مقدمة:

لا تزال المكثفات الفلمية (Film capacitors) الأكثر استخداماً في الأجهزة الكهربائيّة والإلكترونيّة، وتعرف أيضاً بالفيلم البلاستيكيّ، أو فيلم البوليمر، أو الفيلم العازل. وبشكل عامّ، تسمّى بالمكثفات الفلمية، ومكثّفات الاستطاعة الفلميّة. لأنها تتمتّع حاليّاً بأداء عالٍ مقارنةً بالمكثّفات الجديدة ذات اللفّات المصنوعة من الفيلم أو الرقاقات المعدنيّة، حيث إنّها تملك العديد من المزايا، مثل خصائصها الثابتة للغاية التي تجعل عمرها الافتراضيّ غير محدود تقريباً. إضافةً إلى قدرة تحمّلها لارتفاع الطاقة المفاجئة دون ضرر، والحثّ الذاتيّ المنخفض. تتناول هذه المقالة نظرة عامّة على المكثّفات الفيلميّة، وأنواعها، وتطبيقاتها.

ما هو المكثّف الفيلميّ؟

يعرّف على أنّه مكثّف يستخدم فيلماً بلاستيكياًّ خفيفاً كعازل كهربائيّ. وتعمل هذه المكثفات بشكل مستقرّ دائماً حيث تُعدّ غير مكلفة إلى حدٍّ ما كما تتميّز بانخفاض قيمتي المفاعلة الحثيّة المتسلسلة المكافئة (ESL) والتحريض الذاتيّ. كذلك يمكن لبعض المكثّفات الفيلميّة أن تتحمّل استطاعة ردّيّة عالية. يتشكّل فيلم هذه المكثّفة من خلال عمليّة سحب رقيقة للغاية، وعند تصميم الفيلم، يمكن أن يتحوّل إلى معدن بناءً على خصائص المكثّف. بعد ذلك تضاف إليه أقطاب كهربائيّة يمكن ترتيبها في غلاف صندوقيّ الشكل لحمايتها من العوامل البيئيّة. وتُستخدم في العديد من التطبيقات نظراً لخصائصها، مثل الاستقرار، والتكلفة المنخفضة، والمفاعلة الحثيّة المنخفضة.

الشكل الخارجيّ لمكثّفة الفيلم
الشكل الخارجيّ لمكثّفة الفيلم (مصدر الصورة: موقع elprocus)

البنية والعمل:

المكثّف الفيلميّ الذي يعمل بالنظام الهيكليّ مُبيَّنٌ في الشكل أدناه صُمّم هذا المكثف باستخدام غشاء عازل رقيق من الفيلم، حيث يكون جانب واحد من المكثّف معدنًا، والغشاء رقيق للغاية بسماكة أقلّ من 1 ميكروميتر.

بمجرّد سحب فيلم المكثّف إلى السماكة المرغوبة، يمكن عندئذٍ قطع الفيلم إلى شرائط، ويعتمد سمك الشرائط بشكل أساسيّ على قدرة المكثّف.

هيكليّة المكثّف الداخليّة
هيكليّة المكثّف الداخليّة (مصدر الصورة: موقع elprocus)

يوصَل شريطان من الفيلم على شكل لفافة، ويُدفعان بشكل بيضويّ لترتيبهما في غلاف مستطيل الشكل، وهذا مُهمّ لأنّ الأحجام المستطيلة توفّر مساحة كبيرة على لوحة الدارة المطبوعة، وتُستخدم الأقطاب الكهربائيّة لتوصيل أحد الأغشية بكلّ من القطبين.

تتراوح سعة هذه المكثّفات من 1 نانو فاراد إلى 30 ميكرو فاراد.

تتراوح معدّلات الجهد لهذا المكثّف من 50 فولت إلى أعلى من 2 كيلو فولت. حيث إنّها صُمِّمت للاستخدام في تطبيقات مختلفة، مثل بيئات السيّارات ذات الاهتزازات العالية، وتطبيقات الطاقة العالية ودرجات الحرارة العالية، والتطبيقات البيئيّة. وتوفّر هذه المكثّفات خسائر منخفضة، وكفاءة عالية، وخدمة طويلة الأمد.

أنواع مكثّفات الفيلم:

هناك أنماط مختلفة من المكثفات الفلمية المُستخدمة في الصناعات، وتشمل ما يلي:

  • تستخدم المكثّفات ذات النمط المحوريّ (طرفا التوصيل موجودان على جانبي العنصر) للتركيب من نقطة إلى نقطة، والتركيب عبر الفتحة.
  • النمط الشعاعيّ (طرفا التوصيل موجودان على جانب واحد للعنصر) مخصّص للتركيب باللحام من خلال ثقب في لوحات الدارات المطبوعة.
  • يستخدَم النمط الشعاعيّ باستخدام أطراف لحام متينة للأحمال العالية وتطبيقات دارات Snubber.
  • مكثّفات دارات Snubber المتين ذي الأطراف الملولبة.
  • تستخدم مكثّفات نمط SMD للتركيب السطحيّ للوحات الدارات المطبوعة بملامسات معدنيّة أعلى الحافتين العكسيّتين.

عند استخدام هذه المكثّفات في المعدّات الإلكترونيّة، يمكن حصرها ضمن طرق الصناعة المعتادة، مثل الشعاعيّ، والمحوريّ، والسطحيّ SMD. وفي الوقت الحاضر، يستخدم النوع المحوريّ التقليديّ بشكل أقلّ مع ذلك يُستخدم في بعض لوحات الدارات المطبوعة المعتادة من خلال الثقوب والتركيب من نقطة إلى نقطة. ويُعدّ النوع الشعاعيّ الشكل الأكثر شيوعاً، حيث يتوفّر كلا طرفي المكثّفة على جانب واحد.

