facebook pixel מדריך: קבלים - www.4project.co.il
Main logo www.4project.co.il
כל הרכיבים לפרוייקט שלכם
עגלת קניות

העגלה ריקה

האם המוצר במלאי? [X]
עמוד המוצר מציג את רמת המלאי האמיתית, הזמינה במחסנינו.
פרטים נוספים
איך מזמינים ומשלמים? [X]
ההזמנה והתשלום מתבצעים רק דרך האתר.
איסוף או משלוח? כמה זה יעלה? [X]
האתר מציע 5 אפשרויות משלוח וגם אפשרות לאיסוף עצמי מהמחסן.
אחרי הוספת המוצרים לעגלת הקניות, אפשר לראות בה את האפשרויות, המחירים והערכת זמני הגעת המשלוח.
המחיר יחושב לפי גודל ומשקל המוצרים שבחרת.
פרטים נוספים
מתי ההזמנה מוכנה? [X]
אין צורך לעדכן אותנו טלפונית על ביצוע ההזמנה. אנו רואים אותה מיד ומטפלים בה במהירות.
כמה מהר? לפי הסטטיסטיקה של 3 חודשים האחרונים, הכוללים גם חגים וחופשים, הזמנות שבוצעו בשעות אלה (יום שלישי בין השעות 2 ל-3) היו מוכנות תוך 5 שעות ו-34 דקות.
פרטים נוספים

קבלים


2022-03-27 21:26:46
מאמר מתורגם. מקור: Capacitors

קבל הוא רכיב חשמלי בעל שני חיבורים. יחד עם נגדים וסלילים קבל הוא רכיב פאסיבי הבסיסי ביותר שאנו משתמשים במעגלים. יהיה קשה מאוד למצוא מעגל שלא כולל קבל בתוכו.

"קבלים שונים"

מה שהופך את הקבלים לכל כך מיוחדים זה היכולת שלהם לאגור אנרגיה. לקבלים יש תפקידים שונים במעגלים, הנפוצים ביניהם הם אחסון אנרגיה מקומית, ריכוך קפיצות מתח וסינון אותות מורכבים.

מדריך זה מכסה את הנושאים הבאים:

  • איך הקבל בנוי
  • איך הקבל עובד
  • יחידות קיבול
  • סוגים שונים של קבלים
  • איך לזהות קבלים
  • איך הקיבול משתלב בחיבור טורי ומקבילי
  • יישומי קבלים נפוצים

מדריכים מומלצים:

חלק מהמושגים במדריך זה מתבססים על ידע מוקדם באלקטרוניקה. לפני שתמשיכו עם מדריך זה, מומלץ לקרוא את המדריכים הבאים:

סימון ויחידות

סמלי מעגל

יש שתי דרכים נפוצות לצייר קבל במעגל. תמיד יש להם שני חיבורים המתחברים לשאר המעגל. סמל הקבל מורכב משני קווים מקבילים, שיכולים להיות שטוחים או מעוגלים. שני הקווים צריכים להיות מקבילים אחד לשני, קרובים, אבל לא נוגעים (מה שמסמל את הדרך בה מיוצר הקבל, נסביר על כך בהמשך). יותר קל פשוט להראות לכם את זה.

(1) ו-(2) הם סמלים סטנדרטיים של קבלים. (3) היא דוגמה של קבלים המשולבים במעגל של מייצב מתח:

"סימון הקבלים"

הסימן עם הקו המעוגל (מספר 2 בתמונה מעל) מציין שלקבל יש קוטביות (TODO: polarized), כלומר כנראה שזהו קבל אלקטרוליטי. נסביר על סוגי הקבלים בהמשך של המדריך.

כל קבל בשרטוט צריך להיות מלווה ע"י שם: C1, C2 וכו', וגם ערך. הערך מציין את הקיבול של הקבל, כמה פאראד יש לו. ואם כבר מדברים על פאראד…

יחידות קיבול

לא כל הקבלים נוצרו שווים. כל קבל בנוי כך שתהיה לו כמות מסויימת של קיבול. הקיבול של הקבל אומר לכם כמה מטען הוא יכול לאחסן, קיבול גבוה יותר אומר שאפשר לאחסן יותר מטען. היחידות הסטנדרטיות למדידת קיבול הם פאראד (Farad), המיוצגות בקצרה עם האות F.

