سلف

YUIOOKNBB

سلف چیست؟ تئوری و عملی سلف را کامل بیاموزید

سلف یک المان الکترونیکی است. سلف یا القاگر را با نام چوک هم می شناسند. سلف با نام های کویل (coil)  راکتور(reactor) ، سیم پیچ و بوبین شناخته شده است. سلف انرژی را به صورت میدان مغناطیسی در خود ذخیره می نماید. در این مقاله قصد داریم با فیلم های هیجان انگیز و متن شما را با سلف به طور کامل آشنا کنیم. به طوری که دیگر سوالی در مورد سلف برای شما باقی نمی ماند.

سلف را در ایران خوب نمی شناسند، در این آموزش برای اولین بار مواردی بیان می شود که در هیچ کجا نخواهید خواند. با ما همراه باشید و در پایان تنها خواسته ای که از شما دارم اینکه نظرتون رو درمورد آموزش سلف بیان کنید.

تعریف سلف:

سلف که به آن سیم پیچ  هم گفته می گویند یک وسیله الکتریکی  است و در مقابل تغییر ناگهانی جریان عکس العمل نشان می دهد. سلف از یک رسانا مثل سیم تشکیل شده که معمولا به شکل سیم پیچ  پیچیده می شود. وقتی جریانی که در حال عبور از سیم پیچ است، تغییر می کند، میدان مغناطیسی متغیر با زمان، طبق قانون فارادی ولتاژی درون رسانا القا می کند.

تاریخچه سلف:

اینکه سلف (القاگر) از چه زمانی در علم بشر نمایان شد به علم مغناطیس و الکتریسیته برمی گردد. الکترون ها بطور ذاتی دارای میدان مغناطیس هستند یعنی میدان مغناطیسی یک مشخصه اصلی الکترون ها محسوب می شود مثل: جرم، بارالکتریکی. جریان الکتریکی از حرکت ذره های باردار بوجود می آید. و می تواند یک میدان مغناطیسی از جریان حرکت ذره ها ایجاد شود.

درسال 1819، دانشمند دانمارکی به نام اورستد دریافت که عقربه مغناطیسی وقتی در مجاورت سیم حامل جریان قرار گیرد، از حالت اولیه منحرف می شود. حدود 12 سال بعد فارادی مشاهده کرد که قطع و وصل جریان در یک مدار، مداردیگر که در مجاورت مدار اول قرار گیرد جریانی به وجود می آید. ژوزف هانری دانشمند آمریکایی حدود 12 ماه پس از فارادی به همان نتایج اورستد رسید ولی فارادی نتایج کار خود را زودتر منتشر کرد.

اورستد آثار مغناطیسی را در اثر حرکت بار الکتریکی ایجاد کرد، فارادی و هانری نشان دادند که جریان با حرکت آهنربا تولید می شود. اورستد در سال 1813 مقاله ای منتشر کرد که در اطراف سیم حامل جریان میدان مغناطیسی وجود دارد. فارادی ثابت کرد که یک نیروی محرکه الکتریکی در سیم پیچی که از چند دور سیم تشکیل شده است ایجاد می شود، دانشمند بزرگ لنز، دریافت که این نیروی محرکه الکتریکی با تغییرات جریان مخالفت می کند.

ساختار سلف:

اکثر سلف ها از یک هسته مغناطیسی تشکیل شده اند، که جنس آن از آهن یا هیدرواکسید آهن می باشد. جنس هسته به شدت بر خاصیت القاکنی سلف تاثیر دارد. علاوه بر هسته سلف از یک سیم هم تشکیل شده است، این سیم دور هسته پیچیده شده است. جنس سیم از مس است در ایران به سیم مغناطیسی یا سیم لاکی معروف است. دارای یک روکش بی رنگ بوده و عایق است. و بسیار نازک و خشک می باشد. نوع سیم تک رشته ای است. ضخامت سیم برحسب میلی متر سنجیده می شود.

یک سلف می تواند با هسته یا بدون هسته باشد. اگر سلف بدون هسته باشد، فقط ازچند دور سیم تشکیل شده است. علامت های قراردادی که برای سلف با هسته و بدون هسته بکار می رود، بصورت زیر است:

فرمول ظرفیت سلف (خودالقایی):

اگر درسیم پیچ جریانی عبورکند، اطراف آن یک شار (فلوی) مغناطیسی ایجاد می شود. این  جریان در سیم پیچ ، یک شار مغناطیسی متناسب با جریان می سازد. بنابراین تغییر در  جریان موجب تغییر در شار مغناطیسی می شود، طبق قانون فارادی یک نیروی محرکه الکتریکی ( EMF ) در جهت عکس تولید شده، به طوری که این نیرو در مخالفت با این تغییر عمل می کند. در نتیجه ضریب خود القایی(ظرفیت سلف) معیاری است برای اندازه گیری مقدار نیروی محرکه الکتریکی تولید شده به  ازای تغییر در جریان.

درسیم پیچ سلف، نسبت شارمغناطیسی ایجادشده به جریان گذرنده ازسیم پیچ (I) راظرفیت سلف (اندوکتانس) می گویند. ظرفیت سلف (اندوکتانس)، مقدار توانایی آن برای ذخیره انرژی بصورت یک میدان مغناطیسی است و با حرف L نشان می دهد.

یکای ظرفیت سلف هانری است و با H نشان داده می شود. شارمغناطیسی ایجادشده برحسب وبر (wb)  و یکای جریان گذرنده از سیم پیچ برحسب آمپر است.

