الکترونیک

سلف یا القاگر چیست؟ انواع و کاربردهای آن کدامند؟

آشنایی با انواع سلف یا القاگر

ما در بلاگ بهنام رباتیک، سعی می‌کنیم تا با انتشار مطالب متنوع، شما را با انواع قطعات الکترونیکی آشنا کنیم. اینک امروز نیز می‌خواهیم سراغ سلف یا القاگر برویم و ببینیم این قطعه چیست و چه کاربردی دارد و انواع آن چیست؟ پس ما همراه باشید.

سلف یا القاگر چیست؟

سلف یک قطعه الکترونیکی است که از ترکیب چند حلقه سیم که به دور یک هسته پیچیده شده‌اند، تشکیل شده است. سلف یا القاگر (به انگلیسی Inductor) را با نام چوک نیز می‌شناسند. این قطعه الکترونیکی یک قطعه پسیو (Passive) الکترونیکی است که برخلاف خازن که با تغییرات ولتاژ در مدار مقابله می‌کند، با تغییرات جریان در مدار مخالفت می‌نماید. همچون خازن که انرژی الکتریکی را با استفاده از یک ماده دی‌الکتریک در خود نگه می‌دارد، سلف نیز انرژی را به صورت میدان مغناطیسی ذخیره می‌نماید. حال با ذکر این مقدمه، می‌خواهیم ببینیم سلف یا القاگر چیست و چه کاربردی دارد؛ پس با بهنام رباتیک همراه باشید.

خازن چیست؟

با ایجاد جریان متناوب در یک سلف، یک میدان مغناطیسی حول آن شکل می‌گیرد. سلف می‌تواند میدان مغناطیسی ایجاد شده را بسته به جنس هسته استفاده شده در سیم پیچ آن، تا مدت زمانی خاص بعد از قطع عامل ایجاد میدان، در خود نگه دارد.

برای این که با خاصیت سلف آشنا شوید، بایستی ابتدا مفهوم الکترومغناطیس را درک کنید.

این مطلب شاید به آسانی یادگیری مقاومت نباشد اما اگر آن را یاد بگیرید و بتوانید در مدارهایتان از آن استفاده کنید به کاربردهای وسیع این قطعه پی خواهید برد.

الکترومغناطیس سلف یا القاگر

اگر در یک جسم رسانا مانند سیم یا کابل مسی جریان الکتریکی ایجاد کنیم، به واسطه جریان جاری شده در طول این سیم، یک میدان مغناطیسی (آهنربایی) در اطراف سیم به وجود می‌آید. این میدان مغناطیسی جهت‌دار بوده و مانند آهنربا دارای دو قطب شمال و جنوب می‌باشد. جهت این میدان را جهت جریان مشخص می‌کند.

برای مشخص کردن این جهت، از تکنیک دست راست کمک می‌گیریم. در شکل زیر جهت جریان الکتریکی سیم را برابر با جهت شصت دست راست می‌گیریم. خطوط این میدان به طور موازی و در جهت انگشتان بسته، حول محور سیم را نشان می‌دهند. رابطه‌ای که بین جریان الکتریکی و جهت شار میدان مغناطیسی وجود دارد را قانون دست راست فلمینگ می‌نامیم.

همچنین، شدت این میدان مغناطیسی نیز به شدت جریان جاری شده در سیم بستگی دارد. علاوه بر اینها، شدت میدان مغناطیسی به نسبت فاصله آن از سیم نیز تغییر می‌کند. این یعنی هر چه به سیم نزدیک‌تر باشد، میدان قوی‌تر و هر چه از سیم دورتر می‌شود، میدان مغناطیسی ضعیف‌تر می‌گردد.

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:

پیشوند

نماد

ضریب

توان 10

میلی

m

1/1000

10-3

میکرو

µ

1/1000000

10-6

نانو

n

1/1000000000

10-9

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.

انواع سلف یا القاگر

الف) انواع سلف یا القاگر از نظر ظاهری

از نظر شکل ظاهری سلف‌ها به دسته‌های زیر دسته‌بندی می‌شوند:

سلف‌های بوبین شکل

ماسوره یا بوبین، ابزاری استوانه‌ای شکل است که سیم‌ها به دور آن پیچیده می‌شوند. از آنجا که این سیم پیچ‌ها را به دور یک استوانه بوبین شکل می‌پیچند، آنها را سیم پیچ‌های بوبین شکل می‌نامند. این نوع سلف‌ها بیشترین کاربرد را در مدارات الکترونیکی دارند. پایه‌های خروجی این سیم پیچ‌ها می‌توانند به صورت افقی و یا به صورت عمودی موجود باشند.

سلف یا القاگر چیست؟ انواع و کاربردهای آن کدامند؟ 2

سلف حلقوی نمونه‌ای از سلف‌ها یا القاگرهای حلقوی

سلف یا القاگرهای حلقوی شکل

در این سلف‌ها سیم‌ها به دور یک هسته حلقوی شکل پیچانده شده‌اند. هسته این نوع سلف‌ها معمولاً از جنس آهن پودر شده و آهن اکسید (فریت) می‌باشد. این نوع سلف‌ها بازده بالایی در انتقال انرژی داشته و در مصارفی با فرکانس کم، دارای اندوکتانس بالایی می‌باشند. از این نوع سلف‌ها به طور خاص در وسایل پزشکی، رگولاتورهای سوییچینگ، وسایل تهویه هوا، یخچال‌ها، وسایل ارتباط از راه دور و آلت‌های موسیقی استفاده می‌شود.

