الدوائر الترددية ، تقنية الجهد المتردد

في الإليكترونيات تسمى مكونات الدوائر أو العناصر الكهربائية المفردة وحتى الدوائر الكاملة منها “دوائر ثنائية القطبية” و “دوائر رباعية القطبية”. وسبب إطلاق هذه التسمية يعود لعدد الوصلات هذه المكونات ، والتي تسمى أيضا أقطاب ، ومنها ما له قطبين وآخر أربعة أقطاب “دوائر رباعية القطبية” ، ولهذه التسمية فوائد كثيرة ، وذلك من ناحية الشرح الوظيفي والتقني العام ، بالإضافة للوظائف الحسابية والقياسات البحثية . ومن هذه الدوائر ما هو نشط وأخر غير نشط والفرق بينها هو أن الدائرة النشطة تتضمن دائما مصدرا لجهد .

وتتكون هذه الدوائر من عناصر مقاومة آومية ، مثل المقاومة الآومية ومن عناصر مـُمانعة ، مثل المكثف أو ملف ، وبدوائر التوالي أو التوازي تأخذ “الدوائر ثنائية القطبية” وظائف عامة ومهمة تتقارن مع العناصر الكهربائية المعقدة . وإذا تضمنت الدائرة ملف ومكثف فتمسى أيضا “مذبذب” (دارة هزاز ، دارة رنين)(سنعود لها لاحقا) ، التي تستغل في تقنية دائرة الإشارة (الاتصالات) ، وكأداة نشطة تتحكم بالتردد في المولدات .

عند توصيل المكثف بالجهد المتردد فيتم بين لوحتيه تبادلا للقطبية وكذلك يحدث لاتجاه التيار.
وفي حالة توصيل المكثف (أو الملف) بإشارة جيب الزاوية (Sinus)فسيسري بهما تيارا(أضعف) متردد بشكل جيب الزاوية ، وبذلك يشكلا المكثف والملف عناصر مقاومة للتيار في دائرة الجهد المتردد. وهذه المقاومة تسمى المـُمانعة (Impedance/Reactance) . والمـُمانعة هي المقاومة في الملف أو المكثف (أنظر لدرس 6 و7) ، ولا تسمى مقاومة لأن لها خاصية تختلف عن المقاومة الآومية ، حيث أنها مقاومة ظاهرية (أي موهمة أي “خيالية” وغير آومية وطاقتها لا تعطي الطاقة العملية والفعلية مثل القدرة الواطية (لا ينتج من المـُمانعة المثالية أي قدرة إطلاقا ) ، وذلك بسبب التشحين والتفريغ للطاقة في العـناصر الترددية ، والتي تتبادل الطاقة مع المصدر باختلاف طور( وجه) الموجة .

المـُمانعة هي المقاومة الغير آومية وهي السعوية في المكثف ، والحثية في الملف ، وتسمى أيضا المفاعلة ، والمراكسة ، والمعاوقة (في مصر تمسى مراكسة و تحريضية) . وهناك من يفرق بين المـُمانعة والمفاعلة حيث تـُـنسب المـُمانعة للمقاومة الحثية في الملف ، وتـُـنسب المفاعلة للمقاومة السعوية في المكثف .

وهذا يعني أن المكثف يشكل مقاومة ( لحظية) في دوائر الجهد المتردد ، ويحتاج للقدرة لبناء الحقل الكهربائي به(التشحين) ، ثم يعيد المكثف نفس هذه القدرة إلى مصدر الجهد خلال استنفاذ حقله الكهربائي (التفريغ) ، وخلال وسط هذه الحالتين تكون قيمة القدرة (الواطية) صفر .

مثال :

ولفهم علاقة المكثف (وسلوكه) بالجهد المتردد يجب أخذ التالي بعين الاعتبار : أن المكثف هو عنصر يخزن الجهد ، ويشكل بمجرد توصيله بالجهد قصرا كهربائيا ، وفي حاله القصر تسري به القيمة القسوة للتيار ، وبمجرد ارتفاع الجهد يبدأ التيار بالانخفاض .
وإذا تأملنا هندسيا بدائرة فيها مقاومة ومكثف ( أنظر الرسم البياني للمؤشرات )، وتأملنا بسلوك الجهد والتيار فسنجد أن هناك فرقا في قطر الموجة بقدر 90 درجة ، كما أن معادلة المـُمانعة السعوية تثبت أن كلما أرتفع التردد كلما انخفضت المـُمانعة السعوية ، ولهذا السبب يستعمل المكثف كعنصر متأثر من التردد .

وتسمى هذه الطاقة المتبادلة ظاهرية – سعوية (غير واطية) بسبب المـُمانعة.

أما الملففتزيد مقاومته في دوائر الجهد المتردد أكثر بكثير عن دوائر الجهد المستمر ، وكالمكثف يحتاج الملف أيضا للقدرة لبناء الحقل المغنطيسي (التشحين) ، وكالمكثف يعيد الملف هذه القدرة إلى مصدر الجهد خلال استنفاذ حقله المغنطيسي (التفريغ) ، وخلال وسط هذه الحالتين تكون قيمة القدرة (الواطية) أيضا صفر .

إن دوائر التوالي للمقاومة والملف لها نفس الخصائص التي تتميز بها دوائر التوالي للمقاومة والمكثف ، حيث يمر في الدائرة تيار واحد ، وفي دائرة مقاومة وملف يكون هناك تساويا بطور الموجة (الوجه) بين جهد المصدر وجهد المقاومة ، ولكن الاختلاف بطور الموجة يتكون بين الجهد الجزئي(الجهد المنحدر في الملف) للملف وبين التيار . وهنا يسبق الجهد التيار ب 90 درجة .