از طرفی هر چه تعداد دورهای سیم پیچ بیشتر شود مقدار شارمغناطیسی به نسبت بیشترمی شود. اگر سیم پیچ سلف از N دور سیم تشکیل شده باشد، ظرفیت سلف (خودالقایی) را می توان از رابطه زیر بدست آورد:

در یک میدان مغناطیسی یکنواخت ظرفیت سلف (خودالقایی) از رابطه زیر بدست می آید:

از آنجایی که شار با جریان متناسب است پس خودالقایی فقط به شکل قطعه بستگی دارد. روابط خودالقایی برحسب نوع قطعه بصورت زیر است:

الف- سیم لوله: 

ب-چنبره:

در این رابطه h ارتفاع یا ضخامت سطح مقطع، b شعاع بیرونی ترین دایره، a شعاع دایره داخلی، N تعداد دورهای سیم پیچ چنبره است.

واحد اندازه گیری ظرفیت سلف:

واحد ظرفیت سلف هانری (H) نام دارد. هانری واحدی بزرگی  است، و معمولا واحدهای ظرفیت سلف میکروهانری و پیکوهانری است. ولی  از واحدهای دیگر هم استفاده می کنند، جدول زیر این برخی واحدها به همراه ضریب آنها را نشان می دهد.

مقدار ظرفیت سلف به چه عواملی بستگی دارد؟

ظرفیت سلف طبق رابطه زیر:

به عوامل زیر بستگی دارد:

الف-جنس هسته : هسته باعث افزایش میزان ذخیره سازی انرژی بوسیله سلف می شود. هسته ها  از مواد مغناطیسی یا غیر مغناطیسی تشکیل شده اند. هسته ها با مواد مغناطیسی، میدان مغناطیسی قوی ایجاد می کنند که می تواند از سیم پیچ عبور کند و باعث بالا رفتن قابلیت نفوذپذیری شود. ضریب هسته را با µ  نشان می دهند.

ضریب نفوذپذیری مواد را با µr  نشان می دهند، و آنها را نسبت به ضریب نفوذپذیری هوا( µ0)  می سنجند  و به صورت

µ=µr.µنشان می دهند. در این رابطه μr برای مواد فرومغناطیس از 100 بزرگتر  برای مواد غیرمناطیس 1 است. مقدار

µدارای مقدار زیر است:

ب- طول سیم پیج:  که با ظرفیت سلف رابطه عکس دارد. هر چه طول سیم پیچ بزرگتر باشد، ظرفیت سلف کوچکتر می شود.

پ- تعداد دورهای سیم پیچ : هر چه تعداد دورهای سیم پیچ بیشتر باشد ظرفیت سلف بیشتراست. تعداد دورهای سیم پیچ با ظرفیت سلف رابطه مستقیمی دارد.

چ- مساحت سطح مقطع هسته: هر چه مساحت سطح مقطع بیشتر باشد، ظرفیت سلف بیشتراست. مساحت سطح مقطع با ظرفیت سلف رابطه مستقیمی دارد.

فرمول ولتاژ و جریان سلف:

1-فرمول ولتاژ سلف:

فرض کنید سیم پیچی با سطح مقطع A  و تعداد دورهای سیم پیج N جریان I از آن عبور کند، طول این سیم پیچ را L در نظر گرفتیم. با عبور جریان از سیم پیچ در اطراف آن یک میدان مغناطیسی ایجاد می شود. چنانچه جریان عبوری از سیم پیچ تمایل به تغییر باشد، سیم پیچ با تغییر جریان مخالفت می کند وا ین مخالفت بصورت ایجاد ولتاژی به نام ولتاژ القایی در سیم پیچ ظاهر می شود. این خاصیت سیم پیچ را خاصیت خودالقایی سیم پیچ می نامند.

ولتاژ القایی از رابطه زیر بدست می آید:

مقدار ولتاژ ایجاد شده در دو سر سیم پیچ به مقدار ضریب خودالقایی  (L)  و تغییرات جریان نسبت به تغییرات زمان بستگی دارد. علامت منفی به معنی مخالفت با عامل به وجود آورنده ی جریان است.

در محاسبات از علامت منفی صرف نظر می کنند.

2-فرمول جریان سلف:

فرمول جریان در یک سلف بصورت زیر می باشد:

برای بدست آوردن فرمول جریان سلف، از فرمول ولتاژ سلف انتگرال بگیریم به فرمول جریان سلف می رسیم.

انرژی ذخیره شده در سلف:

انرژی در یک سلف از رابطه زیر بدسته می آید:

وقتی جریان گذرنده از سلف زیاد می شود و di/dt  مثبت می شود و باعث می شود توان لحظه ای مثبت شده و انرژی در سلف ذخیره می شود. برعکس اگر جریان گذرنده از سلف کاهش یابد  di/dt منفی شده ودر این صورت انرژی در سلف مصرف می شود. برای درک بهتر این مباحث پیشنهاد میکنم فیلم آموزشی مربوط به سلف را مشاهده کنید.

درمدار AC انرژی در سلف بطور متناوب ذخیره می شود و تحویل می دهد. در حالی که در مدار DC چون جریان گذرنده ثابت است، تغییری در انرژی ذخیره شده رخ نمی دهد. پس می توان این نتیجه را گرفت که سلف در جریان های DC به صورت اتصال کوتاه است (مانند یک سیم است). و هیچ کاربردی از نظر ظرفیت سلفی ندارد فقط می تواند به عنوان تنظیم کننده جریان یا صاف کننده جریان خروجی قابل استفاده باشد.

