کاربرد سلف چیست؟ بررسی انواع القاگر الکتریکی به زبان ساده

سلف الکتریکی یا Inductor و یا به اسم دیگر القاگر الکتریکی، یکی از قطعات اصلی در برد الکترونیکی است که انرژی الکتریکی را در میدان مغناطیسی ذخیره می ‌کند. این قطعه که به ‌عنوان “Inductor”  در زبان انگلیسی شناخته می‌ شود، جزء غیر فعال (Passive) مدارهای الکتریکی محسوب می‌شود. به عبارت دیگر، سلف در مدار انرژی مصرف نمی‌کند بلکه آن را در خود ذخیره می‌کند. این ویژگی خاص باعث می‌شود سلف در بسیاری از کاربردهای الکترونیکی، از جمله فیلترهای فرکانسی، مدارهای ذخیره‌ سازی انرژی، و سیستم‌ های قدرت کاربرد داشته باشد. سلف ها معمولاً سیم پیچ مانند در مدارهای الکترونیکی هستند که بیشتر برای کاهش یا کنترل نوسان های الکتریکی در مدار استفاده می شوند. سلف ها انواع مختلفی دارند از جمله سلف های هسته آهنی، سلف متغیر، سلف های هسته هوا و … . وظایف اصلی آن شامل کنترل سیگنال ها و ذخیره انرژی می باشد. در این مقاله، به توضیحات کامل و دقیق در مورد سلف‌ های الکتریکی، انواع آن‌ها، کاربرد سلف چیست، ساختار و تفاوت‌ های آن با خازن ‌ها خواهیم پرداخت. این مقاله به‌ طور خاص برای افرادی که به طراحی مدارهای الکترونیکی علاقه دارند یا نیاز به اطلاعات بیشتر در این زمینه دارند، مفید خواهد بود.

سلف چیست؟

در ادامه به این می پردازیم که سلف چیست به زبان ساده، سلف یک عنصر الکتریکی است که انرژی را به ‌صورت میدان مغناطیسی ذخیره می‌کند. سلف ‌ها معمولاً به شکل یک سیم‌ پیچ ساخته می‌شوند که در داخل آن جریان الکتریکی عبور می‌کند. زمانی که جریان از سیم ‌پیچ عبور می‌کند، یک میدان مغناطیسی اطراف آن شکل می‌گیرد. این میدان مغناطیسی انرژی الکتریکی را در خود ذخیره می‌کند.

خصوصیت اصلی سلف این است که در برابر تغییرات ناگهانی جریان مقاومت می‌کند. به عبارت دیگر، اگر جریان الکتریکی به ‌طور ناگهانی افزایش یا کاهش یابد، سلف سعی می‌کند که این تغییرات را به‌ صورت تدریجی انجام دهد. این ویژگی به ‌ویژه در مدارهای الکترونیکی برای جلوگیری از تغییرات ناگهانی و نویزهای الکتریکی مفید است. سلف‌ها معمولاً در مدارهای AC (جریان متناوب) و DC (جریان مستقیم) به ‌کار می‌روند و نقش مهمی در تنظیم و کنترل جریان الکتریکی دارند.

اندوکتانس چیست؟ مقدار اندوکتانس (Inductance) مستقیماً به تعداد دورهای سیم پیچ متناسب است، علاوه بر این، این مقدار به موارد دیگری از جمله شعاع سیم پیچ و نوع ماده ای که سیم در اطراف آن پیچیده شده است بستگی دارد. واحد اندازه گیری اندوکتانس هانری می باشد که با H نمایش داده می شود.

ساختار سلف الکتریکی

ساختار سلف ‌های الکتریکی به ‌طور کلی از سه بخش اصلی تشکیل می‌شود:

سیم ‌پیچ (Coil): سیم ‌پیچ اصلی ‌ترین قسمت سلف است. این سیم معمولاً از جنس مس یا آلومینیوم است که به دور یک هسته پیچیده می‌شود. طول، تعداد دورها و قطر سیم در مقدار اندوکتانس سلف تاثیر می‌گذارد. اندوکتانس (Inductance) معیاری است که میزان ذخیره انرژی سلف را تعیین می‌کند.

