انواع سلف

انواع سلف در این مقاله مورد بررسی قرار می گیرد. سلف (Inductor) که نام های دیگر آن کویل، چوک یا راکتور (Coil, Choke, Reactor) می باشد، یک جزء غیر فعال (Passive) با دو قطب الکتریکی است که هنگامی که جریان الکتریکی درون آن برقرار می شود، انرژی را در یک میدان مغناطیسی ذخیره می کند. سلف معمولا شامل یک سیم عایق پیچیده شده به دور یک هسته است.

در این مقاله قصد داریم انواع سلف را معرفی کرده و آنها را از جنبه های مختلف ساختاری و کاربردی بررسی می کنیم.

پیشنهاد ویژه: دوره آموزش تعمیرات برد الکترونیکی با مدرک معتبر از سازمان فنی و حرفه ای

تعمیرات برد الکترونیکی

دوره مرتبط: آموزش طراحی بردهای الکترونیکی با 30 درصد تخفیف ویژه 

قانون القای فارادی

هنگامی که جریان عبوری از سلف تغییر می کند، میدان مغناطیسی با زمان تغییر می کند و طبق “قانون القای فارادی” این تغییر در میدان مغناطیسی یک نیروی الکتریکی در هادی القا می کند. از این پدیده برای استفاده از انواع سلف در مدار بهره میبرند.

قانون لنز

طبق “قانون لنز” ولتاژ القا شده دارای یک پلاریته یا جهت می باشد که مخالف تغییر جریان ایجاد شده می باشد. بنابراین، سلف ها با هر تغییری که درون آنها ایجاد شود مخالفت می کنند. یعنی اگر جریان در حال کم شدن باشد، سلف به افزایش دوباره جریان کمک می کند و اگر جریان در حال افزایش ناگهانی باشد، سلف با ایجاد یک جریان در جهت مخالف جلوی آن را می گیرد.

واحد اندازه گیری انواع سلف

ویژگی یک سلف بوسیله اندوکتانس آن شناخته می شود که نسبت ولتاژ به تغییرات جریان است. در واحد بین المللی واحدها (SI)، واحد اندوکتانس هنری (H) می باشد. در اندازه گیری مدارهای مغناطیسی، هنری معادل وبر بر آمپر است.

سلف ها معمولا دارای مقادیری در محدوده یک میکروهانری تا 20 هانری هستند. خیلی از سلف ها دارای یک هسته مغناطیسی هستند که از آهن و یا فریت ساخته شده است که برای افزایش میدان مغناطیسی و اندوکتانس استفاده می شود.

سلف به همراه خازن و مقاومت سه عنصر غیر فعال مدارات الکتریکی خطی هستند. عنصر غیر فعال به این معنی است که خود تولید انرژی ندارند و فقط می توانند انرژی را ذخیره یا به گرما تبدیل کرده و از مسیر مدار خارج کنند.

سلف واقعی و سلف ایده آل

انواع سلف را می توان از یک جنبه به دو دسته سلف ایده آل و واقعی دسته بندی کرد. یک سلف ایده آل در مدار باید طوری عمل کند که هیچگونه مقاومت، ظرفیت نگهداری بار و پراکندگی انرژی نداشته باشد. در عمل سلف ها از این مدل ایده آل تبعیت نمی کنند. سلف های واقعی دارای یک مقاومت قابل اندازه گیری به علت مقاومت سیم هستند. همچنین سلف ها مقداری انرژی را در هسته تلف می کنند و بعلاوه مقداری پارازیت نیز به علت پتانسیل الکتریکی بین حلقه های مدار ذخیره می کنند.

رکتانس ذخیره یک سلف واقعی با فرکانس افزایش می یابد و در یک فرکانس معین، سلف به عنوان یک مدار رزونانس عمل می کند. به غیر از این فرکانس رزونانس، قسمت عمده امپدانس سلف، مقاومت ذخیره می باشد. در فرکانس های بالا تلفات ناشی از مقاومت در سیم پیچی ها به علت اثر پوسته و اثر مجاورتی افزایش می یابد.