بنابراین سلف را می توان یک قطعه پسیو (passive) در نظر گرفت، زیرا انرژی را در مدار هم ذخیره می کند و هم تحویل می دهد اما نمی تواند انرژی تولید کند. در یک سلف ایده آل انرژی بطور نامحدود ذخیره می شود و تلفات ندارد. در حالی که در سلف های واقعی به علت وجود مقاومت مقداری توان به شکل گرما تلف می شود و فقط مقدار کمی می توانند انرژی ذخیره کنند.

سلف ایده آل و سلف واقعی:

یک سلف ایده آل دارای فقط خاصیت خودالقایی است. مقاومت اهمی و خاصیت خازنی ندارد و انرژی را نیز تلف نمی کند. در حالی که یک سلف واقعی ترکیبی از خودالقایی، مقاومت اهمی ناشی از مقاومت سیم و خاصیت خازنی است. این خاصیت خازنی در سلف واقعی به دلیل وجود میدان مغناطیسی بین خودالقایی و اتلاف انرژی بصورت گرما می باشد. در فرکانس های بالاتر از فرکانس کاری سلف، یک سلف واقعی مانند یک مدار رزونانس عمل می کند. مدار رزونانس بخاطر وجود خاصیت خازنی در سلف واقعی است.

در یک سلف ایده آل انرژی ذخیره می شود و هیچ گاه انرژی تلف نمی شود. در حالیکه در سلف های واقعی تلفات انرژی وجود دارد. در سلف های واقعی، که دارای هسته مغناطیسی هستند،  علاوه بر اتلاف انرژی در مقاومت سیم پیچ ، مقداری تلفات نیز در هسته خود دارند که آن را تلفات هیسترسیس می نامند.

مشخصه های سلف:

الف- خودالقایی: همانطور که قبلا گفتیم خودالقایی سلف، مقدار توانایی آن برای ذخیره انرژی بصورت یک میدان مغناطیسی است. یا به عبارتی خودالقایی سلف مخالفت سلف را در مقابل تغییر جریان نشان می دهد.

ب- ضریب کیفیت سلف: سلف های معمولی دارای مقاومت اهمی ناشی از سیم پیچ هستند. مقاومت سیم پیچ بصورت یک مقاومت سری شده با سلف در نظرمی گیرند. مقاومت سری شده جریان الکتریکی داخل سیم پیچ را به حرارت تبدیل می کند، این خود باعث افت کیفیت سلف می شود. نسبت راکتانس سلف به مقدار مقاومت آن در یک فرکانس مشخص را کیفیت (ضریب کیفیت) سلف می گویند.

هر چه مقاومت اهمی سلف کمتر باشد، ضریب کیفیت سلف بیشتر است. برای کاهش مقاومت می توان طول سیم پیچ را کاهش داد. البته بالا رفتن فرکانس باعث افزایش ضریب کیفیت می شود. ضریب کیفیت در سلف های واقعی مطرح است، چون مقاومت اهمی سیم پیچ در سلف واقعی وجود دارد. در سلف ایده آل مقاومت اهمی سیم پیچ وجود ندارد. کیفیت سلف معیاری از انرژی ذخیره شده است. هرچه کیفیت سلف بالاتر باشد، انرژی تلف شده کمینه است. ضریب کیفیت در سلف های واقعی معیاری برای سنجش بازدهی آن می باشد.

ج-ماکزیمم فرکانس کاری (فرکانس رزونانس یا تشدید): طبق فرمول زیر راکتانس سلف با فرکانس رابطه مستقیمی دارد. هرچه فرکانس بالاتر باشد راکتانس سلف هم بیشتر می شود.

این افزایش در راکتانس سلف تا فرکانس مشخصی مجاز است. افزایش بیش ازحد در فرکانس باعث می شود خازن هاي پراكنده در سلف ظاهر شده و راکتانس سلف كاهش مي يابد.

منحنی اندوکتانس سلف در مقابل فرکانس:

شکل زیر منحنی اندوکتانس (ظرفیت سلف) در مقابل فرکانس را نشان می دهد:

ناحیه 1، ناحیه ی کاری است که سلف مقدار ثابتی دارد و مطلوب است. ناحیه 2، مقدار اندوکتانس سلف با افزایش فرکانس، افزایش می یابد. تا به فرکانس رزونانس برسد. در این فرکانس ضریب کیفیت مقدار صفر دارد. ناحیه 3، سلف خاصیت خازنی از خود نشان می دهد. پس در ناحیه 1 و 2 سلف، خاصیت اندوکتانسی دارد و ناحیه 3 خاصیت خازنی دارد.

در فرکانس های بالاتر از فرکانس رزونانس سلف خاصیت خازنی از خود نشان می دهد. زیرا هر چه فرکانس افزایش یابد طول موج کاهش یافته و سلفی که در شار مغناطیسی از آن عبور می کند این خاصیت مغناطیسی باعث می شود سلف در فرکانس های بالاتر دارای خاصیت خازنی شود.

 

اندوکتانس چیست؟

مقاومت ذاتی سلف را اندوکتانس میگویند. هر سلف به صورت ذاتی مقداری مقاومت دارد که با عبور جریان مخالفت می کند. این مقاومت در جریان های ثابت وجود ندارد، فقط در جریان های متغیر خود را نمایان می کند. می توان به این زبان گفت که سلف در مقابل عبور جریان ناگهانی از خود مقاومت نشان می دهد برای همین موضوع است که سلف برای صاف کردن نویز های جریان مورد استفاده قرار میگیرد.

راکتانس چیست؟

مخالفت با عبور جریان یا ولتاژ متغیر با زمان(AC) را راکتانس می گویند. همانند یک مقاومت موهومی (مقاومت غیر واقعی) عمل می کند. واحد اندازه گیری آن اهم است. درواقع راکتانس عملی است که سلف به صورت مقاومت انجام می دهد و اندوکتانس خود مقاومت می باشد.برای اینکه بیشتر متوجه بشوید به مثال توجه کنید.

