وحدات التغذية بالطاقة والمحولات

2013 تبسيط علم الإلكترونيات

ستان جيبيليسكو

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الفيزياء

تتطلّب معظم الدارات الإلكترونية تياراً مستمراً لكي تعمل بشكل جيد. ففي الولايات المتحدة تأتي الكهرباء من مزوّدي مرافق الخدمات النفعيّة كتيار متناوب عند تردّد اسمي من 60 هرتز، وفولطيّة اسمية إما 117 V أو 234 فولط فعال.

وتقوم وحدة تغذية (Power Supply) بتحويل تيار الخدمة المتناوب إلى تيار مستمرّ ذي فولطية محدّدة مسبقاً لجهاز إلكتروني أو نظام.

يبيّن الشكل 4-1 مخططاً صندوقياً لوحدة تغذية مثالية.

 

المحوِّلات

يوجد شكلان لمحولات وحدات التغذية: محوّل الخطوة الخافض (Step-Down Transformer) الذي ينقص فولطية التيار المتناوب، ومحوّل الخطوة الرافع (Step-Up Transformer) الذي يرفع فولطية التيار المتناوب. يكون تردّد خرج التيار المتناوب دائماً مساوياً لتردّد دخل التيار المتناوب.

 

مُحوِّل الخطوة الخافض

تحتاج معظم الأجهزة الإلكترونية مثل المستقبلات الراديويّة والحواسيب الشخصية والهواتف الخلوية بضعة فولطات من كهرباء التيار المستمرّ فقط.

تستعمل وحداتُ التغذية لهذه التجهيزات محولاتِ خطوة خافضة للقدرة (الشكل أ 4-2). يعتمد الحجم الفيزيائي للمحول على التيار الأعظمي الذي نريد له أن يقدِّمَه.

تعتمد نسبة فولطية الدخل إلى الخرج (Input-To-Output Voltage Ratio) مباشرةً على نسبة اللفات الأولية إلى الثانوية (Primary-To-Secondary Turns Ratio). رياضياً يمكننا القول

حيث V_in تمثّل فولطية دخل فعالة و V_out تمثّل فولطية خرج فاعلةة و N_pri تمثّل عدد اللفات في الملف الأولي بينما N_sec تمثّل عدد اللفات في الملف الثانوي.

 

فكرة مفيدة: يمكن أن يكون المحول في النظم منخفضة التيار كالمستقبل الراديوي صغيراً. أمّا أجهزة التيار العالي كالمضخمات الصوتية الكبيرة ومرسلات مذياع (راديو) الهواة فتحتاج إلى محولات ضخمة ثقيلة.

في نظم التيار العالي يجب أن يشمل الملفُّ الثانوي للمحول أسلاكاً من العيار الثقيل (سميكة) و يجب على القلب أو المادة التي يُلفّ عليها السلك أن يملك حجماً وكتلةً كبيرين.

 

محوّل الخطوة الرافع

تحتاج بعض الدارات لجهود عالية لتعمل بشكل جيد. على سبيل المثال يحتاج صمام الأشعة المهبطية (Cthaode-Ray Yube) (سي آر تيCRT ) في مستقبل تلفاز قديم الطراز إلى عدة مئات من فولطات التيار المستمرّ.

 تستعمل بعض مضخمات القدرة (Power Amplifiers) في راديو الهواة أنابيب الفراغ العاملة عند عدة كيلو فولطات للتيار المستمر. المحوّلات في هذه الأجهزة هي من نوع محوّل خطوة رافع (الشكل ب 4-2).

معادلة تحويل الفولطية لمحول الخطوة الرافع هي نفسها المعادلة المعطاة أعلاه لمحول الخطوة الخافض. كذلك -كما في حالة محول الخطوة الخافض- فإن نسبة فولطية الدخل إلى الخرج تساوي نسبة عدد اللفات الأولية إلى الثانوية.

 

فكرة مفيدة: إذا كنت ترغب في أن يؤمّن محول الخطوة الرافع تياراً صغيراً فقط، فلا داعي أن يكون ضخماً أو ذا كتلة كبيرة. غير أن بعض محولات الخطوة الرافعة يجب أن تشغّل تجهيزات أنابيب الفراغ "المتعطشة للطاقة" مثل مضخمات إرسال البث.

لهذا السبب تكون وحدات محولات الخطوة الرافعة بشكل عام أكبر وأثقل من وحدات محولات الخطوة الخافضة في النظم منخفضة الفولطية مثل الحواسيب.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]