سلف هایی با هسته های فرومغناطیسی اتلاف انرژی بیشتری را به علت جریان های گردابی و پسماندی تجربه می کنند و با فرکانس نیز افزایش می یابند. همچنین در جریان های قوی سلف های با هسته های مغناطیسی یک جهش ناگهانی از رفتار ایده آل نشان می دهند که این به دلیل اشباح مغناطیسی هسته اتفاق می افتد.

سلف ها انرژی الکترومغناطیسی را به فضای اطراف تابش می کنند و همچنین این تابش ها را از مدارات دیگر جذب می کنند که نتیجه این پدیده احتمال بروز اختلالات الکترومغناطیسی میباشد.

مقاله مرتبط: انواع مقاومت (ثابت، متغیرف وابسته)

کاربردهای سلف

کاربرد انواع سلف می تواند با توجه به ساختار و مواد بکار رفته در آنها متفاوت باشد. سلف ها به طور گسترده در مدارات آنالوگ و مدارات پردازش سیگنال با جریان متغیر بخصوص تجهیزات رادیویی استفاده می شوند. کاربرد سلف ها محدوده بزرگی را از سلف های بزرگ در منابع تغذیه تا سلف های کوچک برای استفاده اطراف کابل ها به منظور جلوگیری از اختلالات رادیویی شامل می شوند.

یکی از کاربردهای سلف ها جلوگیری از تغییر جریان هنگام اجازه به عبور جریان ثابت است. سلف هایی که برای این منظور ساخته می شوند چوک (Choke) نام دارند. سلف ها همچنین در فیلترهای الکترونیکی برای جداسازی سیگنالهای با فرکانس متفاوت استفاده میشوند. ترکیب سلف و خازن برای ساخت مدارات تنظیم برای تنظیم رسیورهای رادیو و تلویزیون استفاده می شود.

سلف ها همچنین در سیستم های انتقال الکتریکی استفاده می شوند تا تغییرات جریان را محدود کنند. اگر از سلف ها برای این منظور استفاده شود از آنها به نام راکتور (Reactor) نام برده می شود.

ابعاد بزرگ سلف ها باعث می شود نتوان از آنها در چیپ های نیمه رسانا استفاده کرد. بنابراین استفاده از سلف در وسایل الکترونیکی مدرن به خصوص وسایل کوچک قابل حمل در حال کاهش است. سلف های واقعی در حال جایگزین شدن با مدارات فعال مثل ژیراتور (Gyrator) هستند که می توانند با اندوکتانس با استفاده از خازن ترکیب شوند.

ساختار سلف

انواع-سلف-ها

ساختار انواع سلف به کاربردی که ما از آنها در مدار انتظار داریم بستگی دارد. یک سلف معمولا شامل یک کویل با مواد هادی است که معمولا از سیم مسی عایق بندی شده که دور یک هسته پلاستیکی یا فرومغناطیسی پیچیده شده تشکیل شده است. یک سلف که هسته آن فرومغناطیسی باشد را سلف با هسته آهنی نیز می نامند. گذردهی بالای هسته فرومغناطیسی میدان مغناطیسی را افزایش داده و آن را به سلف محدود می کند و به همین جهت اندوکتانس را افزایش می دهد. سلف های فرکانس پایین شبیه مبدل ها ساخته میشوند و یک هسته پوشانده شده از استیل دارند تا از جریان گردابی جلوگیری شود. فریت های نرم به طور گسترده برای هسته های با فرکانس بیشتر از فرکانس رادیوی استفاده میشوند زیرا در فرکانس های بالا اتلاف انرژی زیادی مانند آرایه های فلزی ندارند. سلف ها شکل های خیلی مختلفی دارند. برخی از آنها اندوکتانس را تغییر می دهند. سلف هایی که برای جلوگیری از فرکانس های بالا بکار میروند برخی اوقات از رشته رشته کردن یک فریت روی یک سیم ایجاد می شوند.