  • اندوکتانس (اسم است) مانند دستگاه جوش
  • راکتانس (فعل است) مانند جوشکاری

انواع سلف:

 

الف- سلف مقاومتی (معمولی):

سلف های مقاومتی(معمولی) ظاهری شبیه مقاومت دارند. این نوع سلف ها، سلف های جریان پایین هستند. مقدار این نوع سلف ها براساس کدرنگی که روی بدنه آنها قرار دارد، مشخص می شود. محدود ظرفیت این نوع از سلف ها از میلی هانری تا میکرو هانری است. از سلف های مقاومتی در جاهایی که جریان عبوری از آن کم باشد استفاده دارد. مثلا در یک مدار نوسان گری روی کلکتور ترانزیستور که جریان کار پایین مثلا میلی آمپر باشد، استفاده می کنند.

تشخیص سلف مقاومتی(معمولی) با مقاومت:

شکل ظاهری سلف مقاومتی (معمولی) با مقاومت شبیه هم است. برای تشخیص اینکه قطعه سلف است یا مقاومت، از طریق اهم متر با تست اتصال کوتاه انجام می شود. سلف مقامتی دارای مقاومت صفر است و هنگامی که با اهم متر تست شود هیچ گونه مقاومتی را از خود نشان نمی دهد و بوق می زند در حالی که مقاومت در هنگام تست با اهم متر دارای مقاومت است.

ب- سیم لوله:

سیم لوله یک سیم پیچ به شکل استوانه است، که معمولاً طول آن بیشتر از قطر است. از سیم لوله ها در مدارهای الکتریکی استفاده می شود. از جمله کاربرد های سیم لوله برای جلوگیری از تغییرات ناگهانی جریان استفاده می شود. به علت خود القایی، سیم‌لوله در لحظه اول در برابر تغییر جریان ناگهانی مقاومت بی‌نهایت از خود نشان می‌دهد ولی بعد مقاومت آن  به سرعت کاهش می‌یابد تا در‌نهایت به صفر میل کند.

ج-تیروئید:

سلف های تیروئیدی یا حلقوی دارای هسته فریت هستند. سیم پیچ مسی اطراف هسته پیچیده شده است. رنگ استاتیک کوره ای که با حرارت روی بدنه این سلف ها می چسبانند و بدنه این سلف ها رو عایق بندی می کنند. سلف های تیروئیدی ازنظر شار مغناطیسی مدار بسته هستند در نتیجه انتشار نویز در محیط اطراف ناچیز است. بنابراین در مداراتی که نویز انتشاری حائز اهمیت است از سلف تیروئیدی در مدار الکترونیکی استفاده می کنند.

هسته فریت سلف های تیروئیدی را از پودر آهن یا سایر موادی که سریع به اشباع نرود انتخاب می کنند. این نوع سلف ها برای صاف کردن جریان خروجی ترانسفورماتور و در مدارات فرکانس بالا کاربرد دارند.

 دسته بندی سلف بر اساس نوع هسته:

سلف ها را معمولا براساس نوع هسته به کار رفته در آنها تقسیم بندی می کنند.

 

الف-سلف با هسته هوا:

منظور از سلف با هسته هوا این است که سلف درون خود هیچ گونه هسته ای ندارد. در واقع داخل هسته را هوا پر کرده است. البته گاهی اوقات هسته ی از جنس پلاستیک یا سرامیک قرار می دهند ولی در هر صورت جز این طبقه از سلف ها هستند. برای ساخت این نوع سلف، سیم های لاکی را با قطر مشخص روی یک پایه مته پیچیده و در آخر مته را خارج می کنند.

سلف با هسته هوا یک مسیر منظمی برای شار مغناطیسی ارائه نمی دهد بخاطر همین ظرفیت القایی این گونه سلف ها کم است. سلف های بدون هسته دارای سیم پیچ بزرگتری برای ایجاد شار مغناطیسی بزرگ تری هستند. سلف بدون هسته در فرکانس های بالا مثل گیرنده های رادیو و تلویزیون و همچنین برای جلوگیری از تغییرات ناگهانی جریان کاربرد دارد.

این سلف ها راندمان کمی دارند (یعنی خاصیت سلفی کمی دارند) ولی برای فرکانس های بالا بسیار مفید هستند، چون هسته این سلف ها از هوا است درنتیجه داغ نمی شوند.

ب-سلف با هسته آهنی:

سلف هایی با هسته آهنی دارای ضریب نفوذپذیری مغناطیسی بالایی دارند. این خود عاملی برای افزایش ظرفیت القایی زیاد در این سلف ها شده است. سلف ها با هسته آهنی قدرت بالایی دارند. اما قدرت بالای آنان در فرکانس های بالا به دلیل هیسترسیس (پسماند مغناطیسی) و تلفات جریان، محدود می شود. از نمونه های این سلف ها تراسفورماتورها را می توان نام برد.

ج-سلف با هسته فریت:

 

فریت آلیاژی از اکسیدآهن، روی، کروم و منگنز یانیکل است که در دسته مواد فرومغناطیس قرار می گیرد. این هسته ها دارای ضریب نفوذپذیری بالا و هدایت رسانایی کم هستند. از سلف هایی با هسته فریت در فرکانس های بالا یعنی تا چند مگاهرتز استفاده می شود. هسته های فریت باعث کاهش تلفات و خسارات های فرکانس بالا می شوند.

