوم بدوره بتقلليل تردد القطع للمرشح. لهذا السبب نجد أن المصنعين دائما مايزودون المصمم  بما يعرف بالدارة المكافئة الحقيقية للمكثف التي تحتوي على المقاومة والمكثف والملف

حسنا،  هاقد عرفنا السبب وراء هذه الظاهرة العجيبة، فمالحل برأيكم؟

لابد من تصميم آخر يأخذ في عين اعتباره خواص المكثف الفيزيائية، لذا نحن أمام طريقين، إما أن نعيد التصميم ليعتمد على مضخمات بدلا من المقاومة والمكثف، أو أن نضيف مرحلة ثانية  تلي المرشح الأول وهي لمرشح آخر من نفس النوع لكنه يعمل على تردد قطع أكبر.

وتجدر الإشارة أن هذه المشكلة التي واجهتها تنطبق على أي قطعة إلكترونية كالملفات والترانزستورات حيث أن أي قطعة سليكونية لا بد لها من التأثر  بالترددات العالية نسبيا، أي في الميجاهرتز والجيجا هرتز. لذا نلاحظ أن تصميم دارات استقبال الترددات العالية معقد إلى حد ما ، ويأخذ اعتبارات كثيرة من ضمنها تصميم اللوحة المطبوعة والذي يعد تحديا بالنسبة لمصممي أجهزة الاتصالات

خلاصة درسنا إذاً لهذا اليوم: أن ننتبه في حال استخدامنا لأي قطعة  إلكترونية بأن نقرأ مواصفاتها الفنية  قبل استخدامها. وفي تجربتنا هذه كان لابد من التأكد من رسم بياني خاص بتأثير الترددات العالية على عمل المكثف.

ولحسن الحظ أن أي عنصر يتم إنتاجه لابد للشركة المصنعة أن تزودنا بملف المواصفات الفنية والذي يحتوي على رسوم بيانية توضح ردة فعل العنصر المستخدم تحت ظروف معينة من الضغط أوالحرارة أوالتيار ةالعالي أوالجهود العالية والترددات المختلفة.

هذه صورة توضح دارة المكثف المكافئة:

لمزيد من المعلومات حول خواص المكثفات حملوا هذا الملف من شركة إبكوس

14 thoughts on “خزعبلات إلكترونية: المكثفات

  1. نقله جميله .. والأسلوب القصصي جذاب لغالب الناس أكثر من الكلام الناشف ومن خلاله يمكن إيصال الأفكار الكبيره والمركبه, لكنه يحتاج مجهود أكبر من الكاتب .. عموما بداية جميله

    بس مش عارف ليش لما قرأت عبارة “خلاصة درسنا لهذا اليوم” تذكرت “ما يستفاد من هذا الحديث” أيام المدرسه 🙂 🙂 .. كانت ماشيه حلو على شكل قصه

    بالتوفيق

  2. جميل جداً أخي وسيم.

    أقترح أن تشارك القارء بالتصميمين الآخرين الذين استعملتهما لحل هذه الخزعبلة 🙂 سيكون هذا مفيداً جداً.

    دمت بخير …

  3. شكرا عزيزي راشد!
    سأحاول أن أطور أسلوبي القصصي في تدوينتي القادمة بإذن الله 🙂
    وأعدك أن أحذف مصطلح ” خلاصة درسنا ..” من تدويناتي القادمة
    تحياتي لك ولا تحرمني من رأيك الذي يساعدني كثيرا لتطوير مهاراتي

  4. رائع جداً أخوي وسيم،

    في الماضي كنت أعرف ان في حدود للمكثف مع التردد بس ماكنت أعرف ايش يتغير في الدائرة بالضبط وكيف أقدر أحل المشكة، حتى اني أزعجت مدرس اللاب حق ee303، ولازلت مااعرف السبب بالضبط حتى قرأت موضوعك..

