مكثف فصل

في الإلكترونيات ، المكثف المفصول هو مكثف يستخدم لفصل جزء من الدائرة عن جزء آخر (أي منع انتقال الطاقة الكهربائية إلى) . يتم تحويل الضوضاء الناتجة عن عناصر الدائرة الأخرى عبر المكثف، مما يقلل من تأثيرها على بقية الدائرة. بالنسبة للترددات الأعلى، هناك اسم بديل وهو مكثف التجاوز لأنه يستخدم لتجاوز مصدر الطاقة أو أي مكون آخر ذو معاوقة عالية في الدائرة.

الأجهزة النشطة للنظام الإلكتروني (مثل الترانزستورات والدوائر المتكاملة والصمامات المفرغة ) متصلة بمصادر الطاقة الخاصة بها من خلال موصلات ذات مقاومة ومحاثة محدودة . إذا تغير التيار الذي يسحبه جهاز نشط، فإن انخفاض الجهد من مصدر الطاقة إلى الجهاز سيتغير أيضًا بسبب هذه المعاوقات . إذا كانت العديد من الأجهزة النشطة تشترك في مسار مشترك إلى مصدر الطاقة، فقد تؤدي التغييرات في التيار الذي يسحبه عنصر واحد إلى حدوث تغييرات في الجهد كبيرة بما يكفي للتأثير على تشغيل الأجهزة الأخرى - طفرات الجهد أو ارتداد الأرض ، على سبيل المثال - وبالتالي فإن تغيير حالة أحد الأجهزة يقترن بأجهزة أخرى من خلال المعاوقة المشتركة لمصدر الطاقة. يوفر مكثف الفصل مسار تجاوز للتيارات العابرة ، بدلاً من التدفق عبر المعاوقة المشتركة. ^[1]

يعمل مكثف الفصل كمخزن محلي للطاقة للجهاز . يتم وضع المكثف بين خط الطاقة والأرض للدائرة التي سيتم توفير التيار لها. وفقًا لعلاقة التيار بالجهد للمكثف

${\displaystyle i(t)=C{\frac {d\,v(t)}{dt}},}$

يؤدي انخفاض الجهد بين خط الطاقة والأرض إلى سحب تيار من المكثف إلى الدائرة. عندما تكون السعة C كبيرة بما يكفي، يتم توفير تيار كافٍ للحفاظ على نطاق مقبول من انخفاض الجهد. يخزن المكثف كمية صغيرة من الطاقة التي يمكن أن تعوض عن انخفاض الجهد في موصلات مصدر الطاقة للمكثف. لتقليل المحاثة المتسلسلة المكافئة الطفيلية غير المرغوب فيها ، غالبًا ما يتم وضع المكثفات الصغيرة والكبيرة بالتوازي ، بجوار الدوائر المتكاملة الفردية (انظر § التنسيب).

في الدوائر الرقمية، تساعد المكثفات المنفصلة أيضًا على منع إشعاع التداخل الكهرومغناطيسي من مسارات الدائرة الطويلة نسبيًا بسبب تيارات مصدر الطاقة المتغيرة بسرعة.

قد لا تكفي المكثفات المفصولة وحدها في مثل هذه الحالات مثل مرحلة مكبر الصوت عالي القدرة مع مكبر صوت أولي منخفض المستوى متصل بها. يجب توخي الحذر في تخطيط موصلات الدائرة بحيث لا ينتج التيار الثقيل في مرحلة واحدة انخفاضات في جهد مصدر الطاقة تؤثر على المراحل الأخرى. قد يتطلب هذا إعادة توجيه مسارات لوحة الدائرة المطبوعة لفصل الدوائر، أو استخدام مستوى أرضي لتحسين استقرار مصدر الطاقة.

غالبًا ما يتم استخدام مكثف الالتفافية لفصل دائرة فرعية عن إشارات التيار المتردد أو ارتفاعات الجهد في مصدر طاقة أو خط آخر. يمكن لمكثف الالتفافية تحويل الطاقة من تلك الإشارات أو الإشارات العابرة إلى ما بعد الدائرة الفرعية المراد فصلها، مباشرة إلى مسار العودة. بالنسبة لخط إمداد الطاقة، يتم استخدام مكثف الالتفافية من خط جهد الإمداد إلى خط إرجاع مصدر الطاقة (المحايد).