מסתבר שפאראד אחד זה המון קיבול, אפילו 0.001F (מילי-פאראד אחד - 1mF)  זה קבל די גדול. בדרך כלל תראו קבלים בטווחים בין פיקו (10-12) למיקרו-פאראד (10-6).

"יחידות קיבול"

כשמדברים על קבלים בטווחים של פאראד עד קילו-פאראד, מתכוונים לקבלים מיוחדים המכנים סופר או אולטרה-קבלים.

התאוריה

הערה: ההסברים בפרק זה לא ממש נחוצים למתחילים בתחום האלקטרוניקה… והם קצת מסתבכים לקראת הסוף. למתחילים אנחנו ממליצים לקרוא את הסעיף שמסביר על איך שהקבל בנוי, על האחרים אפשר לדלג אם הם מסבכים אתכם יותר מדי.

איך הקבל בנוי

הסמל של הקבל מזכיר מאוד את הצורה בה מייצרים אותם. הקבל מיוצר מ-2 לוחות מתכת וחומר מבודד הנקרא dielectric. הלוחות ממוקמים קרוב מאוד אחד לשני וה-dielectric נמצא ביניהם כדי לוודא שהלוחות לא נוגעים אחד בשני.

בתמונה: הכריך הסטנדרטי של הקבל: שני לוחות מתכת מופרדים ע"י חומר מבודד dielectric.

"הכריך הסטנדרטי של הקבל"

החומר הדיאלקטרי יכול להיות עשוי ממגוון חומרים מבודדים: נייר, זכוכית, גומי, קרמיקה, פלסטיק, או חומרים אחרים שיעכבו את הזרימה של הזרם.
הלוחות עשויים מחומר מוליך: אלומיניום, טנטלום, כסף, או חומרים אחרים. כל אחד מהם מחובר למחבר נפרד ברכיב, שבסופו של דבר מחוברים לשאר המעגל.

יכולת הקיבול של הקבל, כמה פאראד יש לו, תלויה בצורה בה הוא מיוצר. יותר קיבול דורש קבל גדול יותר. לוחות עם יותר שטח חופף מספק יותר קיבול, כאשר מרחק גדול יותר בין הלוחות מקטין את הקיבול. אפילו החומר הדיאלקטרי המשמש לבידוד משפיע על כמות הפאראד שיהיה בקבל. אפשר לחשב את הקיבול הכולל של קבל עם נוסחה הבאה:

"נוסחה מלאה של קיבול"

ה-εr הוא Relative permittivity - קבוע המאפיין את החומר הדיאלקטרי, A הוא שטח שבו הלוחות חופפים אחד עם השני ו-d הוא המרחק בין הלוחות.

איך הקבלים עובדים

זרם חשמלי הוא זרימה של המטען החשמלי, מה שבסופו של דבר מניע את הרכיבים החשמליים להידלק, להסתובב או לעשות את מה שהם אמורים לעשות. כשזרם זורם לתוך הקבל, המטען "נתקע" על הלוחות בגלל שהוא לא יכול לעבור דרך המבודד הדיאלקטרי. אלקטרונים (חלקיקים עם מטען שלילי) נשאבים על אחד הלוחות, כך שהוא הופך להיות בעל מטען שלילי. הכמות הגדולה של מטען שלילי על לוח אחד דוחפת את המטענים האחרים ללוח השני, מה שהופך אותו לבעל מטען חיובי.
המטענים החיוביים והשליליים בלוחות אלה מושכים אחד את השני, כי זה מה שהמטענים המנוגדים עושים. אבל בגלל החומר הדיאלקטרי שנמצא ביניהם, עד כמה שהם רוצים להתאחד, הם עדיין יהיו תקועים על הלוחות (עד שיהיה להם מסלול אחר ללכת אליו).
המטענים שהצטברו על הלוחות האלה יוצרים שדה חשמלי, שמשפיע על אנרגיה פוטנציאלית חשמלית וגם על המתח.

טעינה ופריקה

כאשר מטענים חיוביים ושליליים מצטברים על הלוחות של הקבל, הקבל הופך להיות טעון. הקבל יכול לשמור על השדה החשמלי שלו, להחזיק את המטען, כי המטענים החיוביים והשליליים על הלוחות מושכים זה את זה, אבל אף פעם לא מגיעים אחד לשני.

בשלב מסויים הלוחות של הקבל יתמלאו במטענים, כך שהם פשוט לא יוכלו לקבל עוד. על הלוחות יהיו מספיק מטענים שליליים שייהדפו את כל הנוספים שינסו להצטרף. כאן נכנס המאפיין של קיבול (פאראד), שמגדיר את הכמות המקסימלית של המטענים שהקבל יכול לאחסן.

אם במעגל ייווצר מסלול נוסף שמאפשר למטענים להגיע אחד לשני, הם יעזבו את הקבל והוא יעבור פריקה.

לדוגמה במעגל הבא, הסוללה יכולה לספק פוטנציאל חשמלי על הקבל. זה יגרום למטענים שווים אבל הפוכים להצטבר על כל אחד מהלוחות של הקבל, עד שהם יהיו מלאים וימנעו כל זרם נוסף מלזרום. אם נשים לד בטור לקבל שיוכל לספק מסלול לזרימה, האנרגיה שהצטברה בקבל תוכל להדליק את הלד לפרק זמן קצר.

"מעגל טעינה ופריקה של קבל"

חישוב מטען, מתח וזרם

הקיבול של הקבל (כמה פאראד יש לו) אומר לכם כמה מטען הוא יכול לאחסן. כמה מטען הוא מאחסן כרגע תלוי בהפרשי פוטנציאל חשמלי בין הלוחות שלו. את היחס בין מטען, קיבול ומתח אפשר לתאר ע"י הנוסחה הזו:

מטען (Q) המאוחסן בקבל הוא תוצאה של קיבול (C) ומתח המסופק לו.

"Q=CV"

הקיבול של הקבל הוא תמיד ערך ידוע וקבוע, כך שאנחנו יכולים לשנות את המתח כדי להגדיל או להקטין את המטען שבתוך הקבל. מתח גבוה יותר זה יותר מטען, מתח נמוך יותר… פחות מטען.

משוואה זו מספקת לנו דרך טובה להגדיר את הערך של פאראד. פאראד אחד (F) זו קיבולת לאחסון של יחידה אחת של אנרגיה (קולומב - coulombs) לכל 1 וולט.

חישוב זרם

אפשר לקחת את המשוואה של מטען/מתח/קיבול צעד אחד קדימה כדי למצוא איך הקיבול והמתח משפיעים על הזרם, מכיוון שזרם הוא הקצב בו זורמים המטענים. העיקרון של הקשר בין הקבל למתח וזרם הוא כזה: כמות הזרם שעובר דרך הקבל תלוי גם בקיבול וגם בקצב של עליה או ירידה של המתח. אם המתח על הקבל עולה במהירות, זרם חזק וישר יעבור דרך הקבל. עליית מתח איטית על הקבל שווה לזרם נמוך יותר דרכו. אם המתח על הקבל יציב ולא משתנה, לא יזרום שום זרם דרכו.

כאן זה מתחיל להסתבך ונכנס לחישובים. כל זה לא כזה נחוץ אם אתם לא צריכים לנתח זמנים, תכנון פילטרים ודברים מסורבלים אחרים, כך שאפשר לדלג לפסקה הבאה אם המשוואות האלה לא באות לכם בטוב.

המשוואה לחישוב זרם דרך הקבל היא:
"נוסחת זרם לפי קיבול"

החלק dv/dt של המשוואה הוא נגזרת (או דרך אחרת להגיד קצב מיידי) של מתח לאורך זמן, שזה אותו דבר כמו לומר "כמה מהר המתח עולה או יורד ברגע נתון". הדבר החשוב ביותר מהמשוואה הזו הוא שאם המתח יציב, הנגזרת שווה לאפס, מה שאומר שזרם הוא גם אפס. זו הסיבה שהזרם לא יכול לזרום דרך קבל המחזיק מתח DC יציב.

סוגי קבלים

יש מגוון סוגים של קבלים בשוק, כל אחד עם תכונות ייחודיות וגם חסרונות, מה שהופך אותו מתאים יותר ליישומים מסויימים, מאשר לאחרים.
כשמחליטים על סוג הקבל, יש כמה גורמים שצריך לקחת בחשבון:
גודל - גם במובן של נפח הפיזי וגם הקיבול. זה לא נדיר שהקבל יהיה הרכיב הגדול ביותר במעגל. קבלים יכולים להיות גם קטנים מאוד. יותר קיבול בדרך כלל דורש גודל פיזי גדול יותר.
מתח מקסימלי - לכל קבל מוגדר מתח מקסימלי שאפשר לספק לו. יש קבלים שמוגדרים ל-1.5V, אחרים יכולים להיות ל-100V. חריגה מהמתח המקסימלי בדרך כלל תהרוס את הקבל.
זרם זליגה - הקבלים לא מושלמים. כל רכיב נוטה לדלוף כמות זעירה של זרם דרך החומר הדיאלקטרי, מחיבור אחד לשני. אובדן זרם זה (בדרך כלל נמדד בננו-אמפר או פחות) נקרא זרם זליגה (Leakage current).
Equivalent series resistance - ESR - החיבורים של הקבל לא מוליכים ב-100%, תמיד תהיה להם התנגדות קטנה מאוד (בדרך כלל פחות מ-0.01Ω). התנגדות זו הופכת להיות בעייתית כשמזרימים זרמים גבוהים דרך הקבל, המייצרת חום ואיבוד אנרגיה.
דיוק (Tolerance) - אי אפשר לייצר את הקבלים עם ערך קיבול מדוייק. כל קבל מיוצר בערך הנקוב, אבל לפי הסוג שלו, הערך המדויק שלו יכול להיות בטווח בין ±1% ל-±20% מהערך הרצוי.

קבלים קרמיים

הסוג הנפוץ ביותר והמיוצר ביותר הוא קבל קרמי. השם מגיע מהחומר ממנו עשוי החומר הדיאלקטרי.

קבלים קרמיים בדרך כלל קטנים גם מבחינה פיזית וגם מבחינת קיבול. יהיה קשה למצוא קבל קרמי גדול יותר מ-10µF. את הקבלים המורכבים על המעגל (SMD) אפשר למצוא באריזות פיציות כמו 0402 (0.4 על 0.2 מ"מ), 0603 (0.6 מ"מ על 0.3 מ"מ) או 0805. דגמים להלחמה ידנית (PTH) בדרך כלל נראים כמו נורית קטנה (לרוב צהובה או אדומה) עם שתי רגליים שיוצאות ממנה.

בתמונה: שני קבלי PTH משני הצדדים, 22pF מצד שמאל ו-0.1µF מצד ימין. באמצע קבל SMD פיצי של 0.1µF באריזת 0603.

"קבלים קרמיים"

בהשוואה לקבלים אלקטרוליטיים הפופולריים באותה מידה, הקרמיים הם קבלים קרובים יותר למושלמים (ערכי ה-ESR וזרם זליגה נמוכים הרבה יותר), אבל הקיבול הנמוך שלהם די מגביל. בדרך כלל הם גם האפשרות הזולה יותר מהשניים. קבלים אלה מתאימים היטב לצימוד של תדרים גבוהים (high-frequency coupling) ויישומי של הפרדה (decoupling) שיוסבר בהמשך המדריך.

קבלים אלקטרוליטיים (אלומיניום וטנטלום) - Aluminum and Tantalum Electrolytic

אלקטרוליט מצויין בזה שהוא יכול לארוז קיבול גדול מאוד באריזה יחסית קטנה. אם אתם צריכים קבל בטווח של 1µF-1mF, רוב הסיכויים שתמצאו אותו בתצורה של קבל אלקטרוליטי. הם גם בדרך כלל מתאימים ליישומים במתח גבוה בגלל דירוג מתח המקסימלי הגבוה.

קבלים אלקטרוליטיים מאלומיניום, הנפוצים ביותר ממשפחת האלקטרוליטים, בדרך כלל נראים כמו פחית קטנה עם שני המחברים יוצאים מתחתיהם.

בתמונה: מגוון של קבלים אלקטרוליטיים בתצורת TPH וגם SMD. שימו לב איך לכל אחד יש צורת סימון אחר לקתודה (הצד השלילי).