#فریت چیست

فریت در حقیقت جنس سرامیکی است که درون آن از تیکه های ریز آهن ریخته شده است. در ویدیوی که براتون گذاشتم اشاره کردم که آهن این خاصیت را دارد که وقتی در مجاورت میدان مغناطیسی قرار بگیرد به آهن ربا تبدیل می شود. پس تیکه های آهن که به صورت گسسته در فریت کار گذاشته شده است باعث می شود که ما تعداد زیادی آهن ربای کوچک داشته باشیم.

چون این آهن ربا ها با سرامیک پوشیده شده اند درنتیجه تغیرات فرکانسی که روی آهن ربا ها باعث می شود که مدام قطب N به قطب S تبدیل شود باعث گرم شدن آهن می شود و باعث می شود خاصیت مغناطیسی آن کاهش یابد.

ولی در فریت چون از سرامیک دور اون تیکه های آهنی استفاده شده باعث میشود که آهن دیرتر گرم بشود و تغییر قطب N به قطب S سریع تر اتفاق بیفتد. در نتیجه برای همین موضوع است که فریت می تواند در فرکانس های بالاتر بدونه مشکل کار کند.

چون وقتی داریم از فرکانس حرف می زنیم یعنی مثبت و منفی شدن ولتاژ که نتیجه آن می شود  تغییر  قطب های S و N  آهنربا. در صورتی که بیشتر از این دوست داشتید در مورد هسته فریت و دیگر فرآیند های مغناطیسی بدانید در ادامه همین آموزش نظر بدهید تا برای شما آموزش مد نظر تهیه یا نوشته شود.

از مزایای دیگر هسته فریت: مقاوم در برابر رطوبت، نویز کم و خاصیت القایی خوب اشاره کرد. در کنار مزایای خوب هسته فریت معایبی هم دارد از جمله: شکننده بودن و غیر قابل انعطاف را می توان نام برد. هسته فریت را می توان بر اساس شکل ظاهری دسته بندی کرد. برخی از اشکال این هسته ها و کاربرد آنها در جدول زیر آورده شده است.

انواع سلف بر اساس شکل ظاهری:

سلف براساس شکل ظاهری به انواعی تقسیم می شود:

1-سلف های SMD:

 

 

سلف های SMD  در طراحی و ساخت مدارات مخابراتی مانند فرستنده ها، گیرنده ها، مدارات مدولاتور کاربرد دارند. به دلیل استفاده از این سلف ها در مدارات فرکانس بالا ابعاد این سلف ها را تا حد امکان کوچک انتخاب می کنند. این نوع سلف ها  ضریب کیفیت بالا، قابلیت تحمل جریان بالا و پاسخ فرکانسی دقیقی دارند.

در سلف های SMD سیم پیچ برروی قطعه فریت پیچیده شده است. نوعی دیگر از سلف های SMD موجودند که بسیار ریزند. نمونه هایی از آنها را در شکل زیر مشاهده می کنید:

سلف های SMD بسیار ریز در اندازه نانو هم موجودند. موردی که باید توجه داشت این است که برای استفاده از این نوع سلف ها در مدارات برای لحیم کاری بصورت دستی امکان پذیر نیست و باید با ماشین لحیم کاری شوند.

2-سلف های DIP:

این نوع سلف ها به سه شکل در بازار دیده می شوند:

الف- ساده:

این سلف در واقع همان سلف تیروئیدی است که مشخصات آن در مطالب قبلی توضیح داده شده است. کابرد این سلف ها در خروجی پاور های سوئیچینگ است برای جلو گیری از تغییر ناگهانی جریان خروجی منبع تغذیه. اگر خروجی جریان منبع تغذیه تغیر داشته باشد باعث میشود مداری که از منبع تغذیه جریان میکشد بسوزد.

برای مشاهده دوره تعمیر برد پاور های سوئیچینک کلیک کنید

ب- بشکه ای:

سلف های بشکه ای جز سلف های با هسته پر کاربرد است. هسته این نوع سلف ها از فریت ساخته شده است. شاید در نگاه نخست ظاهری شبیه خازن الکترولیتی داشته باشد. ولی با دقت به شکل سلف می بینیم تفاوت های در ظاهر آنها دیده می شود. اینکه در خازن الکترولیتی یکی از پایه ها کوتاه تر از دیگری است در حالیکه سلف بشکه ای هر دو پایه اندازه یکسانی دارند. و همچنین بدنه خازن الکترولیتی در یک سمت آن پایه منفی را مشخص می کند و مقدار ظرفیت روی آن نوشته شده است در حالی که سلف بشکه ای به این حالت نیست.

این نوع سلف ها به دلیل فاصله هوایی(گپ هوایی) در دو طرف به ندرت و یابه سختی به اشباع می رود. میدان مغناطیسی در این نوع سلف باز است و در نتیجه ظرفیت های القایی کمی دارند. در بعضی سلف های بشکه ای دو پایه دارند و ازیک سیم پیچ تشکیل شده اند. شکل بالا نمونه ای از این سلف ها را نشان می دهند. گاهی هم سلف بشکه ای از سه پایه تشکیل شده است. از دو نوع سیم پیچ تشکیل شده است که بیشتر به عنوان تراس از آن ها استفاده می شود.

کاربرد سلف بشکه ای

این نوع از سلف ها معمولا در کنار اسیلاتورها یا نوسان سازها قرار می گیرد. در منابع تغذیه قبل از چوک یا ترانسفورماتور قرار می گیرد که تغییرات و القاهای مغناطیسی را کنترل کند.