هسته (Core): هسته سلف ممکن است از جنس آهن، فولاد، فریت یا حتی هوا باشد. هسته به افزایش ظرفیت ذخیره انرژی سلف کمک می‌کند. سلف‌ هایی که هسته آهنی دارند معمولاً ظرفیت بالاتری برای ذخیره انرژی دارند، اما سلف‌ های با هسته هوایی برای فرکانس‌های بالا مناسب ‌تر هستند.

بدنه (Body): بدنه سلف معمولاً از پلاستیک یا مواد عایق ساخته می‌شود. بدنه نقش حفاظتی دارد و مانع از آسیب دیدن سیم ‌پیچ یا هسته می‌شود. علاوه ‌براین، بدنه به‌ عنوان عایق برای جلوگیری از تماس ‌های ناخواسته یا اتصال کوتاه عمل می‌کند.

کاربرد سلف در مدارات الکترونیکی چیست؟

سلف‌ ها در مدارهای الکتریکی به‌ طور گسترده برای کنترل و فیلتر کردن جریان، ذخیره انرژی، کاهش نویز و کاربردهای دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند. ویژگی ‌های آنها مانند مقاومت در برابر تغییرات جریان و توانایی ذخیره‌سازی انرژی در میدان مغناطیسی، آنها را به یک ابزار کاربردی در مهندسی الکترونیک تبدیل کرده است. حال به بررسی این می پردازیم که کاربرد سلف چیست:

فیلترهای فرکانسی: یکی از کاربردهای اصلی سلف ‌ها، استفاده در مدارهای فیلتر فرکانس است. این فیلترها برای حذف سیگنال‌ های ناخواسته (نویز) در یک محدوده فرکانسی خاص طراحی می‌شوند. سلف‌ ها به‌ ویژه در فیلترهای پایین گذر (Low-Pass Filters)، فیلتر بالا گذر و  Band-Pass Filters  برای جلوگیری از عبور فرکانس ‌های بالا یا پایین از مدار کاربرد دارند. به ‌ویژه در مدارهای AC، سلف‌ ها می‌توانند سیگنال‌ های با فرکانس ‌های خاص را عبور دهند یا مسدود کنند.

مدارهای ذخیره‌ سازی انرژی: سلف‌ ها قادرند انرژی الکتریکی را در میدان مغناطیسی خود ذخیره کنند. این ویژگی برای ذخیره‌ سازی انرژی در سیستم‌ های قدرت، منابع تغذیه و مدارهای شارژ و تخلیه بسیار مفید است. به‌ ویژه در سیستم‌ های منبع تغذیه سوئیچینگ سلف ‌ها نقش مهمی در ذخیره و انتقال انرژی دارند.

مدارهای تشدید (Resonant Circuitsd): سلف ‌ها در ترکیب با خازن‌ها برای ساخت مدارهای تشدیدی به‌ کار می‌ روند. این مدارها برای تقویت یا فیلتر کردن سیگنال‌ها در فرکانس ‌های خاص طراحی می‌شوند. این نوع مدارها در دستگاه‌ های رادیویی، تلویزیونی، و حتی در سیستم ‌های رادیوهای FM استفاده می‌ شوند.

کاهش نویز: سلف‌ ها می ‌توانند در کاهش یا فیلتر کردن نویز الکتریکی و ایجاد سیگنال‌ های پایدارتر مفید باشند. در این زمینه، سلف‌ ها به‌ ویژه در مدارهای حساس و در سیستم‌ های صوتی یا الکترونیکی استفاده می‌ شوند.

راه ‌اندازی موتورهای الکتریکی: در سیستم ‌های الکترونیکی قدرت، سلف ‌ها در راه‌ اندازی موتورهای الکتریکی برای کاهش نوسانات و تغییرات ناگهانی جریان استفاده می ‌شوند. این عملکرد باعث حفاظت از موتور و سایر اجزای سیستم می‌شود.

انواع سلف الکترونیکی و کاربرد آنها

سلف‌ها به ‌طور کلی در دو دسته عمده تقسیم می‌شوند: سلف‌های با هسته و سلف‌های بدون هسته. سلف‌ های با هسته (مانند سلف ‌های هسته‌ ای و چوک‌ ها) بیشتر در فرکانس‌های پایین کاربرد دارند، در حالی که سلف‌ های بدون هسته (مانند سلف‌های هسته هوا) برای فرکانس‌ های بالا مناسب‌ ترند. سلف‌ ها بسته به نوع طراحی و ساختارشان می‌ توانند در انواع مختلفی از مدارهای الکتریکی از جمله فیلترها، منابع تغذیه، تقویت‌ کننده‌ها، و مدارات مخابراتی مورد استفاده قرار گیرند.