"קבלים אלקטרוליטיים"

לצערינו לקבלים אלקטרוליטיים יש קוטביות (TODO - Polarity). יש להם צד חיובי (אנודה) וצד שלילי (קתודה). כשמתח מסופק לקבל אלקטרוליטי, צד האנודה צריך להיות במתח גבוה יותר מצד הקתודה. הקתודה של הקבל האלקטרוליטי בדרך כלל מסומנת ע"י סימון של מינוס (-) ופס צבע על האריזה. הרגל של האנודה יכולה גם להיות קצת יותר ארוכה כסימן נוסף. אם המתח מסופק בצורה הפוכה, הקבל יהרס לצמיתות בצורה מרהיבה (פיצוץ קטן של האריזה ועשן). אחרי הפיצוץ הקבל בדרך כלל יתנהג כקצר.

קבלים אלה ידועים לשמצה בגלל זרם זליגה שלהם - המאפשרים לזרם נמוך (סדרי גודל של nA) לעבור דרך החומר הדיאלקטרי מחיבור אחד לשני. מה שגורם לקבלים האלקטרוליטיים להיות לא ממש אידיאליים לאחסון אנרגיה, שזה די מצער בהתחבש בקיבולת והגדרת מתח הגבוהים.

סופר-קבלים (Supercapacitors)

אם אתם מחפשים קבלים שנועדו לאחסן אנרגיה, זה הקבל - סופר-קבל. אלה תוכננו במיוחד לקיבולת ממש גבוהה, בסדרי גודל של פאראדים.

בתמונה: סופר קבל של 1 פאראד (1F)! קיבולת גבוהה, אבל מדורג רק ל-2.5V. שימו לב שגם סוג זה בעל קוטביות.

סופר-קבל

למרות שהם מסוגלים לאחסן כמות עצומה של מטען, קבלי-על לא מסוגלים להתמודד עם מתחים גבוהים. סופר-קבל זה של 10F מוגדר לעבוד רק עם 2.5V. תספקו לו יותר מזה והוא יהרס. בדרך כלל מחברים אותם בטור כדי לעבוד במתחים גבוהים יותר, אבל זה בא על חשבון ירדת הקיבול הכללי.

השימוש העיקרי של קבלי העל הוא אחסון ושחרור של אנרגיה, בדומה לסוללות, המתחרים העיקריים שלהם. הקבלים אולי לא יכולים לשמור כמות זהה של אנרגיה כמו סוללה בגודל פיזי דומה, אבל הם יכולים לשחרר אותה הרבה יותר מהר, ולרוב יש להם אורך חיים הרבה יותר גבוה.

סוגים נוספים

קבלים אלקטרוליטיים וקרמיים מכסים כ-80% מהקבלים בשוק. סופר-קבלים רק כ-2%, אבל הם מעולים! סוג נפוץ נוסף של קבלים הוא Film capacitor, שהוא בעל ESR נמוך, מה שהופך אותו למתאים במיוחד לעבודה בזרמים גבוהים מאוד.

יש עוד הרבה סוגים פחות נפוצים של קבלים. קבלים משתנים יכולים לייצר מגוון ערכי קיבול, מה שיכול לשמש כאלטרנטיבה טובה לנגדים משתנים במעגלים בעלי כוונון. חוטים שזורים או מוליכים של מעגל מודפס (PCB) יכולים לייצר קיבול (לרוב לא רצוי), מכיוון שלשניהם יש שני מוליכים מופרדים ע"י מבודד. הצנצנת של ליידן, צנצנת זכוכית מלאה ועטופה במוליכים, הוא בעצם הרכיב הראשון ממשפחת הקבלים. ולבסוף, כמובן ה-Flux capacitor (הרכב מוזר של קבלים וסלילים) הוא רכיב קריטי אם אתם מתכננים לחזור בזמן…

קבלים בטור ובמקביל

בדומה לחיבור הנגדים, אפשר לשלב כמה קבלים בצורה טורית או מקבילית כדי לייצר ערך קיבול מסויים. החישובים של הקיבול לעומת זאת מחושבים בצורה הפוכה לגמרי מהנגדים.

קבלים במקביל

כשהקבלים מחוברים במקביל אחד לשני, הקיבול שלהם הוא פשוט סיכום של כל הערכים. זה דומה לחישוב הנגדים שמחוברים בטור.

"חיבור קבלים במקביל"

אם לדוגמה הייתם מחברים במקביל 3 קבלים בעלי ערכים 10µF, 1µF, ו-0.1µF, הקיבול הכולל שלהם היה 11.1µF, שזה סיכום של 10+1+0.1.

