همه چیز درباره سلف و کاربردهای آن در موبایل

سلف‌ها (Inductors) قطعاتی هستند که به دلیل قابلیت ذخیره‌سازی انرژی در میدان مغناطیسی، کاربردهای زیادی در سیستم‌های الکترونیکی دارند. این قطعات عمدتاً برای تنظیم و فیلتر کردن جریان‌ها و ولتاژها استفاده می‌شوند و در کاهش نویز، تثبیت ولتاژ و بهبود عملکرد مدارات موبایل نقش دارند. سلف‌ها در موبایل‌ها در مدارهای شارژ، مدیریت قدرت، و همچنین در مدارهای RF (فرکانس رادیویی) برای بهبود سیگنال‌ها و جلوگیری از تداخل‌های الکترومغناطیسی به کار می‌روند. انتخاب درست سلف‌ها برای بهینه‌سازی عملکرد گوشی‌های هوشمند بسیار ضروری است و درک ویژگی‌ها و کاربردهای آن‌ها می‌تواند در تعمیرات و طراحی بهتر دستگاه‌های موبایل موثر باشد.

معرفی سلف و کاربرد آن در گوشی موبایل

سلف بعد از دو قطعه الکترونیکی مقاومت و خازن از مهمترین و پرکاربردترین عناصر در مدارهای الکترونیکی محسوب می شود. سلف ها مانند هادی ها و مقاومت ها المان های ساده ای هستند که در دستگاه ای الکتریکی برای انجام کارهای خاص استفاده می شوند.

سلف مثل یک سیم پیچ شامل یک هسته مرکزی است که به دور آن سیم های عایق پیچیده شده است که تعداد دورهای آن با مقدار جریان عبوری رابطه مستقیم دارد. وظیفه اصلی سلف برطرف سازی افت جریان است به طوریکه وقتی جریان تغییر می کند، اگر جریان بیش از حد مجاز باشد، مقداری از آن را در هسته خود ذخیره می کند و وقتی جریان از یک مقدار مشخص کمتر شد، جریانی را که در هسته خود ذخیره کرده است را وارد مدار می کند (دقیقا برعکس عملکرد خازن) و در کل با ایستادگی در برابر تغییر جریان مانع از تغییر جریان در یک مدار می شود. پیشتر در مقاله «تئوری تعمیرات موبایل (قطعات SMD)» به سلف و کارایی آن اشاره کرده ایم اما این مقاله قصد داریم سلف را به طور کامل معرفی کنیم و انواع و کاربرد آنها در گوشی های موبایل را شرح دهیم

معرفی سلف و کاربرد آن در گوشی موبایل: بررسی

سلف در واقع نوعی سیم پیچ است، که در مقابل عبور جریان از خود مخالفت نشان می دهد و در اثر عبور جریان بالا سلف قطع می شود. از این قطعه برای محافظت از مداردر برابر جریان و ولتاژ، به عنوان نویزگیری و تطبیق امپدانس (مقاومت مدار) و در نوع دیگر نقش مبدل ولتاژ را دارد. به صورت کلی می توان سلف را نویزگیر مدار دانست، که عبور جریان زیاد و نوسانات شدید باعث قطع شدن آن می شود.

سلف در برخی جاها با نام های بوبین، القاگر، چوک یا پیچه شناخته می شود ولی با نام سلف و القاگر مشهور تر است و با حرف L و در بعضی مواردFL نیز نمایش داده می شود، واحد اندازه گیری آن هانری با علامت اختصاری H است و روی نقشه با علامت دیده می شود.

اگر بخواهیم به زبان ساده بگوییم، از هر سیم وقتی ولتاژی عبوری می کند در اطراف آن میدان مغناطیسی ایجاد می شود (برای مثال وقتی رادیوی روشن را در کنار سیم های برق قرار می دهیم بر روی امواج آن نویز ایجاد می شود، دلیل این نویز، میدان مغناطیسی است که در اطراف آن سیم ها وجود دارد). وقتی بخواهیم این میدان مغناطیسی ایجاد شده، تقویت شود باید تعداد دورهای این سیم پیچ را افزایش دهیم و وقتی تعداد دورهای این سیم پیچ زیاد شده، میدان مغناطیسی بیشتری ایجاد می شود

طرز کار سلف

وقتی دو سلف در کنار یکدیگر قرار می گیرند خطوط مغناطیسی که در اطراف سلف ایجاد می شود به سلف کناری ولتاژی را القا می کند یعنی سلف دوم خطوط را قطع کرده و ولتاژ القا می شود. در سلف هایی که ولتاژ تقویت می شود از این روش استفاده می کنند(مثل مدارهای روشنایی).