القاگرهای سرامیکی چند لایه

سلف یا القاگر چیست؟ انواع و کاربردهای آن کدامند؟ 3

سلف سرامیکی چند نمونه از سلف یا القاگر سرامیکی

این سلف‌ها را سلف‌های سطحی یا SMD می‌نامند. همانطور که از نام آنها پیداست، یک سلف SMD چندین حلقه سیم که به دور هسته مرکزی پیچیده شده‌اند دارد. به طور کلی هرچه تعداد این حلقه‌ها بیشتر باشد، اندوکتانس آن نیز بیشتر خواهد شد. یک مزیت مهم این سلف‌ها این است که در فرکانس‌های پایین نیز

کاربرد سلف یا القاگر

سلف‌ها با توجه به نیاز کاربر در مدارات الکترونیکی، کاربردهای فراوانی دارند که به بخشی از آنها در اینجا اشاره می‌کنیم:

کاربرد سلف یا القاگر؛ استفاده به عنوان فیلتر

استفاده از فیلتر در بحث الکترونیک امر بسیار رایجی است. با اینکه به خاطر قیمت پایین و اندازه کوچک خازن‌ها، از آنها بیشتر از سلف‌ها جهت ساخت فیلترها استفاده می‌شود اما استفاده از سلف یا القاگر برای فیلترهای دقیق‌تر و مهمتر، امری ضروری است.

از ترکیب سلف و خازن و مقاومت می‌توان فیلترهایی برای مدارات الکتریکی آنالوگ و پردازش سیگنال به وجود آورد. از آنجا که امپدانس سلف با افزایش فرکانس ولتاژ ورودی افزایش می‌یابد، یک سلف به تنهایی می‌تواند به عنوان یک فیلتر پایین‌گذر عمل کند. اگر سلف با خازن ترکیب شود، تشکیل یک فیلتر میان‌گذر را می‌دهند که تنها به سیگنال‌هایی با فرکانسی مشخص اجازه عبور خواهند داد.

با ترکیب خازن و سلف و مقاومت می‌شود فیلترهای دقیق‌تری با کارکردهای مختلف و با توجه به نیاز مدارات ایجاد کرد.

کاربرد سلف یا القاگر در سنسورها

از سلف یا القاگر در حسگرهایی که از راه دور عمل می‌کنند، استفاده فراوانی می‌شود. مزیت این حسگرها، قابل اعتماد بودن و راحتی استفاده از آنها می‌باشد. از این سنسورها به طور عمده در سیستم حمل‌ونقل (مترو، اتوبوس و تاکسی‌) و یا به عنوان تشخیص ترافیک در پشت چراغ قرمزها به منظور کنترل روشن و یا خاموش شدن آنها استفاده می‌شود.

از جمله معایب این سنسورها این است که وسیله‌ای که قرار است حس شود، حتما بایستی دارای خاصیت مغناطیسی باشد و از طرفی خودِ سنسور نیز نیاز به انرژی برای حس کردن ماده مغناطیسی در نزدیک خود دارد.

کاربرد سلف یا القاگر در ترانس‌ها

از ترکیب چند سلف با هسته مشترک، یک ترانس به وجود می‌آید. ترانس‌ها بنیادی‌ترین وسیله در صنعت تولید و توزیع برق می‌باشند که نمونه آنها را می‌توانید در بعضی از وسایل خانگی خود نیز مشاهده نمایید. از ترانس‌ها جهت افزایش، کاهش و یا ایزوله کردن ولتاژ در مدارات و وسایل استفاده می‌شود.

کاربرد سلف یا القاگر در موتورها

یکی دیگر از مهمترین کاربردهای سیم پیچ‌ها، استفاده از آنها در موتورهای الکتریکی است. ساختار داخلی موتورهای الکتریکی به شکلی است که می‌توانند انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی و بالعکس تبدیل کنند.

کاربرد سلف یا القاگر برای ذخیره انرژی

همچون خازن‌ها، از سلف‌ها در مدارها نیز برای ذخیره انرژی استفاده می‌شود. البته بر خلاف خازن‌ها، سلف‌ها دارای محدودیت‌هایی در عملکرد خود هستند. به عنوان مثال، به دلیل اینکه سلف‌ها انرژی را به شکل یک میدان مغناطیسی در خود ذخیره می‌کنند، با قطع جریان ورودی به سلف، انرژی موجود در سلف نیز از بین می‌رود. بیشترین کاربرد سلف‌ها به عنوان ذخیره‌کننده انرژی، در مدارات کلیدزنی منابع تغذیه می‌باشد.

سخن پایانی

امروزه زندگی بدون سلف یا القاگر امکان‌پذیر نیست. در اکثر مدارات الکترونیکی وجود سلف امری حیاتی است و شناخت این عنصر می‌تواند ما را در ساخت و یا تعمیرات مدارات الکترونیکی کمک کند.

سؤالات متداول در مورد سلف یا القاگر

سلف یک قطعه الکترونیکی است که از ترکیب چند حلقه سیم که به دور یک هسته پیچیده شده‌اند، تشکیل شده است. سلف یک قطعه پسیو (Passive) است که برخلاف خازن که با تغییرات ولتاژ در مدار مقابله می‌کرد، با تغییرات جریان در مدار مخالفت می‌کند.

  1. دسته‌بندی از نظر ظاهری (سلف‌های بوبین شکل، سلف‌های حلقوی شکل، سلف‌های سرامیکی چند لایه، سلف‌های لایه نازک)
  2. دسته‌بندی از نظر نوع هسته (سلف‌های بدون هسته یا هوا، سلف‌های با هسته‌های سرامیکی، سلف‌های با هسته آهنی، سلف‌های با هسته آهن پودر شده)

1) استفاده به عنوان فیلتر

2)  استفاده در سنسورها

3) استفاده در ترانس‌ها

4) استفاده در موتورها

5) استفاده به عنوان ذخیره‌کننده انرژی

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *