سلف چیست؟ انواع سلف، کاربرد و تفاوت آن با خازن

سلف یکی از قطعات الکترونیکی پر کاربرد در حوزه مهندسی برق و الکترونیک است که ویژگی اصلی آن ذخیره انرژی به شکل میدان مغناطیسی در مدارات الکترونیکی است. اما وظایف اصلی سلف چیست؟ و انواع آن کدام است؟ سلف و خازن هر دو المان های ذخیره سازی انرژی هستند پس تفاوت آنها در چیست؟ بیایید هر کدام از این موضوعات را به تفصیل بررسی کنیم.

سلف چیست؟

سلف قطعه الکتریکی ساده و در عین حال ضروری در مدارهای الکترونیکی است. این قطعه الکترونیکی نقش مهمی در ذخیره سازی انرژی الکتریکی، مدیریت جریان و محافظت از مدار الکتریکی ایفا می کند. سلف انرژی را به شکل میدان مغناطیسی و زمانی که الکتریسیته از مدار عبور می کند در خود ذخیره می کند و به این دلیل به آن Passive گفته می شود.

سلف ها با تغییر فرکانس و جریان های الکتریکی خاصیتی به عنوان اندوکتانس دارند که متناسب با تغییر جریان الکتریکی برحسب زمان تغییر می کند. واحد اندوکتانس هانری (H) است و به افتخار «جوزف هانری» (Joseph Henry) نامگذاری شده است و با نماد  (L) نشان داده می‌شود. اندوکتانس سلف توسط سلف سنج و نمونه پیشرفته آن LCR متر اندازه گیری می شود.
هسته سلف بسته به نوع کاربری، از ماده ای با نفوذپذیری مغناطیسی بالا (مانند آهن یا فریت) ساخته می شود. انتخاب ماده هسته به عواملی مانند فرکانس کاری، اندوکتانس مورد نیاز و بازده انرژی بستگی دارد. عملکرد هسته متمرکز کردن میدان مغناطیسی تولید شده توسط جریان عبوری از  سلف است.

کاربرد سلف، فیلتر سیگنال و حفاظت مدار

نمونه های متفاوتی از انواع سلف را در مدارهای الکتریکی رادیو، سیستم های مخابراتی و تجهیزات صوتی وجود دارند که  عملکرد متفاوتی دارند. ذخیره سازی انرژی در مدار، فیلتر کردن سیگنال ناخواسته، تبدیل دامنه سیگنال و نوسان سازی بخشی از عملکرد آن ها است. در ادامه به دیگر کاربردهای سلف در مدارات الکترونیکی می پردازیم.

• حفاظت در برابر تغییرات ناگهانی جریان: در خطوط انتقال برق از سلف ها برای جلوگیری از نوسانات و خرابی تجهیزات استفاده می شود.
• انتقال بیسیم انرژی: در سیستم های شارژ بیسیم مانند تلفن های همراه، سلف ها نقش کلیدی در ایجاد میدان مغناطیسی دارند.
• حفاظت در برابر نویز (EMI Suppression): سلف ها در فیلتر کردن نویزهای الکترومغناطیسی که در سیستم های دیجیتال مانند HDMI و USB رخ می دهند، کاربرد دارند.

انواع سلف

در مورد اینکه سلف چیست، صحبت کردیم؛ در ادامه به معرفی انواع سلف می پردازیم.

1. سلف Wire-wound

یک سلف Wire-wound بسیار به یک سیم پیچ ساده شباهت دارد که هادی wound به شکل حلقوی است. برخی از سلف ها دارای هسته فلزی نمی باشند در حالی که برخی دیگر سیم پیچ هایی هستند که به دور یک هسته فلزی پیچیده اند. با توجه به میزان اندوکتانس و کاربردی آن ها، اندازه و ظاهر سلف ها نیز متفاوت است. این نوع از سلف ها مناسب مداراتی است که جریان بالایی از آن ها عبور می کند و یا اندوکتانس بسیار بالایی دارند.

