ما هو عامل الجودة للمكثف؟
يمثل عامل (Q) للمكثف، المعروف أيضًا باسم عامل الجودة (quality factor)، أو ببساطة (Q)، كفاءة مكثف معين من حيث فقد الطاقة، يتم تعريفه على أنّه:
QC = XC/RC = 1/ω0CRC
حيث: (QC) هي عامل الجودة، (XC) هي مفاعلة المكثف، (C) هي سعة المكثف، و(RC) هي مقاومة المتسلسلة المكافئة (ESR) للمكثف، و(ω0) هي التردد بالراديان التي يتم أخذ القياس عندها، في نظام التيار المتردد، يمثل العامل (Q) نسبة الطاقة المخزنة في المكثف إلى الطاقة المشتتة كخسائر حرارية في مقاومة السلسلة المكافئة.
شرح عامل الجودة للمكثف:
على سبيل المثال، المكثف القادر على تخزين (2000) جول من الطاقة مع إهدار (1) جول فقط له عامل (Q) يساوي (2000)، وبما أنّ (Q) هو مقياس الكفاءة، فإنّ المكثف المثالي سيكون له قيمة لا نهائية لـ (Q) ممّا يعني أنّه لا توجد طاقة مفقودة على الإطلاق في عملية تخزين الطاقة، هذا مشتق من حقيقة أنّ (ESR) لمكثف مثالي يساوي صفرًا.
العامل (Q) ليس قيمة ثابتة، يتغير بشكل ملحوظ مع التردد لسببين، السبب الأول هو مصطلح (ω0) الواضح في المعادلة أعلاه، السبب الثاني هو أنّ (ESR) ليست قيمة ثابتة فيما يتعلق بالتردد، يختلف (ESR) باختلاف التردد بسبب تأثير الجلد، بالإضافة إلى التأثيرات الأخرى المتعلقة بخصائص العزل الكهربائي، يتم تعريف المصطلح ذي الصلة، والذي يسمّى عامل التبديد (DF)، أحيانًا في أوراق بيانات المكثف بدلاً من العامل (Q)، في دارات التيار المتردد، يكون (DF) هو ببساطة القيمة المتبادلة لـ (Q).
لماذا عامل الجودة للمكثف مهم؟
لا يتعين على معظم التطبيقات أن تأخذ عامل الجودة في الاعتبار الجاد، ويمكن استخدام المكثفات القياسية في هذه التطبيقات، ومع ذلك، فإنّ عامل الجودة هو أحد أهم خصائص المكثف في تصميم دوائر التردد اللاسلكي، في الترددات اللاسلكية، تزداد سرعة (ESR) مع التردد، إلى جانب الزيادة في (ESR)، تزداد الخسائر أيضًا، هذا هو السبب في أنّ دارات التردد اللاسلكي تستخدم عادةً مكثفات عالية الجودة لتقليل خسائر التردد العالي.
التطبيقات النموذجية التي تتطلب مكثفات عالية الجودة هي تطبيقات مطابقة الترددات الراديوية، وملفات التصوير بالرنين المغناطيسي المستخدمة في ماسحات التصوير بالرنين المغناطيسي والتطبيقات الأخرى التي يجب ضبطها بدقة على ترددات أعلى، في بعض التطبيقات، يمكن أن تكون الخسائر في المكثف نفسه عالية بما يكفي لرفع درجة الحرارة بشكل كافٍ لفك اللحام من اللوحة، ولهذا السبب يجب استخدام المكثفات عالية الجودة في مثل هذه التطبيقات.
حتى إذا لم تكن الزيادة في درجة الحرارة كبيرة، فلا يزال من الممكن أن تؤثر على عمر المكونات المجاورة الأخرى على اللوحة، سبب آخر لاستخدام المكثفات عالية الجودة هو انخفاض الضوضاء الحرارية، جميع المكثفات الحقيقية لها مقاومة متسلسلة مكافئة، وهذه المقاومة تخلق ضوضاء حرارية إضافية، في تطبيقات مثل مستقبلات الأقمار الصناعية، تعد مستويات الضوضاء حرجة ويتم استخدام مكثفات عالية الجودة من أجل الحفاظ على نسبة الإشارة إلى الضوضاء المرغوبة.
ما هو عامل الجودة للمحث؟
المحاثّات (Inductors)، هي العنصر الأكثر شيوعًا في أي محولات لإلكترونيات الطاقة وشبكات التصفية ونظام الاتصالات حيث يتم استخدامها في الغالب في شبكات الرنين (Resonance networks)، من الناحية العملية، هناك العديد من أنواع المحرِّضات “المحاثّات” ولكن ليس أي منها محثًا مثاليًا، ممّا يعني أنّها ليست محاثات نقية.
لذلك، أثناء اختيار محث لتطبيق معين، بصرف النظر عن قيم الحثّ، فإنّ بعض الخصائص الأخرى مثل مقاومة التيار المستمر، ومقاومة التيار المتردد، والسعة سترتبط أيضًا بالمحثّ ويجب اعتبارها لتلبية متطلبات التصميم وتحسين الموثوقية، بعد حساب قيمة الحث للتطبيق المحدد، يجب تحديد المكون العملي المطابق بناءً على ورقة بيانات الشركة المصنعة وبطاقات خط الإنتاج، في بعض التطبيقات، خاصةً بالنسبة للتطبيقات القائمة على الترددات الراديوية، من المهم مراعاة عامل الجودة للمحثّ جنبًا إلى جنب مع قيمة الحث.
شرح عامل الجودة للمحث:
في محث نقي مثالي، سيكون للمحث قيمة المحاثّة فقط، ولكن، في محث عملي جنبًا إلى جنب مع قيمة الحث الاسمية هذه، ستكون المقاومة الثابتة والمتغيرة والسعة موجودة أيضًا والتي ستؤدي إلى تدهور أداء المحاثّة، تُستخدم عوامل الجودة أو عامل (Q) لحساب أداء المحث من خلال تضمين هذه المقاومة وقيمة السعة، عامل (Q) هو معامل قياس الاتساق الذي يحدد “جودة المحث” فيما يتعلق بخسائره وكفاءته في تطبيق عملي.
لماذا عامل الجودة للمحث مهم؟
كما ذكرنا سابقًا، لن يكون هناك عنصر مثالي، يتم تصنيع المحاثات عن طريق لف الملفات على مواد مغناطيسية مختلفة تسمّى اللب أو النوى (cores)، يتم الحصول على قيمة الحثّ لأي محث عملي بناءً على عدد المنعطفات ونفاذية المادة الأساسية وكثافة التدفق ومنطقة اللب وما إلى ذلك، أثناء استخدام تلك المحاثّات في التطبيقات العملية، قد تتغير قيمة الحث بناءً على التيار المطبق، الإشارة والتردد وعوامل التقادم وظروف درجة حرارة التشغيل وغيرها.
لكن مواصفات التصميم الموثوق بها تتطلب أداءً ثابتًا لمجموعة واسعة من الترددات والمدخلات وظروف درجة الحرارة، لذلك، لضمان اتساق أداء المنتج، يتم قياس خصائص معينة لضمان أداء المحثّ، عامل الجودة للملف أو (Q-Factor) للمحث هو أحد هذه الخصائص.
