یکی از قطعات الکتریکی پسیو، سلف ها (القاگر) هستند که به صورت رایج و گسترده در کاربردهای بسیاری مثل منابع تغذیه، فیلترهای ولتاژ و جریان، نوسان سازها و مدارهای پردازش سیگنال استفاده می شوند. ظرفیت سلف ها با کلمه‌ی اندوکتانس که با نماد L نشان داده می شود، شناخته می شود. اندوکتانس در واقع مشخصه ی اصلی یک سلف است که با نماد (L) نمایش داده می شود و قدرت یک سلف را با توجه به میزان انرژی مغناطیسی قابل ذخیره سازی آن تعیین می کند. اندوکتانس به صورت نسبت مقدار شار مغناطیسی (Φ - فی) به جریان (I) عبوری از سلف تعریف می شود. بنابراین برای یک سلف با اندوکتانس L داریم: L = Φ/I
مقالات مرتبط: تفاوت قطعات پسیو و اکتیو
واحد اندوکتانس هانری (H) می باشد که به افتخار فیزیکدان مشهور، جوزف هنری نام‌گذاری شده است. اطلاع از نحوه محاسبه اندوکتانس یک سلف برای طراحی و بهینه سازی مدارات الکترونیکی بسیار حائز اهمیت است. در این مقاله، اصول و روش‌های مهم مربوط به محاسبه اندوکتانس سلف را بررسی خواهیم کرد.
روش های محاسبه اندوکتانس
برای محاسبه اندوکتانس سلف، روش های مختلفی بر اساس مشخصات فیزیکی و هندسه سلف وجود دارد. در ادامه، برخی از فرمول ها و تکنیک های رایج استفاده می شود.
الف) سلف سلونوئیدی
برای محاسبه اندوکتانس سلف با دورهای نزدیک و طول بیشتر از قطر آن، می توانید از فرمول ساده شده زیر استفاده کنید:
L = (μ₀N²A) / l
که در آن L اندوکتانس با واحد هانری (H) می باشد و μ₀ نفوذپذیری هوای آزاد است که تقریباً برابر با 4π × 10-7 H/m (هانری بر متر) است. همچنین N تعداد دور سیم پیچ بوده و A سطح مقطع سیم پیچ با واحد متر مربع (m²) می باشد. در نهایت، l طول سیم پیچ بر حسب متر (m) است که در شکل زیر نشان داده شده است:
ب) هسته حلقوی
برای سلف های با هسته حلقوی، کمی محاسبات اندوکتانس پیچیده تر می شود. اما به هر حال یکی از فرمول های متداول برای سلف ها با هسته ی حلقوی به صورت زیر محاسبه می شود:
L = (μ₀N²A) / (2πr)
که L اندوکتانس سلف با واحد هانری (H) بوده، μ₀ نفوذپذیری هوای آزاد است و N تعداد دور سیم پیچی می باشد. همچنین، برای سایر پارامترها، A سطح مقطع برش هسته بر حسب متر مربع (m²) و در نهایت r برابر با شعاع میانگین هسته حلقوی بر حسب متر (m) است که در شکل زیر نیز مشاهده می شود:
ج) استفاده از نرم افزارهای محاسبه اندوکتانس
یکی از روش های دیگر که می توان با استفاده از آن اندوکتانس هر نوع سلفی را محاسبه کرد، روش استفاده از نرم‌افزارهای تخصصی یا calculator های آنلاین می باشد. در این روش، می توان با وارد کردن ابعاد مورد نظر و با در نظر گرفتن شکل هندسی سلف مقدار اندوکتانس را به راحتی محاسبه نمود.
در دنیای الکترونیک مدرن، نرم افزارها و شبیه سازهای مختلفی در دسترس هستند که می توانند اندوکتانس را به طور دقیق محاسبه کنند. این ابزارها ابعاد فیزیکی، مواد و ساختار مدار را برای شبیه سازی و محاسبه اندوکتانس در نظر می گیرند. برخی از نرم افزارهای محبوب و با خروجی دقیق عبارتند از : SPICE (برنامه شبیه سازی با تاکید بر مدار مجتمع)، ANSYS Maxwell و COMSOL Multiphysics.
د) اندازه گیری توسط RLC متر
یکی از روش‌های دیگر برای اندازه گیری اندوکتانس به صورت تجربی، استفاده از ابزارهای تخصصی همانند یک RLC متر می باشد. این دستگاه یک سیگنال متناوب را به سلف اعمال می کند و در نهایت مقدار اندوکتانس را اندازه گیری کرده و نمایش می دهد.
محاسبه اندوکتانس معادل سلف ها در حالت سری و موازی
محاسبه اندوکتانس معادل سلف ها در ترکیب سری یا موازی مشابه مقاومت بوده و برای محاسبه سلف های سری و موازی شده می توانیم از روابط زیر استفاده کنیم:
الف) اتصال سری
در اتصال سلف ها به صورت پشت سرهم یا سری شده، اندوکتانس کل (Ltotal) برابر با مجموع اندوکتانس های تک تک سلف ها (L1، L2، L3، و ...) می باشد. شکل زیر نحوه محاسبه Ltotal را نمایش می‌دهد:
ب) اتصال موازی
در یک ترکیب سلفی با اتصال موازی از سلف ها، نحوه محاسبه اندوکتانس کل به صورت زیر است:
روابط ذکر شده به شما این امکان را می دهد که اندوکتانس کل را برای مواقعی که سلف ها به صورت سری یا موازی متصل می شوند محاسبه کنید.
جمع بندی
در این مقاله، ابتدا توضیحاتی در مورد ظرفیت سلف و نحوه محاسبه اندوکتانس سلف بسته به شکل های هندسی رایج برای سلف ها ارائه گردید. علاوه بر این، تاثیر نحوه اتصال سلف ها به صورت سری یا موازی برای دستیابی به ظرفیت های کمتر و بیشتر مورد بحث و بررسی قرار گرفت.
تمامی موارد فوق را به صورت عملی همراه با نکات تجربی دیگر در مورد انواع سلف ها و نقش آنها در بردها و دستگاههای مختلف به طور کامل در دوره جامع الکترونیک بررسی کرده ایم.
در نهایت، از شما ممنون هستم که همراه ما بودید. لطفاً هر سوال یا ابهامی در مورد مطالب ارائه شده در این مقاله دارید حتما داخل کامنت ها بنویسید، به تمام سوالات پاسخ داده میشه. همچنین، اگه انتقاد یا پیشنهادی هم داشتید ممنون میشم که با ما در میان بذارید.
منابع: LibreTexts Electronics Tutorials