سلف ثابت (Fixed Inductor)

این سلف ‌ها همانطور که از نامشان پیداست، مقدار اندوکتانس ثابتی دارند. معمولاً در طراحی مدارهایی استفاده می ‌شوند که نیاز به مقدار القای ثابت دارند و نیازی به تنظیم آن در طول زمان نیست. این سلف‌ها معمولاً در منابع تغذیه، مدارهای فیلتر و مدارهای تقویت ‌کننده استفاده می‌شوند.

ویژگی ‌ها و کاربردها:

• مقدار اندوکتانس ثابت: همانطور که گفته شد، مقدار القای این سلف‌ها در طراحی مشخص شده و در طول زمان تغییر نمی‌کند.
• استفاده در فیلترها: برای جلوگیری از عبور سیگنال‌ های فرکانس بالا از این سلف ‌ها در فیلترهای پایین ‌گذر (Low-pass filters) و یا بالاگذر (High-Pass Filter) استفاده می شود.
• منابع تغذیه: این سلف‌ ها در مدارهای منبع تغذیه DC به ‌ویژه در فیلترهای رکتیفایر و منبع تغذیه‌ سوئیچینگ کاربرد دارند.

سلف متغیر (Variable Inductor)

سلف ‌های متغیر به گونه‌ ای طراحی می ‌شوند که مقدار اندوکتانس آن‌ها می‌ تواند تغییر یابد. این تغییر می‌تواند دستی یا اتوماتیک باشد. این نوع سلف ‌ها معمولاً در مدارهایی استفاده می‌شوند که نیاز به تنظیم مقدار اندوکتانس دارند، مانند مدارهای تنظیم فرکانس در رادیوها یا دستگاه‌ های مخابراتی.

ویژگی‌ ها و کاربردها:

• قابلیت تنظیم: معمولاً با تغییر فیزیکی موقعیت هسته مغناطیسی یا تغییر در تعداد دور سیم ‌پیچ، مقدار القای سلف تغییر می‌کند.
• تنظیم فرکانس: این سلف ‌ها در مدارهای رادیویی و مدارهای تشخیص فرکانس استفاده می‌ شوند.
• استفاده در رادیوها و تلویزیون ‌ها: در مدارهای تنظیم فرکانس برای انتخاب کانال یا فرکانس مشخص در گیرنده‌ ها کاربرد دارند.

سلف سیم‌ پیچ (Coil Inductor) 

سلف‌های سیم‌ پیچ، ساده ‌ترین نوع سلف ‌ها هستند که از یک سیم به دور یک هسته پیچیده می‌ شوند. این نوع سلف‌ ها می‌توانند هسته‌ دار یا بدون هسته باشند. سلف‌های بدون هسته به دلیل ویژگی‌ هایشان برای فرکانس ‌های بالاتر مناسب ‌ترند و سلف ‌های هسته ‌دار برای فرکانس ‌های پایین‌ تر و جریان‌ های بالاتر طراحی می ‌شوند.

ویژگی ‌ها و کاربردها:

• هسته‌دار و بدون هسته: سیم ‌پیچ ‌ها می‌توانند هسته‌ ای داشته باشند که برای افزایش القای مغناطیسی مفید است یا بدون هسته که در فرکانس ‌های بالا کارایی بهتری دارند.
• استفاده در تقویت‌ کننده‌ ها و منابع تغذیه: سلف‌ های سیم ‌پیچ به دلیل ساختار ساده ‌شان، در مدارهای تقویت سیگنال و منابع تغذیه استفاده می‌شوند.
• فرکانس‌ های پایین: سلف‌ های سیم ‌پیچ معمولاً برای فرکانس‌ های پایین تا متوسط مناسب ‌اند.

سلف هسته آهن

سلف‌ های هسته‌ آهن به گونه ‌ای طراحی شده‌اند که دارای هسته مغناطیسی هستند (معمولاً از جنس آهن یا فولاد). این هسته‌ ها باعث افزایش میزان القای مغناطیسی و بهبود عملکرد سلف در انتقال انرژی می‌شوند. سلف‌ های هسته آهن برای مدارهای جریان بالا و فرکانس ‌های پایین کاربرد دارند.