سلف های کوچک می توانند به طور مستقیم روی یک مدار PCB چاپ شوند. برخی سلف ها مانند سلف های دو وجهی از یک هسته دو وجهی استفاده می کنند. همچنین سلف های با مقادیر کوچک میتوانند روی مدارات یکپارچه سوار شوند. اندازه کوچک سلف ها می توانند باعث محدود کردن اندوکتانس شود.

سلف های محافظت شده

سلف هایی که در سیستم های تنظیم قدرت، نورپردازی و دیگر سیستم هایی که به نویز پایین احتیاج دارند استفاده میشوند، اغلب به صورت ناکامل یا کامل محافظت می شوند. در مدارات مخابراتی که از سلف و مبدل های تکرار شونده استفاده می شود، ساخت محافظ در مجاورت سلف باعث کاهش تداخل صدا در مدار میشود.

انواع سلف

انواع سلف ها شامل سلف های با هسته هوا، سلف های فرکانس رادیویی، سلف های با هسته فرومغناطیسی، سلف های با هسته لمینت شده، سلف های با هسته فریت، سلف های با هسته پودر آهن، سلف های با هسته چنبره ای، سلف های تغییر پذیر و چوک میشوند. در این بخش از مقاله انواع سلف ها به همراه ساختار آنها و کاربرد و تاریخچه مربوط به آنها شرح داده میشود.

اینجا ببینید: دوره های آموزشی فنی و حرفه ای ویژه بازار کار در آموزشگاه فنی سازان

انواع سلف، سلف با هسته هوا

یکی از انواع سلف، سلف با هسته هوا است. عبارت سلف با هسته هوا یک سلف را توصیف می کند که هسته مغناطیسی ساخته شده از مواد فرومغناطیسی در آن استفاده نشده است. این عبارت به سلف هایی که هسته از جنس پلاستیک، سرامیک یا انواع مواد غیر مغناطیسی دیگر و همچنین سلف هایی که هسته ندارند و در واقع هسته آنها هوا است اشاره دارد. سلف های با هسته هوا اندوکتانس کمتری نسبت سلف های با هسته فرومغناطیسی دارند، اما اغلب در فرکانس های بالا استفاده می شوند زیرا تلفات انرژی که در هسته های فرومغناطیسی اتفاق می افتد و با فرکانس رابطه مستقیم دارد را ندارند. یکی از موارد نامطلوبی که در سلف های با هسته هوا اتفاق می افتد این است که سیم پیچ به طور محکم و ثابت بسته نمی شود و لرزش های مکانیکی سیم پیچ باعث تغییر اندوکتانس می شود.

انواع سلف، سلف های فرکانس رادیویی (RF)

یک از مهمترین انواع سلف، سلف های فرکانس رادیویی است. در فرکانس های بالا مخصوصا فرکانس های رادیویی (RF) سلف ها مقاومت و تلفات بالاتری دارند. علاوه بر اینکه باعث از دست رفتن توان می شوند در مدارات رزونانسی این پدیده می تواند مقدار فاکتور Q مدار را کاهش دهد و پهنای باند را عریض تر کند. در سلف های RF که اغلب سلف های از نوع هسته هوا هستند، تکنیک های ساخت ویژه برای به حداقل رساندن این تلفات استفاده می شود. این تلفات به علت این پدیده ها می باشد:

اثر پوسته

بر طبق قانون اثر پوسته مقاومت سیم با جریان فرکانس بالا بیشتر از مقاومت آن در برابر جریان مستقیم است. فرکانس های رادیویی که تغییر دهنده جریان می باشند خیلی داخل بدنه هادی نفوذ نمی کنند اما در طول سطح آن حرکت می کنند. برای مثال در فرکانس 6 مگاهرتز، عمق پوسته سیم مسی حدود 0.001 اینچ است. بیشتر جریان داخل این عمق از سطح است. بنابراین در یک سیم توپر بخش داخلی سیم جریان کمی حمل می کند که این مساله مقاومت آن را افزایش می دهد.