تصمَّم المكثّفات الشعاعيّة بحيث يكون البعد بين أطراف التوصيل قياسيّ لأنها تسهل عمليّات التركيب المؤتمتة، وتغلَّف المكثّفات بغلاف بلاستيكيّ لحماية جسم المكثّف من البيئة المحيطة.

الخصائص:

يتم استخدم المكثفات الفلمية على نطاق واسع في تطبيقات مختلفة نظراً لخصائصها المتفوّقة. حيث إنّ هذا النوع من المكثّفات ليس مستقطبًا، لذلك يمكن أن يكون مناسباً لإشارة التيّار المتردّد. ويمكن تصميم هذه المكثّفات بقيم سعويّة عالية الدقّة؛ للحفاظ على القيمة لفترة أطول مقارنةً مع الأنواع الأخرى من المكثّفات، وهذا يعني أنّ عمر هذه المكثّفات أكبر من المكثّفات الأخرى، مثل المكثّفات الإلكتروليتيّة. لذا، إنّ هذه المكثّفات موثوقة، ومعدّل الفشل فيها أقلّ من المتوسّط.

تتميّز هذه المكثّفات بمقاومة تسلسليّة مكافئة منخفضة (ESR)، ومفاعلة حثيّة مكافئة منخفضة (ESL)، وكذلك عوامل تبديد منخفضة للغاية، ويمكن تصنيعها لتحمّل الفولتيّة في نطاق كيلو فولت، وتولِّد نبضات تيّار عالية للغاية.

علامات ورموز مكثّف الفيلم:

تلعب العلامات والرموز دوراً رئيسيّاً في المكثّفات، لأنّها تحدّد الخصائص المختلفة لها، لذا يعدّ فهمها أمراً مهمّاً جدّاً أثناء اختيار المكثّف المطلوب. في الوقت الحالي، تتميّز معظم المكثّفات برموز أبجديّة رقميّة ولكنّ المكثّفات القديمة تميّزت برموز لونيّة، وهي أقلّ شيوعاً، ولكنّ بعضها لا يزال موجوداً.

قد تتغيّر رموز المكثّف بناءً على المكثّف إن كان سطحيّاً أو ذا أطراف، وكذلك على نوع عازل المكثف ويلعب حجم المكثّف الدور الرئيسيّ في التحقّق من كيفيّة تمييز هذا المكثف.

التطبيقات:

تشمل تطبيقات المكثّف الفيلميّ ما يلي:

يستخدم مكثّف الاستطاعة الفيلميّ في مجال إلكترونيّات الطاقة، مثل الليزر النبضيّ، ومبدّل الطور، وومضات الأشعة السينيّة. بينما تستخدم البدائل منخفضة الاستطاعة، مثل مكثّفات الفصل، في المحوّلات التشابهيّة الرقميّة A/D، والمرشحات. ومن التطبيقات البارزة الأخرى: منع التداخل الكهرومغناطيسيّ، ومكثّفات الأمان، ومكثّفات دارات Snubber، ومكثّفات خانق التيّار في الإضاءة الفلوريّة.

يستخدم خانق التيّار في الإضاءة بشكل أساسيّ للتشغيل السليم لمصابيح الفلورسنت. في حال عدم توفّر هذا المكثّف، يومض الضوء، أو يعجز عن بدء التشغيل بشكل صحيح. وتَستخدم الخوانق القديمة ملفّاً، ولكنّها توفّر معامل استطاعة PF ضعيفاً. وتستخدم التصميمات الحاليّة مصدر طاقة يَعتمدُ على مكثّفات الفيلم لتحسين معامل الاستطاعة.

تحمي المكثّفات من نوع Snubber الأجهزة من تغيّرات الجهد، ويتم استخدم هذه المكثّفات بشكل كبير في العديد من الدارات نظراً لعواملها مثل تيّار الذروة المرتفع، وانخفاض ESR، وانخفاض الحثّ الذاتيّ. حيث تستخدم مكثّفات Snubber في العديد من مجالات الإلكترونيّات، وخاصّة إلكترونيّات الطاقة.

أسئلة وأجوبة:

1). هل تملك مكثّفات الفيلم قطبيّة؟

لا، لأنّها مكثّفات غير مستقطبة.

2). هل يمكن توصيل مكثّف عكسيّاً؟

نعم، يمكن توصيل المكثّف الإلكتروليتيّ عكسيّاً.

3). أيّ جانب من المكثّف موجب؟

يكون الجزء الأطول للمكثّف موجباً.

4). ما هو المكثّف غير المستقطب؟

يعرّف المكثّف الذي يملك قطبيّة موجبة أو سالبة بالمكثّف غير المستقطب ويتم استخدم هذه المكثّفات بشكل عشوائيّ في الدارات، مثل التغذية العكسيّة، والاقتران، والتعويض، والفصل، والتذبذب.

وبالتالي، يتعلّق هذا كلّه بمكثّف الفيلم الذي يمكن استخدامه مباشرة. مثل مكثّفات تنعيم الجهد، وعمليّات الانتقال الصوتيّة، وذلك في المرشحات، وتستخدم لتخزين الطاقة، وتوليد نبضات عالية التيّار عند الحاجة، وتستخدم هذه النبضات بشكل أساسيّ لتزوّد الليزر النبضيّ بالطاقة.


المصدر:هنا

ترجمة:لما الأوس، مراجعة:يارا قاضون، تدقيق لغوي:سلام أحمد، تصميم:علي العلي، تحرير:نور البوشي.