    بارك الله فيك وننتظر المزيد:)

    1. أهلا وسهلا الأخ System2005
      شكرا لك على مرورك..وأتمنى أن تستفيد دائما مما أكتب
      وكلماتك هي دافع لي للمزيد إن شاء الله

  5. السلام عليكم
    أشكرك جزيل الشكر على المعلومات المفيدة

    لكن بودي لو تفصل أكثر عن الحل ؟؟ ما هو الباند ويدث تبع المرشح الثاني اللي استخدمته ،، وهل هو على التوالي ( ماسكيد) ؟؟

    شكرا جزيلا لك مرة أخرى

    1. وعليكم السلام عبدالإله
      بالنسبة للحل..يبدو أنني لم أوفق في اختيار التعبير المناسب عند ردي على الأخ عبادة مما خلط الأمر لديك
      طيب..كما قلت أنني أبحث عن تردد 1 ميجا هرتز..والفلتر بدأ يقطع عند 500 كيلو هرتز..فبإمكاننا رفع ذلك التردد بإعادة تصميم الفلتر ليكون 2 ميجا هرتز مثلا بدل 1 ميجا هرتز وبذلك سنضمن انه في حالة تصرف المكثف بشكل غير مطلوب فسينخفض التردد في أسوأ احتمالاته لـ 1 ميجاهرتز بدل 2 ميجا وبالتالي سيعمل الفلتر حسب ما هو مطلوب
      الطريقة الأخرى أن يتم استخدام فلتر يعتمد في مكوناته على عناصر نشطة مثل المضخمات ، لكن أيضا هذه الطريقة تعاني من قصور لأنها في النهاية كذلك لابد لها أن تسخدم مكثفا. هذا ببساطة من خبرتي البسيطة وقد يكون هناك حل آخر لم أتعلمه حتى هذه اللحظة
      شكرا لك لإثرائك للموضوع مرة أخرى

  6. شكرا لك أخى باسم على ما تقدمه من معلومات قيمة كما أدعوك للكتاته فى موقعنا الالكترونى المتواضع

    (eec2.coolbb.net)

    كما أنى لى ملاحظة بسيطه على الموضوع أخى باسم اولاً الموضوع جيد جداً اما ملاحظتى عليه انه غنى بالمعادلات الرياضية دون شرح هذه المعادلات ليكتمل الموضوع لأن كثير من القراء لا يعرفون هذه المعادلات مما يجعل الموضوع صعب عليهم فأنا أقترح أن تشرح هذه المعادلات كى يكتمل الموضوع للقارىء البسيط ارجو أن لاتزعل من كلامى اذا كان فيه شىء ما لايعجبك .

    تحياتى لك أخى باسم ولكل من كتب حرف يفيد به أخيه فى هذا المجال
    أخيك سيدعبدالرحمن

    1. أهلا وسهلا بك الأخ سيد ومرحبا بك متابعا
      شكرا لك على دعوتك ويسعدني ذلك
      وبخصوص المعادلات، سأحاول تلافي هذه النقطة في المستقبل إن شاء الله
      تحياتي لك ولأهلنا في مصر الحرة

  7. شكراً لك مرة اخرى أخ وسيم على اهتمامكم بالرد وكما نتمنى لكم النصر القريب بإذن الله تعالى وخروجكم من هذه المحنه كما ادعو لى ولكم بصلاح حال بلادنا العربيه وابعاد كل المستعمير الجدد يارب

    أخى وسيم نحن ندعوك بشده للكتابه فى منتدانا وشكراً لك

    أخوك سيدعبد الرحمن

    1. لاشكر على واجب الأخ الكريم سيد عبدالرحمن
      شرف لي دائما أن أشارك فيما أعلم لكن ظروفي الحالية شاقة بعض الشيء ولعل الله يفرجها قريبا وأعدك أيها العزيز بالكتابة بإذن الله
      شكرا لدعواتك الصادقة وأتمنى لك ولإخواني في مصر حياة ملؤها الحرية والإنجاز
      دمت بخير

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *