سلف یا القاگر چیست؟ انواع و کاربردهای آن کدامند؟

کنترل عملکرد دستگاه‌های بیسیم از طریق امواج الکترومغناطیس

با توضیحات داده شده، میدان مغناطیسی می‌تواند با ایجاد جریان الکتریکی در یک وسیله رسانا ایجاد شود. این رابطه بین مغناطیس و الکتریسیته را الکترومغناطیس می‌نامند. به بیان ساده‌تر، وقتی که در سیم جریان الکتریکی جاری باشد (مدار بسته باشد)، آن سیم دارای میدان مغناطیسی است و امواج مغناطیسی ساطع می‌کند بنابراین اگر آهنی نزدیک آن سیم ببریم به آن جذب می‌شود.

حال اگر این جریان ثابت نباشد و نسبت به زمان تغییر کند، امواج الکترومغناطیس ساطع خواهد شد. این امواج همان امواجی هستند که امروزه با استفاده از آنها دستگاه‌های بیسیم را می‌سازیم و به صورت بیسیم با هم ارتباط برقرار می‌کنیم.

اینک چنان‌چه سیم را به دور یک هسته بپیچانیم، یک سیم پیچ تشکیل خواهد شد. هر کدام از حلقه‌های یک سیم پیچ، تولید یک میدان مغناطیسی می‌کنند. از آنجا که این میدان‌های ایجاد شده نمی‌توانند همدیگر را قطع کنند، بنابراین با یکدیگر ترکیب می‌شوند و یک میدان قوی و متحد به دور کل سیم پیچ به وجود می‌آورند.

شار مغناطیسی

در صورتی که جریان داخل سیم همواره مقدار ثابتی باشد، شار میدان مغناطیسی هیچگونه تغییری نخواهد کرد. حال اگر جریان یک سیم پیچ تغییر کند، به طبع آن شار مغناطیسی حول آن نیز تغییر می‌کند. از طرف دیگر، خودِ میدان مغناطیسی نیز بر سیم پیچ اثر می‌گذارد. قانون فارادی این اثر را به این صورت بیان می‌کند که اگر شار مغناطیسی عبوری از یک حلقه تغییر کند، آنگاه ولتاژ نیروی محرکه‌ای در حلقه القا می‌شود. ساده‌تر بگوییم که اگر شار متغیر باشد، در دو سر سیم پیچ اختلاف پتانسیل ایجاد می‌شود.

حال بر طبق قانون لنز، جهت این ولتاژ نیرو محرکه به گونه‌ای است که با عامل سازنده خود مقابله می‌کند.

 در مجموع، این دو قانون به این معنی هستند که با تغییر میدان مغناطیسی، ولتاژی در دو سر حلقه به وجود می‌آید که با هرگونه تغییر جریان در مدار مخالفت می‌کند.

اندوکتانس و رآکتانس

مقدار انرژی القا شده در سلف را اندوکتانس نامیده و با حرف L نمایش می‌دهند. مقدار اندوکتانس سلف یا القاگر هرچه بیشتر باشد، با توجه به قانون لنز، مقدار ولتاژ نیرو محرکه‌ای که سلف برای مقابله با جریان عبوری تولید می‌کند نیز بیشتر است. به بیانی دیگر، هرچه اندوکتانس سلف بیشتر باشد، جریان عبوری از سلف کاهش پیدا می‌کند. استفاده از سلف در مدارات الکترونیکی بسیار رواج دارد.

همچون دیگر وسایل الکترونیکی که دارای مقاومت هستند، سلف‌ها نیز مقاومت مغناطیسی دارند که آن را رآکتانس می‌نامند. واحد اندازه‌گیری رآکتانس نیز مانند مقاومت برابر اهم است. رآکتانس دقیقاً با اندوکتانس سلف رابطه عکس دارد. این یعنی هر چه مقاومت رآکتانس سلف بیشتر باشد، جریان بیشتری از سلف می‌گذرد. البته با در نظر گرفتن مفهوم اندوکتانس، این مسئله کاملاً طبیعی است. به بیان ساده‌تر، هرچه مقاومت سلف بیشتر باشد، نیرو محرکه‌ای که از مخالفت با جریان به وجود آمده نیز بزرگتر می‌شود.

واحد اندازه‌گیری سلف یا القاگر

واحد اندازه گیری سلف یا القاگر هانری (H) نام دارد. از آنجا که هانری واحد بزرگی برای سلف است، از ضریب‌های میلی، میکرو و نانو مانند زیر استفاده می‌کنند:

برای مثال، 1 میلی‌هانری برابر یک هزارم هانری می‌باشد.

مقادیر تأثیرگذار بر مقدار اندوکتانس سلف یا القاگر

• طول سیم پیچ که رابطه عکس با مقدار اندوکتانس دارد
• تعداد حلقه‌های سیم‌های عایق (هر چه حلقه بیشتر باشد، اندوکتانس بیشتر می‌شود)
• نفوذپذیری جنس هسته (نسبت مستقیم با اندوکتانس دارد)
• مساحت سطح مقطع هسته (هر چه مساحت بیشتر باشد، اندوکتانس بیشتر می‌شود)
• تعداد لایه‌های سیم‌ها
• فاصله بین حلقه‌ها

نکته: استفاده از آهن به جای هوا در هسته سیم پیچ باعث تقویت اندوکتانس به اندازه قابل‌توجهی می‌شود.

نفوذپذیری هوا برابر با 1 است که در برابر نفوذپذیری استیل که برابر 2000 می‌باشد، مقدار ناچیزی است. در نتیجه اندوکتانس هسته استیل بسیار بیشتر از هسته هوا خواهد بود.

عملکرد سلف یا القاگر در ولتاژهای AC و DC

عملکرد سلف و خازن دقیقاً عکس یکدیگر است. اگر به دو سر خازن ولتاژ DC بدهیم، اجازه عبور آن را نمی‌دهد و به حالت اتصال باز عمل می‌کند. حال اگر همین ولتاژ DC را به دو سر سلف بدهیم، از آنجا که مقدار آن همواره ثابت است و تغییر نمی‌کند، تمام جریان DC را از خود عبور می‌دهد (البته اگر از مقاومت داخلی آنها صرف‌نظر کنیم). در ولتاژهای AC عکس این قضیه رخ می‌دهد. یعنی با دادن ولتاژ AC به دو سر خازن، خازن به صورت اتصال کوتاه عمل کرده و با دادن ولتاژ AC به سلف، سلف مانند اتصال باز عمل می‌کند.

از آنجا که تمام ولتاژهای AC دارای یک دامنه ثابتی می‌باشند که حول آن تناوب دارند، اگر یک ولتاژ AC را به القاگر بدهیم، آنگاه در قسمت خروجی (تنها قسمت ثابت) یعنی همان دامنه آن در خروجی مشاهده می‌شود.