يمكن للترددات العالية والتيارات العابرة أن تتدفق عبر المكثف إلى دائرة الأرض بدلاً من المسار الأصعب للدائرة المنفصلة، ​​ولكن لا يمكن للتيار المستمر أن يمر عبر المكثف ويستمر إلى الدائرة المنفصلة.

هناك نوع آخر من الفصل وهو منع جزء من الدائرة من التأثر بالتبديل الذي يحدث في جزء آخر من الدائرة. قد يتسبب التبديل في الدائرة الفرعية A في حدوث تقلبات في مصدر الطاقة أو الخطوط الكهربائية الأخرى، ولكنك لا تريد أن تتأثر الدائرة الفرعية B، التي لا علاقة لها بهذا التبديل. يمكن لمكثف الفصل فصل الدوائر الفرعية A وB بحيث لا ترى B أي تأثيرات للتبديل.

في الدائرة الفرعية، سيؤدي التبديل إلى تغيير تيار الحمل المسحوب من المصدر. تُظهر خطوط إمداد الطاقة النموذجية محاثة متأصلة ، مما يؤدي إلى استجابة أبطأ للتغيرات في التيار. سينخفض ​​جهد الإمداد عبر هذه المحاثات الطفيلية طالما حدث حدث التبديل. يمكن رؤية انخفاض الجهد العابر هذا من قبل الأحمال الأخرى أيضًا إذا كانت المحاثة بين الحملين أقل بكثير مقارنة بالمحاثة بين الحملين ومخرج مصدر الطاقة.

لفصل الدوائر الفرعية الأخرى عن تأثير الطلب المفاجئ على التيار، يمكن وضع مكثف فصل بالتوازي مع الدائرة الفرعية، عبر خطوط جهد الإمداد الخاصة بها. عندما يحدث التبديل في الدائرة الفرعية، يزود المكثف التيار العابر. من الناحية المثالية، بحلول الوقت الذي ينفد فيه شحن المكثف، تكون عملية التبديل قد انتهت، بحيث يمكن للحمل سحب التيار الكامل عند الجهد الطبيعي من مصدر الطاقة ويمكن للمكثف إعادة الشحن. أفضل طريقة لتقليل ضوضاء التبديل هي تصميم لوحة دوائر مطبوعة كمكثف عملاق عن طريق وضع مستويات الطاقة والأرض عبر مادة عازلة . ^{[ بحاجة لمصدر ]}

في بعض الأحيان يتم استخدام مجموعات موازية من المكثفات لتحسين الاستجابة. وذلك لأن المكثفات الحقيقية لها محاثة طفيلية، مما يتسبب في انحراف المعاوقة عن معاوقة المكثف المثالي عند الترددات الأعلى. ^[2]

إن فصل الحمل المؤقت كما هو موضح أعلاه ضروري عندما يكون هناك حمل كبير يتم تبديله بسرعة. قد يحد المحاثة الطفيلية في كل مكثف (فصل) من السعة المناسبة ويؤثر على النوع المناسب إذا حدث التبديل بسرعة كبيرة.

تميل الدوائر المنطقية إلى التحول المفاجئ (ستقوم الدائرة المنطقية المثالية بالتبديل من الجهد المنخفض إلى الجهد العالي على الفور، دون ملاحظة أي جهد متوسط ​​على الإطلاق). لذا فإن لوحات الدوائر المنطقية غالبًا ما تحتوي على مكثف فصل بالقرب من كل دائرة منطقية متكاملة متصلة بكل اتصال بمصدر الطاقة إلى الأرض القريبة. تعمل هذه المكثفات على فصل كل دائرة متكاملة متكاملة عن كل دائرة متكاملة متكاملة أخرى من حيث انخفاضات جهد الإمداد.

غالبًا ما يتم وضع هذه المكثفات عند كل مصدر طاقة وكذلك عند كل مكون تناظري لضمان ثبات الإمدادات قدر الإمكان. وإلا فإن المكون التناظري الذي لديه نسبة رفض إمداد طاقة ضعيفة (PSRR) سوف يقوم بنسخ التقلبات في إمداد الطاقة على خرجه.