קבלים בטור

בדומה לסיבוך החישוב של נגדים המחוברים במקביל, כך גם עם הקבלים שמחוברים בטור. הקיבול הכולל של N קבלים המחוברים בטור הוא היפוך של סכום כל הערכים ההפוכים.

"חיבור קבלים בטור"

אם יש לכם רק שני קבלים בטור, תוכלו להשתמש בנוסחה המקוצרת לחישוב הקיבול הכולל:

"נוסחה מקוצרת של שני קבלים בחיבור טורי"

אפשר לקחת את הנוסחה צעד אחד נוסף, אם יש לכם שני קבלים עם ערך זהה המחוברים בטור, הקיבול הכולל הוא חצי של קיבול אחד הקבלים. שני סופר-קבלים של 10F בטור למשל יספקו קיבול של 5F, אבל גם יכפיל את דירוג המתח המקסימלי של הקבלים מ-2.5V ל-5V.

דוגמאות לשימוש

יש המון יישומים לרכיב הקטן הפסיבי הזה (למעשה הוא בדרך כלל די גדול בהשוואה לרכיבים אחרים). כדי לתת לכם מושג למגוון השימושים הרחב שלהם, הנה כמה דוגמאות:

קבלי ניתוק צימוד (Decoupling Capacitors)

הרבה מהקבלים שאתם רואים בשרטוטים, במיוחד כאלה הכוללים מעגלים משולבים (TODO - Integrated Circuits), הם קבלי ניתוק צימוד. התפקיד של קבל ניתוק הוא לנטרל את הרעשים בתדר גבוה המגיעים באספקת מתח. הם מנקים את הריצודים הקטנים של המתח מקווי האספקה, שיכולים להזיק לרכיבים רגישים.

במובן מסוים, קבלי ניתוק מתפקדים כספק מתח מקומי מאוד קטן לרכיב, כמעט כמו האל-פסק (UPS) למחשב. אם המתח של הספק קופץ בצורה רגעית (מה שדי נפוץ, במיוחד כשדרישות הזרם למעגל המחובר משתנות), קבל ניתוק יכול לספק לרגע את המתח הדרוש. זו גם הסיבה שלפעמים קוראים לקבלים אלה כקבלי מעקף (bypass capacitors), הם עוקפים באופן זמני את הספק ומספקים את המתח במקומו.

קבל ניתוק צימוד מחובר בין קו המתח (5V, 3.3V וכו') לבין האדמה. זה לא נדיר לראות שימוש בשניים או יותר קבלים בערכים שונים, אפילו סוגים שונים של קבלים כדי לעקוף את מקור המתח, מכיוון שערכי קבלים מסוימים יהיו טובים יותר מאחרים לסנן תדרי רעש מסויימים.

בשרטוט הבא אפשר לראות שימוש ב-3 קבלי ניתוק כדי למזער רעשים על קווי אספקת המתח לחיישן תאוצה. שני קבלים קרמיים של 0.1µF וקבל טנטלום של 10µF מפצלים בינם את תפקיד הניתוק.

"שרטוט של מעגל עם קבלי ניתוק"

למרות שזה נראה כאילו שנוצר קצר בין המתח לאדמה, רק אותות בתדר גבוה יוכלו לעבור דרך הקבל לאדמה. אות ה-DC (אספקת מתח ישר) יעבור לשבב החיישן, בדיוק לפי התכנון. עוד סיבה למה קבלים כאלה נקראים קבלי מעקף, היא בגלל שתדרים גבוהים (בתחומים של kHz-MHz) יעקפו את השבב ובמקום זה יעברו דרך הקבל אל האדמה.

כשממקמים פיזית את קבלי הניתוק על המעגל, תמיד צריך למקם אותם כמה שיותר קרוב לרכיב עליו הם מגינים. כמה שהם יהיו רחוקים יותר, כך הם יהיו פחות יעילים.

בתמונה זו אפשר לראות את המימוש של המעגל הקודם. השבב הפיצי השחור מוקף בשני קבלים של 0.1µF (הרכיבים החומים) וקבל טנטלום אלקטרוליטי של 10µF (הרכיב שחור/אפור מלבני וגבוה).