همانطور که در بالا اشاره کردیم، سلف نوعی سیم پیچ است که در مقابل عبور جریان مستقیم مقاومت کرده و اگر جریان زیاد شود، قطع می گردد و مانند فیوز برق عمل کرده باعث قطع جریان برق می شود. این کار را سلف به صورت میدان مغناطیسی انجام می دهد. برای درک بهتر این موضوع به مثال های ساده زیر دقت کنید.

فرض کنید فردی در ماشینی با سر و صدای زیاد به خواب رفته است و این سر و صداها هیچ خدشه ای به خواب او وارد نمی کند ولی به محض ایستادن ماشین و آرام شدن آن سر و صداها، فرد به سرعت بیدار می شود. واقعاً دلیل این اتفاق چیست؟ زیرا این قانون طبیعت است که وقتی فرد یا هر جسمی به تنشی عادت نماید وقتی تنش برطرف می شود، در مقابل آن تنش مقاومت کرده و می خواهد دلیل از بین رفتن تنش را بداند.

و در مثال دیگر می توان از جرقه زدن کلید در هنگام روشن کردن لامپ استفاده کرد و دلیل این اتفاق همین است. اگر مداری که در آن سیم پیچ وجود دارد، را در نظر بگیرید، وقتی مدار ایجاد می شود اگر بخواهید در آن تغییری ایجاد کنید، مدار در مقابل آن مقاومت می کند.

مثال بعدی در مورد چرخه آبی می باشد. در چرخه های آبی وقتی آب به وصل می شود، اول تا بخواهد چرخش ان کامل شود ابتدا به آرامی چرخیده تا چرخش آن شروع شود. از این مورد در مدارها بسیار استفاده می شود یعنی سلف وقتی حالت خود القایی ایجاد می کند بدین معناست که وقتی توسط شما کلید زده می شود یعنی سلف از خود، مقاومتی در سیم پیچ ایجاد می کند و در مقابل ولتاژی که به طرف آن می آید مقاومتی بوجود می آورد

یعنی همانند چرخه آب در هنگام چرخش، مکث کوچکی ایجاد می شود و بعد شروع به چرخش سریع تر می کند که این موضوع برای مدارها و AC ها خیلی خوب بوده و باعث خود القایی می شود و یکدفعه به آنها فشار وارد نمی شود.

انواع مختلف سلف از نظر نوع، جنس هسته و شکل ظاهری

طبقه بندی سلف ها بر اساس موارد مختلف انجام می شود. جنس و نوع هسته در معرفی انواع سلف ها نقش دارند. سلف ها به دو صورت با هسته و بدون هسته هستند. سلف ها در شکل‌ و اندازه ‌های متفاوت و همچنین براساس نوع هسته داخلی که به دور آن سیم پیچانده شده است، طبقه بندی می شوند.

سلف بدون هسته (هسته هوا)

این نوع سلف بدون هسته و به سلف فاقد هسته (Air–core inductor) معروف است، این نوع سیم‌ پیچ دارای هسته هوا می باشد. از آنجا که در سلف هیچ هسته مشخصی وجود ندارد، شار مغناطیسی در مسیر بی نظمی بوجود می آید، در نتیجه ظرفیت القایی در این سلف‌ ها پایین خواهد بود. از نکات مهمی که در مورد سلف‌های فاقد هسته می‌توان به آن اشاره نمود سیم‌ پیچ ‌های بزرگتر این نوع سلف می ‌باشد. دلیل این امر جبران کمبود شار مغناطیسی‌ است به دلیل عدم وجود هسته است. کاربرد این نوع سلف در بردهای الکتریکی فرکانس بالا همچون گیرنده‌های رادیویی و تلویزیونی می باشد.