في هذه التطبيقات، غالبًا ما تسمى المكثفات التي تعمل على فصل التيار الكهربائي مكثفات تجاوزية للإشارة إلى أنها توفر مسارًا بديلًا للإشارات عالية التردد والتي قد تتسبب بخلاف ذلك في تغيير جهد الإمداد الثابت عادةً. يمكن للمكونات التي تتطلب حقنًا سريعة للتيار الكهربائي تجاوز مصدر الطاقة عن طريق تلقي التيار من المكثف القريب. وبالتالي، يتم استخدام اتصال مصدر الطاقة الأبطأ لشحن هذه المكثفات، وتوفر المكثفات في الواقع كميات كبيرة من التيار عالي التوفر.

يتم وضع مكثف فصل الحمل المؤقت بالقرب من الجهاز الذي يتطلب الإشارة المنفصلة قدر الإمكان. وهذا يقلل من مقدار المحاثة الخطية والمقاومة التسلسلية بين مكثف الفصل والجهاز. وكلما كان الموصل بين المكثف والجهاز أطول، كلما زاد المحاثة. ^[3]

نظرًا لأن المكثفات تختلف في خصائص التردد العالي، فإن الفصل المثالي ينطوي على استخدام مجموعة من المكثفات. على سبيل المثال، في الدوائر المنطقية، يكون الترتيب الشائع هو ~100 نانوفاراد سيراميك لكل دائرة منطقية متكاملة (عدة مكثفات للدوائر المتكاملة المعقدة)، مقترنة بمكثف إلكتروليتي أو مكثف تنتالوم يصل إلى بضع مئات من ميكروفاراد لكل لوحة أو قسم من اللوحة.

تظهر هذه الصور لوحات الدوائر المطبوعة القديمة ذات المكثفات المثبتة عبر الثقوب، في حين تحتوي اللوحات الحديثة عادةً على مكثفات صغيرة مثبتة على السطح .

• 
  اللوحة الرئيسية لجهاز Commodore 64 من ثمانينيات القرن العشرين . معظم أجزاء القرص الدائرية "البرتقالية" عبارة عن مكثفات فصل.
• 
  بطاقة ناقل S-100 من Cromemco XXU من ثمانينيات القرن العشرين ، وهي معالج Motorola 68020. الأجزاء المحورية بين الدوائر المتكاملة عبارة عن مكثفات فصل.
• 
  بطاقة ذاكرة DRAM سعة 16 كيلو بايت من طراز Cromemco 16KZ من سبعينيات القرن العشرين ، بطاقة ناقل S-100 . الأجزاء الدائرية الخضراء من القرص عبارة عن مكثفات فصل.
• 
  لوحة واجهة موازية I1 من سبعينيات القرن العشرين لجهاز Electronika 60. الأجزاء المستطيلة الخضراء عبارة عن مكثفات فصل.

• مكثف سيراميكي
• المحاثة المتسلسلة المكافئة
• المقاومة المتسلسلة المكافئة
• مكثف الفيلم
• سلسلة E من الأرقام المفضلة

• اختيار واستخدام مكثفات الالتفافية – مذكرة تطبيقية من شركة Intersil
• فصل الترددات – دليل فصل الترددات المختلفة بقلم هنري دبليو أوت
• تقليل ضوضاء مصدر الطاقة – كيفية تصميم شبكات فعالة لتجاوز وفصل مصدر الطاقة بقلم كين كونديرت
• سلوك الرنين الذاتي للمكثفات الالتفافية ومكثفات ESR: كيفية اختيار مكثفات الالتفافية – مقال كتبه دوجلاس بروكس
• معلومات حول فصل لوحات الدوائر الإلكترونية – إرشادات فصل أنواع مختلفة من لوحات الدوائر الإلكترونية
• المبادئ الأساسية لسلامة الإشارة – ورقة بحثية من Altera
• مكثفات الالتفافية، مقابلة مع تود هوبينج – بقلم دوجلاس بروكس