2. سلف های چندلایه

سلف های چندلایه از چندین لایه متناوب از فریت یا سرامیک ساخته شده اند و الگوی کویل شکل دارند. الگوی کویل با استفاده از هادی های سیم پیچ ساخته نمی شوند بلکه به شکل چاپ صفحات هادی در بالای فریت یا مواد دیگر ساخته می شوند. لایه پشته لایه روی هم قرار می گیرد تا ویژگی های یک کویل را داشته باشد. از سوی دیگر و با توجه به ساختارش دارای یک المان خازنی درون خود می باشند.

عملکرد سلف ها، براساس کاربردشان

همانطور که پیش از این گفته شد سلف ها کاربردهای مختلفی درمدارهای الکترونیکی دارند. سلف ها براساس نیاز در انواع کویل، choke، راکتور، سلونوئید، فیلترهای خطی و غیره ساخته می شوند. نمونه های زیر براساس کاربرد فهرست شده اند.

• سلف چوک Choke Coil

سلفی که عمدتا در منابع تغذیه مورد استفاده قرار می گیرد با نام Choke Coil شناخته می شود. از آن برای کاستن ولتاژ AC، یکسوسازی موج و حذف نویزها استفاده می شود.

• سلف متغیر (Variable Inductor)

اندوکتانس قابل تنظیم دارد و بیشتر در مدارات تنظیم فرکانس مانند گیرنده‌های رادیویی کاربرد دارند.

• سیم پیچ حلقوی (Toroidal Inductor)

به یک سیم پیچ حلقوی شکل با هسته فرومغناطیس، سیم پیچ حلقوی گفته می شود. برخلاف سیم پیچ های دیگر که هسته های میله ای دارند، در این نوع سلف ها جریان الکترومغناطیسی بسیار کمتر به بیرون نشت پیدا می کند. بنابراین بسیار پایدار بوده و در مدارات فرکانس بالا مورد استفاده قرار می گیرد.

تفاوت سلف و خازن: ذخیره انرژی از دو زاویه متفاوت

سلف ها و خازن ها هر دو انرژی ذخیره می کنند اما نحوه انجام این کار متفاوت است. سلف انرژی را در میدان مغناطیسی ذخیره کرده و در برابر تغییرات جریان مقاومت می کند اما خازن انرژی را در میدان الکتریکی ذخیره می کند و ولتاژ را ثابت نگه می دارد. ولتاژ و جریان در مدارات خازنی و سلفی به دلیل ثابت زمانی های متفاوت که از طریق ثابت های RC و RL مدار به دست می آیند بسیار متفاوت می باشند.

ثابت زمانی (Time Constant) یکی از مفاهیم کلیدی در تحلیل مدارهای الکتریکی است که سرعت واکنش مدار به تغییرات ولتاژ یا جریان را نشان می‌ دهد:

در خازن‌ ها (RC Circuit): ثابت زمانی برابر است با حاصل‌ ضرب مقاومت و ظرفیت خازن (τ = RC). این مقدار مشخص می‌ کند که خازن با چه سرعتی شارژ یا دشارژ می‌ شود.

در سلف‌ ها ((RL Circuit: ثابت زمانی برابر است با نسبت اندوکتانس به مقاومت (τ = L/R). این مقدار سرعت تغییر جریان در مدار را نشان می‌ دهد.

به زبان ساده می توان گفت یک خازن سریعتر واکنش نشان می دهد و برای کاربردهایی مناسب است که نیاز به پاسخ سریع است اما سلف ها کندتر عمل می کنند و برای کاربردهایی مناسب هستند که نیاز به پایداری بالاتری دارند.
سلف ها در کاربردهایی که نیاز به یکسوسازی و فیلتر کردن جریان دارند عالی عمل می کنند. این المان ها در برابر تغییرات جریان مقاومت می کنند که برای استفاده در منبع تغذیه ایده آل هستند. در مقابل خازن ها به سرعت انرژی آزاد می کنند و در کاربردهایی که نیاز به تحویل سریع انرژی دارند، همچون فیلتر کردن سیگنال های فرکانس بالا، بهتر عمل می کنند.
در ادامه، برخی از تفاوت های عملکرد خازن و سلف را در یک جدول خلاصه کرده ایم.

سخن پایانی