اثر مجاورتی

یک پدیده مشابه دیگر که همچنین مقاومت سیم را در فرکانس های بالا افزایش می دهد اثر مجاورتی است که در سیم های موازی که نزدیک هم قرار دارند اتفاق می افتد. میدان مغناطیسی هر تک حلقه جریان های گردابی را در سیم های سلف القا می کند که باعث می شود جریان داخل هادی در یک نوار باریک در حاشیه کنار سیم مجاور متمرکز شود. همانند اثر پوسته، این اثر سطح مقطع موثر سیم که حامل جریان است را کاهش داده و مقاومت خود را افزایش می دهد.

تلفات دی الکتریک

میدان الکتریکی فرکانس بالای نزدیک هادی در یک سلف از نوع تانک می تواند باعث حرکت مولکول های قطبی در نزدیکی مواد عایق و پراکندگی انرژی به صورت گرما شود. بنابراین سلف های استفاده شده برای مدارات تنظیم اغلب به صورت کویل پیچیده نمی شوند بلکه به صورت معلق در هوا قرار داده میشوند و به وسیله یک پلاستیک نازک یا نوار سرامیکی حمایت می شوند.

ظرفیت پارازیتی

ظرفیت بین سیم های تک حلقه در یک سلف ظرفیت پارازیتی نام دارد که باعث تلفات انرژی نمی شود اما می تواند رفتار سیم پیچ را تغییر دهد. هر حلقه از سیم پیچ در یک پتانسیل متفاوت قرار دارد بنابراین میدان الکتریکی بین حلقه های مجاور باعث ذخیره شارژ روی سیم می شود، بنابراین سیم پیچ جوری عمل می کند که انگار یک خازن موازی با خود در مدار دارد. در یک فرکانس به اندازه کافی بالا، ظرفیت می تواند با اندوکتانس سیم پیچ تشدید شود و یک مدار تنظیم که باعث میشود سلف خود-تشدید-شونده شود را ایجاد کند.

برای کاهش ظرفیت پارازیتی و اثر مجاورتی، سلف های RF با فاکتور Q بالا ساخته می شوند تا از داشتن حلقه های زیاد که به صورت موازی و نزدیک به هم قرار گرفته اند جلوگیری شود. سیم پیچی های سلف RF اغلب محدود به یک تک لایه می شوند و حلقه ها در فضا با فاصله از هم قرار می گیرند. برای کاهش مقاومت به علت اثر پوسته در سلف های با توان بالا مثل سلف های مورد استفاده در مبدل ها، سیم پیچی ها گاهی اوقات از نوارها یا تیوب های فلزی ساخته می شوند که سطح بزرگتری دارند و سطح آنها نیز با نقره لایه نشانی می شود.

مقاله مرتبط: اینورتر چیست (اجزاء، انواع، ساختار، کاربردها)

انواع سلف، سلف های سبدی

برای کاهش اثر مجاورت و ظرفیت پارازیتی، سلف های RF چند لایه در الگوهای خاصی سیم پیچی می شوند که در آنها حلقه ها بجای اینکه موازی باشند پشت سر یکدیگر قرار بگیرند. این الگو معمولا مدل سبدی سیم پیچی نام دارد. این سیم پیچ ها گاهی روی یک هسته عایق عمودی بسته می شوند.

انواع سلف، سلف های تار عنکبوتی

یک تکنیک ساخت دیگر برای سلف ها با  فواید مشابه به سلف های چرخشی تخت منجر می شوند. این سلف ها اغلب روی یک هسته عایق تخت با بیرون زدگی های شعاعی ساخته می شوند که سیم به سمت خارج و داخل پیچیده شده و یک شبکه تار عنکبوتی را شکل داده است. این سلف ها سلف های تار عنکبوتی نام دارند. تعداد حلقه ها همیشه فرد است و بصورت چرخشی و در جهات مخالف پیچیده می شوند تا فضای بین حلقه ها افزایش یابد.