ج-فریت بید(FB):

 

فریت بید (FB) یک المان الکتریکی پسیو است. در فرکانس های پایین شبیه یک سلف با ضریب کیفیت بالا رفتار می کنند. فریت بید در فرکانس های بالا رفتاری متفاوتی از خود نشان می دهد. فریت بید یک المان دو طرفه است. که در فرکانس های پایین به عنوان حذف کننده نویز استفاده می شود.

کاربردسلف فریت بید

این گونه سلف ها برای فیلتر کردن استفاده می شود برای آمپر های کم مورد استفاده قرار می گیرد معمولا در خیلی از بردهای الکترونیکی استفاده می شود.

سلف های متغیر:

با تغییر هسته در سلف ها، می توان ضریب خودالقایی سلف را تغییر داد. که در مدارهای ارتباطی بی سیم، تطبیق امپدانس در ورودی و خروجی مدارات، تنظیم فرکانس در اسیلاتورهای کنترل شده با ولتاژ و تقویت کننده ها کاربرد دارند. با توجه به کاربرد سلف های متغیر بطور کلی می توان آنها را به دو دسته کلی تقسیم کرد:

1- سلف های متغیر به صورت گسسته

2- سلف های متغیر به صورت پیوسته

1- سلف های متغیر به صورت گسسته:

سلف های متغیر به صورت گسسته درصد تنظیم بالایی دارند و بوسیله سوئیچ ها یا میکرو رله ها قابل تنظیم هستند. این نکته حائز اهمیت است که اتصال سوئیچ به بدنه سلف های متغیر تلفات مقاومتی را افزایش داده و در نتیجه ضریب کیفیت کاهش می یابد. از دیگر مشکلات سلف های متغیر بزرگ بودن ابعاد می توان اشاره کرد.

2- سلف های متغیر به صورت پیوسته:

سلف های متغیر بصورت پیوسته از تغییرات القای متقابل در اثر تغییر فاصله و یا تغییر شار مغناطیسی استفاده می شود. سلف های متغیر به 4 دسته کلی تقسیم می شوند:

  • الف- سلف های گرمایی
  • ب- سلف های الکترومغناطیسی
  • ج- سلف های مغناطیسی
  • د- سلف های مکانیکی

سلف های مورد استفاده در تلفن همراه (موبایل):

سلف هایی که در موبایل به کار می روند معمولا به رنگ مشکی، آبی و مسی هستند. به شکل مربع و مستطیل گاهی هم بشکل استوانه ای هستند. از هر دو طرف جریان را از خود عبور می دهند و فرقی نمی کند که از کدام طرف روی برد تلفن همراه نصب شود. سلف در مدارات تلفن همراه برای محافظت در برابر عبور جریان و ولتاژ زیاد و همچنین نویزگیر به کار می رود. روی برد تلفن همراه از سلف های زیراستفاده می شود:

  • 1-سلف های مدار تغذیه: سلف هایی هستند که بین پایه مثبت باطری و مصرف کننده قرار می گیرند.
  • 2-سلف های مدار آنتن : این سلف جهت تطبیق امپدانسی در مدار آنتن به کار می رود.
  • 3-سلف های مدار صدا : این سلف ها جهت نویزگیری و صاف کردن صدا در مدار صدا بکار می رود.
  • 4-سلف های مدار کانورتور: وظیفه افزایش ولتاژ و ذخیره جریان در زمان های قطع پالس pwm را دارند.
  • 5-سلف های مدار رگولاتور: جهت صاف کردن ولتاژ DC در خروجی به کار می روند.

 

کاربردهای سلف:

سلف ها در مدارات الکترونیکی کاربرد های فراوانی دارند، که می توان موارد زیر اشاره کرد: هر سلف با توجه به میزان ذخیره کنندگی انرژی و فرکانس کاری برای کارهای مختلف استفاده می شود.

1- فیلتر

سلف به همراه خازن و مقاومت می تواند  فیلتر هایی برای مدارات الکتریکی  و پردازش، استفاده شود. امپدانس سلف با افزایش فرکانس ولتاژ ورودی، افزایش می یابد، بنابراین می تواند به صورت یک فیلتر پایین گذر عمل کند. اگر سلف را  با خازن ترکیب شود، تشکیل یک فیلتر میان گذر می دهند که برای سیگنال هایی با فرکانسی مشخص استفاده می شود.

امپدانس چیست؟

میزان مقاومت که سلف یا خازن در برابر عبور جریان الکتریکی از خود نشان می دهد در حوضه فرکانس را امپدانس می گویند.

ادمیتانس چیست؟

اگر امپدانس را معکوس کنیم ادمیتانس می شود.

یادتان باشد راکتاس مقاومتی بود که در برابر تغییر جریان ظاهر می شود ولی امپدانس و ادمیتانس ذاتی هستند. یعنی اگر تغییرات در جریان داشته باشیم راکتانس داریم. اگر تغیراتی در کار نباشد راکتانس صفر است. ولی امپدانس به صورت عددی ثابت همیشه وجود دارد.

2-حسگر

از سلف در حسگر هایی در راه دور عمل می کنند، استفاده می شود. مزیت این حسگر ها قابلیت اعتماد می باشند. از این حسگرها به طور عمده در سیستم حمل و نقلی مثل قطار، اتوبوس و همچنین برای تشخیص ترافیک، استفاده می شود. از معایب این حسگرها این است که وقتی وسیله یا حس شود، بایستی دارای خاصیت مغناطیسی باشد و از طرفی حسگر نیاز به انرژی برای حس کردن ماده مغناطیسی در اطراف خود دارد.

نمونه معروف کاربرد سلف حسگر دستگاه فلزیاب یا دستگاه تشخیص سلاح در ورودی ادارات مهم می باشد.

