درسنا في الدروس السابقة عن المكثفات الكهربائية وانواعها واهميتها في الدوائر الالكترونية والآن سوف نبدء في دراسة الطرق المتبعة في توصيل المكثفات الكهربائية في الدوائر الالكترونية لذلك نلجئ احيانًا إلى توصيل أكثر من مكثف (مواسع كهربائي) وذلك للحصول على سعه مكثف غير متوفرة لديك. أو لاحتياجات المصممين التي يطول الحديث عنها مثل الحصول على شحنات وجهود كهربائية معينة , ان طرق توصيل المكثفات هي بشكل اساسي طريقتين مثل المقاومات الكهربائية وهما التوالي Series والتوازي Parallel ويتفرع منهم طريقة ثالثة تسمى التوصيل المركب او التوصيل المضاعف Combined وهي مزيج من التوالي والتوازي في نفس الدائرة الالكترونية والآن سوف نقوم بدراسة مفصلة لكل نوع من التوصيلات حتى ندرك كيف تتغير خصائص الجهد والشحنة والسعة الكلية حسب طريقة التوصيل.
اولًا : توصيل المكثفات الكهربائية على التوالي Series Connection
حتى نقوم في توصيل المكثفات بطريقة التوالي نقوم بتوصيل المكثفات مع بعضها البعض بشكل خطي متسلسل بحيث يجب ان تكون نهاية المثكف الاول متصل ببداية المكثف الثاني ونهاية المكثف الثاني سوف تكون متصلة مع بداية المكثف التالي اي المكثف الثالث وهكذا مثل توصيل المقاومات على التوالي, بحيث يمر نفس الجهد الكهربائي في جميع المكثفات بنفس المسار (لن يحدث تعدد في مسارات الجهد) والشكل التالي يمثل رسم توضيحي لتوصيل ثلاثة مكثفات كهربائية بطريقة التوالي مع مصدر كهربائي:
اذًا من المخطط اعلاه تلاحظ ان الجهد الكهربائي سوف يخرج من مصدر الطاقة الكهربائية ليدخل في المكثف الاول C1 ثم يخرج منه ليدخل في المكثف C2 واخيرا ينطلق بنفس المسار الى المكثف C3 ليعود الى القطب السالب من مصدر الجهد الكهربائي. هكذا ببساطة هي طريقة التوصيل على التوالي , الآن دعونا ندرس خصائص توصيل المكثفات على التوالي.
في دراستنا لطرق توصيل الكثفات يوجد ثلاثة خصائص اساسية تتغير في حال تغير طرق التوصيل وهي:
- السعة الكلية او السعة المكافئة Total capacity.
- الجهد الكهربائي.
- الشحنة الكهربائية Electric charge.
يتم ايجاد السعة الكلية لدائرة المكثفات الموصولة على التوالي عن طريق جمع مقلوب قيم المكثفات حسب العلاقة التالية:
حيث ان CN هي باقي ألمكثفات الكهربائية ان وجد. ولكن ماذا عن الجهد الكهربائي؟ ان الجهد الكهربائي في المكثفات (المواسعات) الموصولة على التوالي يتغير فهو يتجزأ ويتناسب حسب قيمة المكثف الكهربائي فاذا كان لديك 3 مكثفات بقيم مختلفة فسوف يكون الجهد مختلف لكل مكثف. في المكثفات الكهربائية نقوم بتميز جهد المكثف عادة بالرمز Vt والذي يعني الجهد الكلي او مجموع جهود المكثفات الكهربائية ولحساب مجموع الجهود الكهربائية هنا نستخدم العلاقة التالية:
Vt = Vc1 + Vc2 +Vc3
بقي علينا دراسة الشحنة الكهربائية في دوائر المكثفات على التوالي , في الحقيقة ان الشحنة تختلف اختلافًا جوهريًا عن الجهد والسعة المكافئة فهو ثابت في جميع اجزاء الدائرة الكهربائية وذلك يعني ان:
Q Total = Q1 = Q2 = Q3
ثانيًا : توصيل المكثفات الكهربائية على التوازي Parallel Connection
يختلف توصيل التوازي عن التوالي من حيث طريقة التركيب والخصائص المتعلقة في السعة الكلية والجهد والشحنة. وحتى نقوم في توصيل المكثفات عالتوازي نقوم بتوصيل المكثفات مع بعضها البعض بشكل متقابل وذلك بتوصيل بداية المكثف الاول مع بداية المكثف الثاني والثالث , وتوصيل نهاية المكثف الاول مع الثاني والثالث وهذا من شأنه تعدد المسارات في الدائرة الالكترونية. والشكل التالي يمثل رسم توضيحي لتوصيل ثلاثة مكثفات كهربائية بطريقة التوازي مع مصدر كهربائي:
اذًا نلاحظ من المخطط الكهربائي اعلاه كيف تم توصل مدخل المكثفات (C1-C2-C3) مع نفس مدخل مسار الجهد الكهربائي ونفس المكثفات تم ربطهم مع مخرج الجهد الكهربائي. دعونا الآن ندرس خصائص المكثفات في التوازي:
1 – نقوم بحساب السعة المكافئة (الكلية) وذلك بجمع قيم المكثفات مباشرة حسب العلاقة:
C Total = C1 + C2 + C3 + CN
حيث ان CN هي باقي المكثفات الكهربائية ان وجد.
2 – ان الجهد الكهربائي في دائرة المكثفات (المواسعات) الموصولة على التوازي يكون متساو في جميع المكثفات حسب العلاقة التالية:
V Total = V1 + V2 + V3
3 – الشحنة الكهربائية في دوائر المكثفات على التوازي تتوزع وذلك وفق العلاقة التالية:
Q Total = Q1 + Q2 + Q3
ثالثًا : توصيل المكثفات باستخدام التضاعف Combined
النوع الأخير من توصيل المكثفات هو عبارة عن مزيج من التوصيل على التوالي والتوازي بحيث تحتوي الدائرة الكهربائية على مكثفات موصولة على التوالي ومقاومات موصولة على التوازي مثل الشكل ادناه:
ولكن كيف سوف نتعامل مع هذه الدائرة؟ لا تقلق ان الأمر بسيط للغاية سوف نقوم بتبسيط المكثفات لنحصل على مكثف واحد مكافئ للدائرة الالكترونية , فيتضح من الشكل اعلاه ان المكثفين C1 و C2 موصولين على التوالي فاحسب القيمة المكافئة لهما وسميها مثلا CT1 ثم جد المكثف المكافئ ل C3 و C4 المتصلين على التوازي وسميه CT2 , فسوف يصبح المكثفين CT1 و CT2 موصولين على التوالي وهكذا يتم حل المسائل مثل هذه فمهما كانت معقدة فقط قم بتبسيطها وسوف تستطيع ايجاد كل ما تريده في التصميم الخاص بك.
انتهينا من دراسة كل ما يتعلق في طرق توصيل المكثفات الكهربائية الآن يمكنك دراسة المزيد من الدروس حول المكثفات الكهربائية وذلك من هنا.
