دروس في الإليكترونيات
الدرس السادس عشر
الدوائر الترددية ، تقنية الجهد المتردد
- دوائر ثنائية ورباعية القطبية
- الممانعة والجهد المتردد
- دوائر التوالي للمقاومة والمكثف
- دوائر التوالي للمقاومة والملف
رسمات :
- المرشحات
- دوائر التوالي للمقاومة والمكثف (معادلات)
- دوائر التوالي للمقاومة والمكثف (مثال)
- ملف بجهد متردد
الدوائر الترددية ، تقنية الجهد المتردد
دوائر ثنائية ورباعية القطبية
في الإليكترونيات تسمى مكونات الدوائر أو العناصر الكهربائية المفردة وحتى الدوائر الكاملة منها "دوائر ثنائية القطبية" و "دوائر رباعية القطبية". وسبب إطلاق هذه التسمية يعود لعدد الوصلات هذه المكونات ، والتي تسمى أيضا أقطاب ، ومنها ما له قطبين وآخر أربعة أقطاب "دوائر رباعية القطبية" ، ولهذه التسمية فوائد كثيرة ، وذلك من ناحية الشرح الوظيفي والتقني العام ، بالإضافة للوظائف الحسابية والقياسات البحثية . ومن هذه الدوائر ما هو نشط وأخر غير نشط والفرق بينها هو أن الدائرة النشطة تتضمن دائما مصدرا لجهد .

وتتكون هذه الدوائر من عناصر مقاومة آومية ، مثل المقاومة الآومية ومن عناصر مـُمانعة ، مثل المكثف أو ملف ، وبدوائر التوالي أو التوازي تأخذ "الدوائر ثنائية القطبية" وظائف عامة ومهمة تتقارن مع العناصر الكهربائية المعقدة . وإذا تضمنت الدائرة ملف ومكثف فتمسى أيضا "مذبذب" (دارة هزاز ، دارة رنين) (سنعود لها لاحقا) ، التي تستغل في تقنية دائرة الإشارة (الاتصالات) ، وكأداة نشطة تتحكم بالتردد في المولدات .
الممانعة والجهد المتردد
عند توصيل المكثف بالجهد المتردد فيتم بين لوحتيه تبادلا للقطبية وكذلك يحدث لاتجاه التيار.
وفي حالة توصيل المكثف (أو الملف) بإشارة جيب الزاوية (Sinus)فسيسري بهما تيارا(أضعف) متردد بشكل جيب الزاوية ، وبذلك يشكلا المكثف والملف عناصر مقاومة للتيار في دائرة الجهد المتردد. وهذه المقاومة تسمى المـُمانعة (Impedance/Reactance) . والمـُمانعة هي المقاومة في الملف أو المكثف (أنظر لدرس 6 و7) ، ولا تسمى مقاومة لأن لها خاصية تختلف عن المقاومة الآومية ، حيث أنها مقاومة ظاهرية (أي موهمة أي "خيالية" وغير آومية وطاقتها لا تعطي الطاقة العملية والفعلية مثل القدرة الواطية (لا ينتج من المـُمانعة المثالية أي قدرة إطلاقا ) ، وذلك بسبب التشحين والتفريغ للطاقة في العـناصر الترددية ، والتي تتبادل الطاقة مع المصدر باختلاف طور( وجه) الموجة .
(وسنتعمق في تفاصيل هذا الاختلاف لحقا ، كما أنه من المهم هنا الذكر أن هذه المواد التعليمية تفرض على الدارسين معرفة الحسابات الهندسية وحسابات المؤشرات والجبر ، وسوف لا ندخل بجميع تفاصيلها ، ولكن سنضع أمثالا مفردة لحل هذا المسائل.)
المـُمانعة هي المقاومة الغير آومية وهي السعوية في المكثف ، والحثية في الملف ، وتسمى أيضا المفاعلة ، والمراكسة ، والمعاوقة (في مصر تمسى مراكسة و تحريضية) . وهناك من يفرق بين المـُمانعة والمفاعلة حيث تـُـنسب المـُمانعة للمقاومة الحثية في الملف ، وتـُـنسب المفاعلة للمقاومة السعوية في المكثف .
دوائر التوالي للمقاومة والمكثف
وهذا يعني أن المكثف يشكل مقاومة ( لحظية) في دوائر الجهد المتردد ، ويحتاج للقدرة لبناء الحقل الكهربائي به(التشحين) ، ثم يعيد المكثف نفس هذه القدرة إلى مصدر الجهد خلال استنفاذ حقله الكهربائي (التفريغ) ، وخلال وسط هذه الحالتين تكون قيمة القدرة (الواطية) صفر .
مثال :
ولفهم علاقة المكثف (وسلوكه) بالجهد المتردد يجب أخذ التالي بعين الاعتبار : أن المكثف هو عنصر يخزن الجهد ، ويشكل بمجرد توصيله بالجهد قصرا كهربائيا ، وفي حاله القصر تسري به القيمة القسوة للتيار ، وبمجرد ارتفاع الجهد يبدأ التيار بالانخفاض .
وإذا تأملنا هندسيا بدائرة فيها مقاومة ومكثف ( أنظر الرسم البياني للمؤشرات )، وتأملنا بسلوك الجهد والتيار فسنجد أن هناك فرقا في قطر الموجة بقدر 90 درجة ، كما أن معادلة المـُمانعة السعوية تثبت أن كلما أرتفع التردد كلما انخفضت المـُمانعة السعوية ، ولهذا السبب يستعمل المكثف كعنصر متأثر من التردد .
وتسمى هذه الطاقة المتبادلة ظاهرية - سعوية (غير واطية) بسبب المـُمانعة.
وترتفع "المـُمانعة السعوية" في المكثف كلما أنخفض التردد ، وكلما انخفضت سعة المكثف .يسبق تيار المكثف (التشحين والتفريغ) الجهد ب- 90 درجة طورا.
أنظر أيضا لمظاهرة افتعال تقليد التشحين والتفريغ في المقاومة والمكثف على الصفحة التالية :
أو:
تجربة :
لو تم توصيل مصباح (4,5 فولت) بمصدر جهد مردد ، وضبط الجهد المفروض (ب- ,5فولت) ، فسيضيء المصباح بقيمة ضوء كافية ، ثم يوصل مكثف بسعة 8 مايكرو فراد ، وهذا يجعل قيمة الضوء الصادر من المصباح تنخفض وتحتاج الدائرة لجهد أكثر لتصل لنفس قيمة الضوء الكافية دون المكثف .
دوائر التوالي للمقاومة والملف
أما الملففتزيد مقاومته في دوائر الجهد المتردد أكثر بكثير عن دوائر الجهد المستمر ، وكالمكثف يحتاج الملف أيضا للقدرة لبناء الحقل المغنطيسي (التشحين) ، وكالمكثف يعيد الملف هذه القدرة إلى مصدر الجهد خلال استنفاذ حقله المغنطيسي (التفريغ) ، وخلال وسط هذه الحالتين تكون قيمة القدرة (الواطية) أيضا صفر .
إن دوائر التوالي للمقاومة والملف لها نفس الخصائص التي تتميز بها دوائر التوالي للمقاومة والمكثف ، حيث يمر في الدائرة تيار واحد ، وفي دائرة مقاومة وملف يكون هناك تساويا بطور الموجة (الوجه) بين جهد المصدر وجهد المقاومة ، ولكن الاختلاف بطور الموجة يتكون بين الجهد الجزئي(الجهد المنحدر في الملف) للملف وبين التيار . وهنا يسبق الجهد التيار ب 90 درجة .