سلف فرومغناطیسی (سلف با هسته آهن)

سلف فرومغناطیسی (Ferromagnetic–core inductor) دارای هسته آهن است که به خاطر وجود آهن ظرفیت القایی و قدرت آن بالا رفته است. استفاده از سلف‌ های فرومغناطیسی در مدارات فرکانس بالا به خاطر ایجاد پدیده پسماند مغناطیسی که باعث بوجود آمدن تلفات جریان مخالف می ‌شود، عیب محسوب می شود. از این سلف ها در ترانسفورماتور استفاده می شود

سلف فریت ( هسته هیدرواکسید آهن)

سلف‌ فریت (Ferrite- core inductor) از مخلوطی از اکسیدهای فریک که توسط یک سرامیک اکسید فلزی احاطه شده تشکیل شده است. فریک به کار رفته در سلف ‌های فریت دارای ترکیبات آهنی می باشد.

برای کاهش پدیده پسماند مغناطیسی در سلف ‌های فریت از فریت‌ های نرم جهت ساخت هسته آن‌ ها استفاده می ‌شود. برای کاهش هزینه و خسارت ‌ها در مدارات الکتریکی فرکانس بالا از سلف ‌های فریت استفاده می شود

سلف های فریت خود انواع مختلفی دارند و قابلیت ها و کاربرد آنها در مدار الکتریکی قابل توجه می باشد.

سلف حلقه ای ( هسته حلقه ای)

سلف‌ های حلقه‌ای (toroidal– core inductor)، متشکل از یک سیم پیچ است که به دور یک تورید پیچیده شده است. پیچش این سیم ‌پیچ بصورت حلقه ای می ‌باشد و با توجه به ساختاری که دارند، نشت شار بسیار پایین ‌می باشد. برای سیم ‌پیچی سلف‌ های حلقه ‌ای از دستگاه و تجهیزات خاص و دقیق استفاده می ‌شود

سلف های لایه ای (هسته چند لایه)

سلف ‌های لایه ‌ای (Laminated–core inductor) بصورت لایه‌ لایه می باشد. در این سلف ‌ها ۲ سیم پیچ رسانا در دو لایه بالای بدنه چند لایه ‌ای قرار دارد. سیم پیچ‌ ها بصورت متوالی و البته الکتریکی با ۲ سیم پیچ رسانای پایین بدنه متصل می‌ باشند. از سلف‌ های لایه ‌ای برای جلوگیری از نویز و پارازیت استفاده می ‌شود. کاربرد آن بیشتر در دستگاه ‌ها و مدارات ارتباطی می ‌باشد.

فرمول محاسبه سلف های سری و موازی

این فرمول تقریباً شبیه به مقاومت بوده و خیلی برای ما کاربردی نیست ولی صرفاً جهت اطلاع رسانی در اینجا آورده شده است.

چرا ولتاژ سلف جلوتر از جریان آن است

معمولاً این گونه اعلام می شود که اختلاف سطح و اختلاف ولتاژ در دو سر سلف وجود داشته و طول می کشد تا در سیم پیچ جریان حرکت کرده و به انتهای آن برسد و این طولانی شدن باعث جلوتر بودن ولتاژ سلف از جریان است.

کاربرد سلف ها در گوشی های موبایل

سلف‌ ها انواع و کاربرد های مختلفی دارند و اندازه آن ‌ها نیز به موادی بستگی دارد که در ساختمان آن‌ ها به‌ کار می‌ رود. روی برد گوشی‌ ها سلف ها عموما به رنگ‌ های مشکی، آبی، آبی دو رنگ و مسی رنگ دیده شده و به شکل‌ های مربعی و مستطیلی می‌ باشند و یا به شکل استوانه ‌ای که تقریبا نسبت به سایر المان‌ های روی برد بزرگ است. سلف از هر دو طرف جریان را عبور می‌دهند و در هنگام نصب فرقی ندارد که از کدام سو روی برد نصب شود. در زیر به برخی از سلف های استفاده شده در گوشی های موبایل اشاره شده است.