"כרטיס עם חיישן וקבלי ניתוק"

כחלק משיטות טובות לתכנון מעגלים, תמיד תוסיפו לפחות קבל ניתוק/מעקף אחד לכל שבב. בדרך כלל הערך של 0.1µF היא בחירה טובה, או אפילו תוסיפו קבלים של 1µF או 10µF. זו תוספת זולה שתדאג שהשבב לא יסבול מירידות חדות או קפיצות במתח.

סינון ספק כוח

אפשר להשתמש במיישרי דיודה (TODO - Diode rectifiers) כדי להפוך מתח AC שמקבלים בשקע החשמל בקיר למתח DC הדרוש ע"י רוב האלקטרוניקה. אבל דיודות לבדן לא יוכלו להפוך אות AC לאות DC נקי, הן צריכות עזרה של קבלים! ע"י הוספה של קבלים במקביל לגשר דיודות, אפשר להפוך סיגנל כזה:

"גרף מתח אחרי דיודות מיישרות ללא קבל"

לסיגנל כזה:

"גרף מתח אחרי דיודות מיישרות עם קבל"

קבלים הם רכיבים עקשניים, הם תמיד ינסו להתנגד לשינויים פתאומיים במתח. קבל הסינון יטען כל עוד המתח המיושר עולה. כשהמתח יתחיל לרדת במהירות, הקבל ישתמש במאגר האנרגיה שהוא מאחסן ויתחיל לפרוק אותה בצורה איטית כדי לספק את האנרגיה לעומס. הקבל לא אמור לפרוק את כל המטען לפני שהמתח המיושר יתחיל לעלות שוב, מה שיטען אותו מחדש. הריקוד הזה חוזר על עצמו הרבה פעמים בשניה, שוב ושוב כל עוד המתח המסופק בשימוש.

בתמונה: מעגל המרת מתח AC ל-DC. הקבל C1 חיוני להחלקה של מתח DC המסופק לעומס.

"שרטוט של מעגל ספק כח AC-DC"

אם אי-פעם תפרקו ספק AC-DC, אתם חייבים למצוא לפחות קבל אחד די גדול. הנה הקרביים של שנאי הדומה לשנאי 9V. מזהים את הקבלים?

"תמונה של ספק כח AC-DC"

יש שם יותר קבלים ממה שאתם חושבים! יש 4 אלקטרוליטיים שנראים כמו חבית עם ערכים בין 47µF ל-1000µF. המלבן הצהוב הגדול בחזית התמונה הוא קבל למתח גבוה של 0.1µF מסוג polypropylene film. רכיב כחול משמאל בצורה עגולה וגם הרכיב הירוק הקטן במרכז הם קבלים קרמיים.

אחסון ואספקת אנרגיה

זה די ברור שאם הקבל יכול לאחסן אנרגיה, אז אחד היישומים שלו יהיה אספקת אנרגיה למעגל, בדומה לסוללה. הבעיה שלקבלים יש צפיפות אנרגטית הרבה יותר נמוכה מסוללות. הם פשוט לא יכולים לארוז אותה כמות אנרגיה לאותו גודל פיזי כמו הסוללה הכימית (אבל הפער הזה מצטמצם).

היתרון של הקבלים הוא שהם בדרך כלל חיים יותר מהסוללות, מה שהופך אותם לבחירה טובה יותר מבחינה סביבתית. הם גם מסוגלים לספק את האנרגיה הרבה יותר מהר מהסוללה, מה שהופך אותם טובים ליישומים שדורשים פרץ קצר, אבל גבוה של אנרגיה. פלאש של המצלמה מקבל את האנרגיה מקבל (שכנראה נטען ע"י סוללה).

סוללה או קבל?
  • קיבולת - סוללה
  • צפיפות אנרגטית - סוללה
  • קצב טעינה/פריקה - קבל
  • אורך חיים - קבל

סינון אותות

לקבלים יש תכונה ייחודית לאותות בתדרים משתנים. הם יכולים לחסום תדרים נמוכים או רכיב ה-DC של האות, אבל לאפשר לתדרים גבוהים יותר לעבור ישר דרכם. הם כמו סלקטור במועדון יוקרתי שמיועד רק לתדרים גבוהים.
סינון אותות יכול להיות שימושי בכל מיני יישומים של עיבוד אותות. מקלטי רדיו יכולים להשתמש בקבלים (בין שאר הרכיבים) כדי לסנן תדרים לא רצויים.
דוגמה נוספת של מסנן אותות ע"י קבל הוא מעגל הצלבה פאסיבי (crossover) בתוך רמקולים, שמפריד אות אודיו אחד לכמה בתדרים שונים. קבל בטור יחסום תדרים נמוכים, כך ששארית התדרים הגבוהים יוכל ללכת לטוויטר (tweeter) של הרמקול. במעגל של subwoofer שמעביר את התדרים הנמוכים, רוב התדרים הגבוהים אפשר להעביר לאדמה דרך קבל המחובר במקביל.