ویژگی ‌ها و کاربردها:

• افزایش القا: هسته مغناطیسی باعث می‌ شود سلف توانایی ذخیره انرژی بیشتری داشته باشد.
• استفاده در منابع تغذیه و مدارهای قدرت: سلف ‌های هسته ‌آهن به دلیل توانایی در حمل جریان ‌های بالا و کاهش تلفات انرژی، در منابع تغذیه، مبدل‌ های DC-DC و فیلترهای EMI استفاده می‌شوند.
• فرکانس‌های پایین‌تر: این سلف ‌ها به دلیل اثرات تلفات هسته ‌ای (مثلاً تلفات هسته ‌ای در فرکانس ‌های بالا) معمولاً در فرکانس ‌های پایین‌ تر استفاده می ‌شوند.

سلف هسته هوا  (Air Core Inductor)

سلف ‌های هسته هوا هیچ نوع هسته مغناطیسی ندارند. به جای آن، سیم ‌پیچ در هوا قرار دارد. این سلف‌ ها به‌ ویژه برای فرکانس ‌های بالا مناسب هستند چون هیچ تلفات هسته ‌ای در آن‌ ها وجود ندارد.

ویژگی ‌ها و کاربردها:

• بدون هسته مغناطیسی: در این سلف‌ ها میدان مغناطیسی به ‌طور آزاد در فضا پخش می ‌شود.
• استفاده در فرکانس‌های بالا: این سلف‌ ها در مدارهای فرکانس بالا (RF) مانند مدارات رادیویی و مخابراتی کاربرد دارند.
• کاهش تلفات: به دلیل نبود هسته، تلفات ناشی از اثرات هسته ‌ای وجود ندارد و در فرکانس ‌های بالا عملکرد بهتری دارند.

چوک (Choke Inductor)

چوک‌ ها سلف‌ هایی هستند که عمدتاً برای جلوگیری از عبور سیگنال ‌های خاص (مانند سیگنال ‌های فرکانس بالا یا نویز) طراحی شده‌ اند. این سلف ‌ها در مدارهای فیلتر برای حذف نویز و تقویت سیگنال‌ های مفید کاربرد دارند.

ویژگی ‌ها و کاربردها:

• فیلتر کردن سیگنال‌ها: چوک‌ ها عمدتاً در مدارهای فیلتر برای عبور سیگنال‌ های فرکانس پایین و جلوگیری از عبور سیگنال ‌های فرکانس بالا استفاده می‌ شوند.
• نویزگیری: در مدارهای منبع تغذیه و مدارهای صوتی برای جلوگیری از نویز و بهبود کیفیت سیگنال به کار می ‌روند.
• کاربرد در منابع تغذیه: در مدارهای مبدل توان و منابع تغذیه سوئیچینگ استفاده می‌ شوند.

سلف‌ های فرکانس رادیویی (RF Inductors)

سلف RF معمولاً برای کاربردهایی طراحی می‌ شوند که نیاز به پردازش سیگنال‌ های فرکانس رادیویی (RF) دارند. این سلف‌ ها برای فرکانس‌ های بالا، مانند فرکانس‌ های رادیویی، تلویزیون و مخابرات مناسب هستند.

ویژگی‌ ها و کاربردها:

• مناسب برای فرکانس‌های بالا: سلف‌ های RF طراحی شده ‌اند تا در فرکانس ‌های بسیار بالا عملکرد خوبی داشته باشند.
• کاربرد در مخابرات: در مدارهای مخابراتی، انتقال سیگنال ‌های رادیویی و تلویزیونی و سیستم ‌های بی‌ سیم استفاده می‌شوند.
• ساختار خاص: این سلف‌ ها معمولاً از مواد خاص مانند فریت ساخته می‌شوند تا از تلفات فرکانسی جلوگیری کنند.

تفاوت سلف و خازن چیست؟

سلف و خازن هر دو اجزای الکتریکی هستند که در مدارهای الکتریکی برای ذخیره انرژی استفاده می‌شوند، اما نحوه عملکرد و ویژگی ‌های متفاوتی دارند:

1. سلف (Inductor):
   • عملکرد: سلف‌ ها انرژی را به صورت میدان مغناطیسی ذخیره می‌کنند. زمانی که جریان الکتریکی از یک سلف عبور می‌کند، در اطراف سیم آن یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود و انرژی در این میدان ذخیره می‌شود.
   • ویژگی ‌ها: سلف‌ ها به تغییرات ناگهانی جریان مقاوم هستند. وقتی جریان در سلف تغییر می‌کند، سلف به دلیل خاصیت خود به مقاومت در برابر این تغییرات می ‌پردازد.
   • نماد: نماد سلف در مدارهای الکتریکی به صورت یک سیم پیچ است.
   • واحد: واحد سلف هِنری (H) است.
2. خازن (Capacitor):
   • عملکرد: خازن‌ ها انرژی را به صورت میدان الکتریکی ذخیره می‌کنند. وقتی ولتاژ بر روی دو صفحه خازن اعمال می‌شود، بار الکتریکی روی آن ‌ها جمع می ‌شود و انرژی در میدان الکتریکی بین صفحات ذخیره می‌شود.
   • ویژگی ‌ها: خازن‌ ها به تغییرات ناگهانی ولتاژ مقاوم هستند. یعنی زمانی که ولتاژ در مدار تغییر می‌کند، خازن به ذخیره یا آزادسازی بار واکنش نشان می‌دهد.
   • نماد: نماد خازن به صورت دو خط موازی است که معمولاً به هم نزدیک هستند.
   • واحد: واحد خازن فاراد (F) است.

حال به بررسی دقیق این مورد می پردازیم که تفاوت خازن و سلف چیست:

• انرژی ذخیره شده: سلف انرژی را به صورت مغناطیسی ذخیره می‌کند، در حالی که خازن انرژی را به صورت الکتریکی ذخیره می‌کند.
• مقاومت در برابر تغییرات: سلف به تغییرات جریان مقاوم است و خازن به تغییرات ولتاژ مقاوم است.
• زمان پاسخ: سلف به تدریج جریان را تغییر می‌دهد، در حالی که خازن به تدریج ولتاژ را تغییر می‌دهد.

در مجموع، سلف ‌ها بیشتر در مدارهایی استفاده می‌شوند که نیاز به کنترل جریان دارند و خازن‌ها در مدارهایی که نیاز به ذخیره یا تنظیم ولتاژ دارند کاربرد دارند.

خازن چیست؟ برای مطالعه بیشتر درباره انواع خازن ها کلیک کنید

نماد سلف در الکترونیک چیست

سلف ها معمولاً با نماد یک سیم پیچ نشان داده می‌شود. این نماد به شکل یک سیم پیچ یا حلقه‌ زدن‌های متوالی است که به صورت ساده به شکل چند حلقه تو در تو یا چند خط موازی در کنار هم کشیده می‌شود که در دو سر این نماد پایه های آن که برای اتصال به برد می باشد مشخص شده است.

جمع بندی

سلف الکتریکی (Inductor) اجزای حیاتی و اساسی در مدارهای الکترونیکی هستند که وظیفه ذخیره ‌سازی انرژی الکتریکی در میدان مغناطیسی را به‌عهده دارند. این قطعات با ویژگی‌ هایی همچون مقاومت در برابر تغییرات ناگهانی جریان و توانایی فیلتر کردن سیگنال ‌های ناخواسته، در طیف وسیعی از کاربردهای الکترونیکی از جمله فیلترهای فرکانسی، سیستم‌ های قدرت و مدارهای ذخیره‌ سازی انرژی به‌ طور مؤثر عمل می‌کنند. همچنین، تفاوت‌ های اساسی میان سلف و خازن در نحوه ذخیره‌ سازی انرژی، کاربردها و ویژگی‌ های عملکردی، هرکدام از این اجزا را به‌ طور منحصر به ‌فرد در مدارهای مختلف مفید می‌سازد.

در نهایت، پس از پی بردن به این مورد که سلف چیست، انتخاب صحیح نوع سلف با توجه به نیازهای مدار و فرکانس عملیاتی، می‌تواند تأثیر زیادی بر عملکرد بهینه و کاهش تلفات انرژی در سیستم‌ های الکترونیکی داشته باشد. با توجه به تنوع انواع سلف‌ها از جمله سلف‌ های ثابت، متغیر، هسته‌دار و هسته هوا، مهندسان الکترونیک باید دقت لازم را در انتخاب و طراحی مدارهای خود به ‌کار گیرند تا بتوانند بهترین عملکرد را در سیستم‌ های مختلف تضمین کنند. شما می توانید با تماس با کارشناسان ما کلیه مشاوره های لازم جهت انتخاب و خرید سلف الکترونیکی را دریافت نمایید.