سلف های مشکی رنگ، که معمولاً در مسیر ولتاژ مستقیم باتری و جریانات بالا استفاده می شود. وظیفه این سلف ها محافظت از مدار یا قطعه بعد از خودشان در مسیر هست. و با توجه به عبور جریان بالا از این سلف ها احتمال خرابی و سوختن آنها زیاد است. در صورت خرابی بهتر است جایگزین شود ولی می توان جای آن را نیز سیم کشید. این سلف ها در مسیر مدار شارژ، آی سی تغذیه، آی سی RF و به طور کلی قطعاتی که مستقیم به باتری متصل هستند، بکار برده می شوند. نکته ای که باید به ان دقت شود این است که به علت عبور جریان زیاد احتمال سوختن سلف بالا است، برای مثال وقتی در موبایل مشکل آنتن دهی و هم مشکل مدار شارژ دارید، سلف آن سوخته است.

نوع دیگری از سلف ها در مسیر بلندگوها، بازر، میکروفون ها استفاده می شوند که در مسیر حساسی نیستند و در صورت خرابی آنها آسیبی به کارکرد گوشی وارد نمی شود. این سلف ها به دو صورت موازی و سری در مدار بسته می شوند. اگر به صورت سری باشند که با توجه به مسیر ظرفیت آنها تغیر می کند و اگر به صورت موازی باشند که نقش نویزگیری را انجام می دهند.

در صورت خرابی می توان جای آن سیم کشید یا اگر نقش نویزگیری داشته باشند، از مدار حذف کرد و در کارایی گوشی اختلالی ایجاد نمی کنند اما انجام این کارها ممکن است باعث آسیب به قطعه (اسپیکر یا میکروفون) شود و یا صدای خروجی یا ورودی با نویز یا خش خش شنیده شود.

کاربرد دیگر سلف ها استفاده در مدار آنتن است، که بر اساس فرکانس طراحی شده اند. دامنه فرکانس کاری این سلف ها بسیار بالا است و احتمال خرابی آنها کم است. اما در صورت خرابی باید به دقت جایگزین شود و همچنین ظرفیت سلف باید با دقت جایگزین شود زیرا عدم توجه به این ظرفیت می تواند باعث عدم آنتن دهی یا ضعیف شدن آن در گوشی موبایل باشد. سلف های بکار رفته در مدار آنتن از نظر ظاهری هم شبیه به خازن هستند.

نوع دیگری از سلف ها که با هسته فریت هستند و معمولا به شکل مکعب یا استوانه ای است و اندازه آنها نیز بزرگتر است. این سلف ها به صورت Convertor یا مبدل ولتاژ هستند، واز خاصیت خود القایی الکتریکی برای افزایش ولتاژ استفاده می شوند. یکی از مدرات معروف و مهمی که این نوع سلف در آن به کار می رود، مدار بک لایت (BackLight) گوشی است که یک آی سی به کمک این سلف می تواند بین ۱۰ الی ۱۸ ولت تولید کند. به هیج عنوان در صورت خرابی نمی توان جای آن را سیم کشید و باید حتماً جایگذاری کرد و نبود آن نیز کارکرد مدار را مختل می کند.

سلف در مدارهای صوتی

در مدارهای صوتی فرکانس های کم و صدای بم را سلف از خود عبور داده ولی فرکانس های بالا را عبور نمی دهد و تاثیر زیادی بر روی مدار می گذارد. طراحان موبایل همیشه در خروجی ها سلف را در مسیرهای صدا مانند بلندگو، میکروفون و بازر زنگ قرار می دهند تا بتوانند کیفیت صدا را تنظیم کنند و بیشتر وظیفه محافظتی در موبایل دارد و این ایده که می توان گاهی به جای آن سیم گذاشت اشتباه نیست ولی کیفیت صدا را به شدت پایین می آورد و فقط در مواقع خیلی خاص از سیم استفاده شود.