בתמונה: דוגמה מופשטת של מעגל הצלבת אודיו. הקבל יסנן את התדרים הנמוכים כאשר הסליל יסנן את התדרים הגבוהים. עם שניהם אפשר להגיע לתדרים הרצויים שיגיעו לרמקולים.

"דוגמה מופשטת של מעגל הצלבת אודיו"

הורדת דירוג

כשעובדים עם הקבלים, חשוב לתכנן את המעגלים כך שישתמשו בקבלים בעלי דירוג מתח הרבה יותר גבוה מקפיצת המתח הגבוהה ביותר במערכת.

הנה סרטון מעולה של המהנדס שון מ-SparkFun המראה מה קורה לקבלים מסוגים שונים כשעוברים את דירוג המתח המקסימלי. תוכלו לקרוא עוד על הניסוי הזה כאן (אנגלית - TODO).

לאן ממשיכים?

וואו… מרגישים שאתם כבר מומחים לקבלים? רוצים ללמוד עוד על יסודות האלקטרוניקה? אם עדיין לא קראתם, ממליצים לקרוא על כמה מרכיבי אלקטרוניקה הנפוצים הבאים:
  • נגדים
  • Diodes TODO
  • Switches TODO
  • Transistors TODO
  • Integrated Circuits (ICs) TODO

או אולי חלק ממדריכים הבאים ימשכו את תשומת לבכם?


מדריכים נוספים:

  • מדריך מחלקת מנועים

    מחלקת מנועים

    2021-09-19 17:33:28

    מנוע חשמלי. איך עובד המנוע. סוגי מנועים שונים. איך מספקים מתח ומפעילים את המנוע. איך שולטים על המהירות והכיוון. איך מחברים מנוע לפרוייקט. איך מתחברים לציר של המנוע. מאפיינים עיקריים וכו'...
    על כל הנושאים האלה נסביר במדריך זה, המתמקד במוצרים המוצגים במחלקת המנועים באתר www.4project.co.il.

  • מדריך מעגלים טוריים ומקביליים

    מעגלים טוריים ומקביליים

    2021-08-08 14:51:52

    במדריך זה קודם נסביר על ההבדל בין מעגלים טוריים ומעגלים מקביליים. לצורך כך נשתמש במעגלים עם רכיבים הבסיסים ביותר, נגדים וסוללות, כדי להראות את ההבדלים בין שתי צורות החיבור. אחרי זה נחקור מה קורה במעגלים טוריים ומקביליים כשמשלבים בין רכיבים שונים, כמו קבלים וסלילים.

  • מדריך מהו מעגל?

    מהו מעגל?

    2021-07-17 11:47:44

    ברוך הבא למבוא למעגלים חשמליים! אחד הדברים הראשונים שתתקלו בהם כשתלמדו על אלקטרוניקה הוא המושג מעגל. מדריך זה יסביר מהו מעגל ויצלול לקצת יותר פרטים על מתח.

  • מדריך לדים - LEDs

    לדים - LEDs

    2021-06-14 17:35:25

    לדים נמצאים בכל מקום סביבנו: בטלפונים שלנו, במכוניות ואפילו בבתים שלנו. כל פעם שמשהו נדלק במכשיר אלקטרוני, סיכוי גבוה שישנו לד (LED) שעומד מאחורי זה. הם מגיעים במגוון עצום של גדלים, צורות וצבעים, אבל לא משנה איך הם נראים, יש להם דבר אחד משותף: הם אמורים לשפר כל פרוייקט.

  • מדריך נגדים

    נגדים

    2021-05-07 15:20:07

    נגדים - רכיבי אלקטרוניקה הנפוצים ביותר, שנמצאים בכל מקום. הם חלק קריטי כמעט בכל מעגל. ומשחקים תפקיד מרכזי במשוואה האהובה עלינו - חוק אוהם.