3-ترانس

از ترکیب چند سلف با هسته مشترک، یک ترانس به وجود می آید. استفاده  ترانس ها برای افزایش، کاهش و یا ایزوله کردن ولتاژ در مدارات و وسایل، بکار می رود.

نمونه پرکاربرد ترانسفورماتورهای است که در منابع تغذیه استفاده می شود.

4-موتور

از مهم ترین کاربردهای سیم پیچ ها، استفاده در موتو های الکتریکی است. موتورهای الکتریکی می توانند انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی و بالعکس تبدیل کنند.

نمونه می توان به موتور کولر اشاره کرد.

5-ذخیره انرژی

از سلف ها در مدار برای ذخیره انرژی استفاده می شود. البته دارای محدودیت هایی در عملکرد  می باشند. برای مثال از آنجایی که سلف ها انرژی را به شکل میدان مغناطیسی  ذخیره می کنند، با قطع جریان به سلف، انرژی در سلف از بین می رود.

بیشترین کاربرد سلف به عنوان ذخیره کننده انرژی، در مدارات کلید زنی منابع تغذیه می باشد.

6- برای جرقه نزدن

برخی از دستگاه ها را زمانی که به برق وصل می کنیم جرقه می زند ولی اگر از سلف در ورودی استفاده شود دیگر جرقه نمی زند.

رفتار سلف در جریان مستقیم و متناوب:

سلف در جریان مستقیم:

با توجه به مدار شکل زیر سلف را همراه با کلید و منبع تغذیه DC در مدار قرار می دهیم.

وقتی کلید را ببندیم. جریان در مدار برقرار می شود. این جریان از سلف می گذرد. به تدریج افزایش می یابد تا به مقدار ماکزیمم خود برسد. دراین حالت سلف شارژ شده و حداکثر انرژی در سلف ذخیره می شود. یک ولتاژ القایی در دو سر سیم پیچ ایجاد می شود. سلف همواره با تغییرات جریان مخالفت می کند و سعی می کند از طریق ولتاژ القایی در جهت مخالف،  جریان را به مقدار قبلی برساند.

بنابراین اگر جریان سلف با زمان تغییر نکند ولتاژی در دو سر آن وجود نخواهد داشت یعنی سلف در منابع DC اتصال کوتاه می شود و مثل یک سیم عمل می کند.

به محض قطع کلید، انرژی ذخیره شده در آن نیز تخلیه می شود. رفتار سلف برخلاف خازن است. اگر خازن را از مدار جدا کنیم انرژی ذخیره در آن باقی می ماند. در حالی که سلف در هنگام قطع کلید انرژی ذخیره شده به سرعت تخلیه می شود.

در هنگام تخلیه ی انرژی سلف، ممکن است یک جرقه در نقطه ی که مدار قطع می شود، مانند کلید قطع و وصل به وجود آید. تخلیه ی انرژی سلف را دشارژ سلف نیز می گویند. علت جرقه زدن در واقع بخاطر مخالفت سلف با تغییر ناگهانی جریان داخلی خودش است.

سلف درجریان متناوب:

اگر سلف را با یک منبع AC مطابق شکل زیر ببندیم:

وقتی کلید بسته می شود منبع AC در مدار قرار می گیرد. جریانی در مدار برقرار می شود. این جریان از سیم پیچ می گذرد. سلف با این جریان مخالفت می کند. میزان مخالفت سلف با جریان گذرنده در مدار AC توسط مقاومت AC تعیین می شود. این مقاومت را راکتانس سلفی یا القایی می گویند. راکتانس سلفی را با Xl نشان می دهند و نشان دهنده مخالفت سیم پیچ با تغییر جریان در مدار AC است. در مدار AC سلفی خالص، مخالفت کامل زمانی رخ می دهد که جریان القاگر نسبت به ولتاژ، 90 درجه پس فاز (عقب تر) باشد.

اگر فرکانس منبع افزایش یا کاهش یابد نیروی محرکه الکتریکی القاشده توسط سلف به تناسب افزایش یا کاهش می یابد. شکل زیر نمودار ولتاژ و جریان را نشان می دهد.

مشاهده اختلاف فاز بین جریان و ولتاژ در سلف:

ولتاژ و جریان سلف، 90 درجه اختلاف فاز دارند. و جریان سلف 90 درجه نسبت به ولتاژش عقب تر (پس فاز) است. در این قسمت قصد داریم از طریق عملی این اختلاف فاز را مشاهده کنیم. برای اجرای عملی آن به وسایل زیر نیاز داریم:

  • 1-اسیلوسکوپ دو کاناله
  • 2-فانکشن ژنراتور
  • 3-مقاومت اهمی 470 اهمی
  • 4-سلف 100 میکروهانری
  • 5-سیم رابط

برای بستن مدار مقاومت و سلف را با سیم رابط روی بردبرد می بیندیم. فانکشن ژنراتور را روی فرکانس 10 کیلوهرتز و دامنه 5 ولت سینوسی تنظیم می کنیم. پراب مشکی فانکشن ژنراتور را به کانال یک اسیلوسکوپ وصل می کنیم. پراب قرمز فانکشن ژنراتور رابه سر آزاد مقاومت وصل کرده و از آنجا بایک سیم رابط به کانال دو اسیلوسکوپ وصل می کنیم. برای مشاهده دو شکل موج بطور همزمان از کلید Dual  اسیلوسکوپ را انتخاب کنید.