انواع سلف، سیم لیتس

برای کاهش تلفات ناشی از اثر پوسته برخی سلف ها بوسیله یک نوع سیم رادیو فرکانسی فضایی پیچیده می شوند که سیم لیتس نام دارد. به جای یک هادی تکی ثابت، سیم لیتس از تعدادی رشته سیم نازک تر تشکیل شده است که جریان را حمل می کنند. بر خلاف سیم های رشته ای معمولی، رشته ها عایق شده اند تا اثر پوسته به حداقل برسد و جریان به سمت سطح سیم هدایت نشود.

انواع سلف، سلف محوری

در بررسی انواع سلف به سلف های محوری میرسیم. سلف های کوچک برای جریان های پایین و توان کم و مانند مقاومت در قالبی پیچیده می شوند. هسته این سلف ها می تواند ساده یا فریت باشد.با یک اهم متر می توان این دو نوع را از مقاومت های با سایز مشابه و از این نکته که مقاومت سلف بسیار پایین است تشخیص داد.

انواع سلف، سلف با هسته فرومغناطیسی

سلف های با هسته فرومغناطیسی یا هسته آهنی از یک هسته با مواد فرومغناطیسی مثل آهن یا فریت برای افزایش اندوکتانس استفاده می کنند. یک هسته مغناطیسی می تواند اندوکتانس سلف را افزایش دهد. این کار بوسیله افزایش میدان مغناطیسی به علت گذردهی مغناطیسی بالاتر آن صورت می گیرد. اگرچه ویژگی های مغناطیسی مواد هسته باعث ایجاد چندین ضرر می شود که می تواند رفتار سلف را تغییر دهد و نیاز به یک ساختار فضایی دارد.

انواع سلف، سلف های با هسته لمینیت

سلف های با فرکانس پایین  معمولا از هسته های لمینیت شده ساخته می شوند تا جریان های گردابی را با ساختاری مشابه مبدل ها حذف کنند. هسته در این نوع سلف ها از ورقه هایی از جنس استیل یا ورقه های موازی با میدان از جنس لمینیت ساخته شده است که سطح آنها بوسیله یک لایه عایق پوشانده شده است. این عایق از جریان های گردابی بین ورقه ها جلوگیری می کند. بنابراین هر جریان باقی مانده باید داخل سطح مقطع لایه های از جنس لمینیت باقی بماند تا تلفات انرژی را به شدت کاهش دهد. مواد لمینیت شده از استیل سیلیکون با رسانایی کم ساخته شده تا تلفات ناشی از جریان های گردابی به حداقل مقدار خود برسد.

انواع سلف، سلف با هسته فریت

برای فرکانس های بالاتر، سلف ها از هسته های با جنس فریت ساخته شده اند. فریت یک ماده فرومغناطیسی سرامیکی است که نارسانا است، بنابراین جریانات گردابی نمی توانند داخل آن جریان پیدا کنند. برای هسته های رسانا با فریت نرم که وادارندگی مغناطیسی کمی دارند، تلفات پسماند مغناطیسی کم است.

انواع سلف، سلف چنبره ای

سلف-چنبره-ای

یکی دیگر از انواع سلف، که خیلی هم رایج است، سلف چنبره ای می باشد. در این سلف که روی یک هسته میله ای پیچیده شده خطوط میدان مغناطیسی از یک سمت هسته پدیدار شده و از هوا عبور می کنند تا از سمت دیگر میله وارد شوند. این اتفاق میدان را کاهش می دهد زیرا بیشتر مسیر میدان مغناطیسی بیشتر از اینکه در هسته با گذردهی بالا باشد از هوا عبور می کند که این باعث تداخل الکترومغناطیسی می شود. اندوکتانس و میدان مغناطیسی قوی تری می تواند به وسیله شکل دادن هسته در یک مدار مغناطیسی شکل بگیرد. خطوط میدان مغناطیسی از حلقه های بسته داخل هسته بدون ترک مواد هسته عبور می کند. شکل استفاده شده معمولا یک چنبره یا یک هسته فریت به شکل دونات است. به دلیل تقارن این هندسه، سلف های چنبره ای به دلیل تقارن اجازه نمی دهند فلاکس مغناطیسی زیادی به خارج از هسته فرار کند بنابراین تداخل الکترومغناطیسی کمتری در این هندسه خاص صورت می گیرد. سلف های چنبره ای از مواد مختلفی مانند آهن پودر شده و هسته های لمینیت شده تشکیل میشود.

