سلف‌های RF

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز:

سلف‌های RF

سلف‌های RF یا رادیو فرکانسی، القاگر‌هایی هستند که می‌توانند در فرکانس‌های بالا مورد استفاده قرار گیرند. ساختار آن‌ها ممکن است به صورت یک سیم‌پیچ چند لایه باشد یا به صورت القاگر‌های سرامیکی که سطح آن‌ها با لایه‌های نازکی (فیلم) پوشانده می‌شود و یا به صورت القاگر‌های سیم‌پیچی سرامیکی.



در تصویر زیر نوعی از این القاگر‌ها را می‌بینیم.



از مشخصه‌های سلف‌های RF، دارا بودن مقاومت الکتریکی بالا و آهنگ جریان پایین است. هرچند که، چون این مقاومت‌ها در فرکانس‌های بالا استفاده می‌شوند، در این شرایط مقاومت سیم‌پیچ‌ها افزایش پیدا می‌کند. هم‌چنین فرکانس بالا، تاثیرات دیگری نیز در این القاگر‌ها پدید می‌آورد که در این جلسه مقاله، می‌خواهیم نگاهی اجمالی بر آن‌ها داشته باشیم.


اثر پوستی (Skin Effect)

جریان متناوبی که از یک رسانا عبور می‌کند، در فرکانس‌های بالا تمایل پیدا می‌کند که در تمام سطح مقطع رسانا توزیع یکنواختی نداشته باشد. به همین علت در این فرکانس‌ها، جریان به سمت لایه‌های سطحی‌تر رسانا رفته و با شدت بسیار کمتری در مرکز آن جریان می‌یابد. به این معنا که تقریبا اکثر تمرکز و انرژی جریان الکتریکی در لایه‌های بیرونی قرار خواهد گرفت و مرکز به یک حفره‌ی تقریبا بدون جریان تبدیل می‌شود. این اتفاق را در تصویر زیر می‌بینید.



تجمع جریان و انرژی در پوسته‌ی رسانا‌های حامل جریان متناوب در فرکانس‌های بالا را اثر پوستی می‌گویند. علت اصلی ایجاد این اثر، جریان‌های گردابی هستند که به علت تغییرات میدان مغناطیسی در فرکانس‌های بالا ایجاد می‌شوند. (به یاد می‌آوریم که این میدان‌های مغناطیسی خود در اثر جریان‌های متغیر در سلف‌ها ایجاد می‌شدند.)

لوله‌های توخالی حامل جریان‌های فرکانس

امروزه و با شناخت این پدیده، رسانا‌هایی را که قرار است حامل جریان‌های فرکانس بالا باشند، به شکل لوله‌های توخالی می‌سازند تا هم وزن کمتری داشته باشند و هم قیمت کمتری.

اثر مجاورت (Proximity Effect)

همزمان با اثر پوستی، اثر مجاورت نیز پدیده‌ی دیگری است که در جریان‌های فرکانس بالا اتفاق می‌افتد.

اثر مجاورت به طور کلی اثری است که به‌موجب آن مقاومت سیم‌ها در فرکانس بالا دچار افزایش می‌شود. کلمه‌ی مجاورت به این دلیل به کار رفته است که این اثر در سیم‌هایی که در کنار یکدیگر قرار گرفته باشند رخ می‌دهد. همان‌طور که در تصویر می‌بینیم، در سیم‌های مجاور حامل جریان‌های فرکانس بالا، تجمع جریان در دیواره‌های مجاور دو سیم خواهد بود.

 

هر دور از سیم‌پیچ در هریک از رساناها، میدان مغناطیسی‌ای دارد که عامل بوجود آمدن جریان‌های گردابی است. گفتیم که این جریان‌ها باعث می‌شوند تجمع جریان به سمت لایه‌های سطحی برود و همزمان اثر مجاورت نیز موجب می‌شود که این تمرکز در سطحی باشد که در مجاورت سیم دیگر است. به این ترتیب سطح مقطع موثری که جریان از آن عبور می‌کند کاهش یافته و در نتیجه مقاومت افزایش پیدا می‌کند.

خازن‌های پارازیتی

ساختار داخلی القاگر‌ها معمولا دارای عملکردی است که می‌توان آن را با یک مقاومت سری (که همان مقاومت سیم‌ها است) و یک خازن موازی (خازن‌های پارازیتی) مدل کرد.

می‌دانیم که هر دور از سیم‌پیچ در یک القاگر، پتانسیل تقریبا متفاوتی با بقیه دارد؛ لذا هر دو حلقه‌ی مجاور هم، اثری مانند یک خازن خواهند داشت. در تصویر زیر این اثر و مدل آن را می‌بینید.



خازن ایجاد شده بین هر دو حلقه، دارای دی‌الکتریک هوا است و سطح سیم حلقه‌ها، صفحات خازن خواهند بود. این خازن‌ها را خازن‌های پارازیتی می‌گویند. در کاربرد‌های عملی و حساس، برای جلوگیری از رخ دادن این پدیده، حلقه‌های سیم‌پیچ را تا حد امکان با فاصله از هم می‌سازند.

با افزایش فرکانس، امپدانس خازن‌های پارازیتی کاهش یافته و در مقابل امپدانس القاگر افزایش می‌یابد؛ بنابراین القاگر رفتاری شبیه رفتار خازنی از خود نشان می‌دهد.

تلفات دی‌الکتریکی

جریان عبوری از رسانا در یک القاگر، موجب می‌شود مولکول‌های ماده‌ی عایق استفاده شده، انرژی خود را در غالب گرما از دست بدهند. هرقدر فرکانس افزایش یابد، این تلفات گرمایی نیز بیشتر خواهد بود.

چوک‌ها

گاهی اوقات القاگر‌ها را با نام چوک می‌شناسیم. در جلسات قبلی آموزش‌های مربوط به سلف‌ها گفتیم که سلف‌ها مولفه‌های AC را حذف کرده و فقط مولفه‌های DC را عبور می‌دهند. به همین دلیل که القاگر مولفه AC را چوک یا به عبارت دیگر مسدود می‌کند، به آن‌ها چوک نیز گفته می‌شود.


ساختار یک چوک، سیم‌پیچی از یک سیم عایق شده است که به دور یک هسته‌ی مغناطیسی پیچیده می‌شود. چوک به دلیل راکتانس خود، مانع عبور AC از خود می‌شود و از طرفی با افزایش فرکانس جریان اعمال شده، امپدانس چوک افزایش می‌یابد. به این ترتیب در عمل همواره مقداری مولفه AC می‌توانند به دلیل مقاومت الکتریکی کم عبور می‌کنند.

از جمله کاربرد‌های چوک‌ها در حباب‌های نوری یا برخی ترانسفورماتور‌ها است.

 

منبع: melec