اگرسلف در مدار نباشد چه اتفاقی می افتد؟

سلف در مدار نقش نویزگیر را برعهده دارد. به این صورت که: سلف در مدار ممکن است در مسیر مستقیم عبور جریان قرار گیرد. در این حالت جریان به طور مستقیم از سلف عبور کرده و یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند. این میدان مغناطیسی باعث می شود نویزی که در جریان است از بین برده و در نهایت جریان خروجی بدون نویز خواهد بود. و سلف اثر خود را در مدار اعمال می کند.

اما اگر سلف بطور مستقیم در مسیرعبور جریان قرار نگیرد و در بخش های دیگر مدار نصب شده باشد. بطوریکه یک طرف سلف به زمین و طرف دیگر به مدار نصب باشد، در این حالت امواج نویزی در اطراف مدار جذب سلف می شوند و به دلیل وجود میدان مغناطیسی در سلف، نویز را به طرف زمین منتقل می کند و بدین ترتیب نویز ار مدار تخلیه می شود.

پس اگر در مدار سلف وجود نداشته باشد امواج نویزی از مدار خارج نمی شوند و در مدار باقی می مانند و باعث صدمه زدن به المان های مدار می شود. بنابراین وجود سلف در مدار لازم و ضروری است.

روش های خواندن ظرفیت سلف:

1-تشخیص ظرفیت سلف از طریق کد رنگی

2-اندازه گیری ظرفیت سلف با مولتی متر دیجیتالی

 

الف-تشخیص ظرفیت سلف ازطریق کد رنگی:

در سلف های مقاومتی (معمولی) روی بدنه آن ها، 4 رنگ یا 5 رنگ دارند. اگر 4 نوار رنگ باشد، نحوه خواندن آنها به این صورت است که:

درنوار اول شماره رنگ را انتخاب می کنیم، در نوار دوم هم شماره رنگ را انتخاب می کنیم، در نوار سوم به تعداد شماره رنگ صفر می گذاریم و در نوار آخر نوع رنگ درصد خطا یا تلرانس سلف رو مشخص می کنیم.عدد بدست آمده در واحد میکرو هانری خوانده می شود .

اگر سلف مقاومتی (معمولی) ۵ نوار رنگ داشته باشد: نوار اول فقط نشاندهنده نظامی بودن آنهاست، نوار دوم وسوم  شماره رنگ را مشخص می کند، نوار چهارم به تعداد شماره رنگ صفر می گذاریم. نوار پنجم درصد خطا یا تلرانس  را نشان می دهد. عدد بدست آمده در واحد میکرو هانری خوانده می شود.

 

 

ب-اندازه گیری ظرفیت سلف با مولتی متر دیجیتالی:

یکی دیگر از روش های اندازه گیری ظرفیت سلف با مولتی متر یا LCR می باشد. البته باید از مولتی متری استفاده کرد قابلیت اندازه گیری ظرفیت سلف را داشته باشد. برای انجام این کار تنظیمات دستگاه را در حالت محاسبه اندوکتانس قرار دهید. پس از اتصال پراب های مولتی متر به پایه های سلف بصورت اتوماتیک مقدار اندوکتانس روی صفحه نمایش داده می شود. بهتر است که فرکانس و ولتاژ را روی مقادیر کم تنظیم کنیم.  فیلم پایین بصورت عملی نشان می دهد که چطور با مولتی مترظرفیت سلف را می توان اندازه گرفت.

تست سلف:

یک سلف سالم علاوه بر ضریب خودالقایی (اندوکتانس) یک مقاومت اهمی دارد. برای اطمینان از سالم بودن سلف از اهم متر می توان استفاده کرده، مقاومت اهمی آن را اندازه گرفت. اگر مقاومت اهمی اندازه گیری شده برابر مقاومت اهمی در حالت عادی باشد، سلف سالم است. ذر غیر اینصورت سلف معیوب است. اگر اهم متر، مقاومت اهمی را صفر یا بی نهایت نشان دهد، سلف معیوب است. اگر صفر اهم را نشان دهد سلف سوخته و اتصال کوتاه است. در صورتی که مقدار مقاومت اهمی سلف بی نهایت باشد، نشان می دهد سلف در یک یا چند نقطه قطع شده است.

علاوه بر این روش برای تست سلف از مولتی متر هم استفاده می کنند. از مولتی مترهایی استفاده می کنیم که قابلیت تست دیودی یا تست بوق را داشته باشند. پراب های مولتی متر را رو سر سلف قرار می دهیم. اگر صدای بوق یکسره شنیده شد سلف سالم است در غیر اینصورت سلف سوخته است.

تست سلف از روی شکل ظاهری:

اگر بخواهیم از روی شکل ظاهری سالم یا خرابی سلف را تشخیص دهیم. قسمت یا تمام بدنه سلف سیاه رنگ می شود، که نشاندهنده سوخته شدن سیم پیچ های سلف است. اگر یک مقایسه بین خازن و سلف از نظر اینکه کدام یک بیشتر در معرض خرابی قرار می گیرند داشته باشیم، خازن به مراتب بیشتر است. سلف بسیار کم خراب می شود و بیشتر پایه های آن روی برد قطع می شود.

 

نتیجه گیری:

در این مقاله سعی کردیم شما را با سلف آشنا کنیم. در مورد ساختمان و ظرفیت سلف و همچنین انواع سلف و کاربرد آن ها، روش های مختلف تست سلف توضیحاتی بیان شد. فهمیدیم که سلف چقدردر مدار های الکترونیکی اهمیت دارد . تقریبا سلف با ذخیر سازی انرژی به صورت مغناطیسی در خود کلی امکانات را به الکترونیک و مدارهای الکترونیکی اضافه کرده است.

نتیجه می گیریم که حتما در طراحی ها و یا تعمیرات برد های الکترونیکی به سلف  توجه کنیم.