انواع سلف، سلف متغیر

دسته دیگری از انواع سلف، سلف های متغیر هستند. احتمالا رایج ترین سلف متغیر امروزه یک هسته مغناطیسی متحرک از جنس فریت می باشد که می تواند به داخل یا خارج از سلف حرکت کند. حرکت دادن هسته به خارج سلف گذردهی را افزایش و باعث زیاد شدن میدان مغناطیسی و اندوکتانس می شود. خیلی از سلف هایی که در ارتباطات رادیویی استفاده می شوند از هسته های تنظیم شونده برای تنظیم سلف در مقدار مطلوب خود استفاده می کنند زیرا فرآیندهای تولید تلورانس مشخصی دارند. گاهی اوقات چنین هسته هایی برای فرکانس های بالای 100 مگاهرتز از مواد غیر مغناطیسی رسانا مثل آلومینیوم ساخته میشوند. آنها اندوکتانس را کاهش می دهند زیرا میدان مغناطیسی باید از آنها عبور کند. سلف های با هسته هوا می توانند از اتصالات متحرک یا چند شاخه برای افزایش یا کاهش تعداد حلقه های مدار استفاده کنند.

انواع سلف، چوک (Choke)

چوک نوعی سلف است که خصوصا برای جلوگیری از جریان های فرکانس بالا در مدارهای الکتریکی استفاده می شوند تا عمدتا به جریان های ثابت یا سیگنال های با فرکانس پایین اجازه عبور دهند. به دلیل اینکه سلف تغییرات مدار را محدود می کند این نوع از سلف ها به چوک یا به اصطلاح لغوی محدود کننده معروف هستند. این سلف ها معمولا از یک کویل از سیم عایق شده که روی یک هسته مغناطیسی پیچیده شده است تشکیل شده است. اگرچه برخی از آنها از هسته های از جنس فریت به شکل دونات تشکیل شده اند. مانند انواع دیگر سلف، چوک ها در برابر تغییرات جریان از خود مقاومت نشان می دهند. تفاوت بین چوک و سلف های دیگر این است که چوک ها نیازی به فاکتور Q  بالا که برای کاهش مقاومت در سلف استفاده می شود نیازی ندارند.

جمع بندی انواع سلف

در این مقاله با سلف، ویژگی های آنها، انواع سلف، کاربردهای آنها و ساختار هرکدام آشنا شدید. سلف ها به همراه مقاومت و خازن اصلی ترین قطعات الکترونیکی برد های الکترونیکی هستند. شناخت کامل این سلف ها به همراه ساختار آنها می توانند شما را در شناخت بردها و تحلیل مدار بسیار کمک کنند .

بردهای الکترونیکی مهم ترین قسمت هر وسیله الکتریکی است و مانند مغز می باشد که و قسمت های مکانیکی دستگاه دستور ارسال می کند. تکنیسین های بردهای الکترونیکی آموزش های به خصوصی در زمینه شناخت قطعات مختلف مدار دیده اند و قادرند این بردها را عیب یابی و تعمیر کنند. شغل طراحی و تعمیر بردهای الکترونیکی یک شغل کاملا تخصصی می باشد.

آموزشگاه فنی سازان با سالها تجربه در پرورش نیروهای تخصصی و برگزاری دوره های آموزش فنی حرفه ای ویژه بازار کار مفتخر است کارآموزان فراوانی را وارد بازار کار طراحی و تعمیر بردهای الکترونیکی و انواع رشته های فنی و حرفه ای دیگر کرده است.

guest
0 دیدگاه
بازخورد درون متنی
مشاهده همه نظرات