سلف در مدارهای رادیویی (آنتن و فرکانس های بالا)

بهتر است به آنها دست زده نشود، شکل ظاهری آنها شبیه به خازن است، ترکیب آنها کمی سخت بوده و دست زدن به آنها باعث صدمه زدن به مدارهای رادیویی می شود

سلف در مدارهای نوری

تقویت کننده هایی که برای مدار لایت فرستاده می شود، از سلف استفاده می کنند. این سلف ها رفتار خود القایی ندارند و بیشتر کار تقویت ولتاژ را انجام می دهند، به هیچ عنوان نمی توان بجای آنها سیم گذاشت و فقط می توان جای آنها را با یکی مانند خودشان تعویض کرد

خرابی سلف

خرابی سلف یکی از شایع ترین ایرادات گوشی موبایل است، که در مدار نور پس زمینه یا مدار اسپیکر اتفاق می افتد، که خرابی آن بدین صورت است که پایه ها از هم جدا می شوند یعنی سیمی پیچی که در حال انجام کار است مسیرش قطع می شود. معمولاً در سلف هایی که به شکل مکعب یا استوانه ای هستند سلف یا ترک می خورد یا می شکند و در بعضی موارد که عامل فیزیکی مانند ضربه خوردگی شدید یا به دست تعمیر کار باشد به اصطلاح لب پر نیز می شود. ترک خوردگی سلف زیر لوپ به خوبی قابل مشاهده است و با ترکیدن سلف یک هاله ضعیف و دوده ای شکل دور آن ایجاد می شود

در هنگام خرابی سلف اتصال به طور کامل قطع می شود، در صورتی که در خازن ها اتصال کوتاه می شد. این خرابی را به راحتی می توان با اهم متری که تست بوق دارد چک کرد و اگر تست بوق جواب نداد یعنی سلف خراب است.

روش تست سلف

تست قطعات الکتریکی که روی برد موبایل قرار دارند با استفاده از دستگاه‌ های مختلفی امکان پذیر می ‌باشد. به عنوان مثال مولتی متر یکی از دستگاه‌های اندازه گیری ولتاژ و جریان است. برای این که تست قطعات به درستی انجام شود باید واحد و دامنه درست در مورد آن قطعه مورد توجه قرار بگیرد. در هنگام تست قطعات رنج مشخص در مورد هر قطعه تعیین می ‌شود و اگر قطعه ای خارج از محدوده رنج شخص شده باشد خراب است.

برای تست سلف در سه مورد اول (ترک خوردگی، شکستگی، ضربه شدید) که اشاره کردیم میتوان به راحتی با تست بازر در مولتی متر نسبت به سالم بودن سلف نظر داد، در صورتی که پراب را دو سر سلف بگذاریم و بوق بزند سلف سالم است و نیازی به تعویض آنها نیست. اما اگر با اتصال مولتی متر صدای بوقی شنیده نشود، یقیناً سوخته است.

اما برای نوع چهارم (لب پر شدن سلف) بوق زدن حاکی از سالم بودن سلف نیست، گاهی ممکن است سلف در تست مولتی متر بوق بزند و اتصال پایه های سلف برقرار باشد ولی خاصیت خود القایی آن از بین رفته باشد یا روکش عایق سیم داخل سلف از بین رفته باشد، در نتیجه سیم های پیچیده شده به هم متصل می شوند و مولتی متر یکسره برای ما بوق می زند. همچنین ممکن است ما در آزمایش بوق مشکلی نداشته باشیم ولی ظرفیت هانری سلف به مشکل خورده باشد. به همین دلیل روش کاملی برای تست آن نیست بهتر است که با آزمون و خطا سلف را تعویض کنیم.

اهم چک فقط برای سلف های معمولی قابل استفاده است. ولی سلف هایی که چند پایه دارند و برای تقویت استفاده می شوند و حالت چوک دارند با اهم چک قابل تست نیستند. معمولا جهت پایه های سلف (پلاریته) زیاد مهم نیست و جایی که وجود دارند می توان بجای آنها نقطه گذاشت.

اطلاعات بیشتر در مورد سلف

تفاوت خازن و سلف

در خازن ولتاژ ذخیره می گردد ولی در سلف جریان ذخیره می شود. ولی اهداف آنها یکی بوده و سلف با میدان الکترومغناطیسی بوده ولی خازن با میدان الکترواستاتیکی می باشد و جنس کار آنها متفاوت بوده و کارشان عکس یکدیگر می باشند.

یک سلف کاملاً متفاوت از یک خازن است. خازن، انرژی را به صورت انرژی الکتریکی ذخیره می کند اما همانطور که در بالا گفته شد، یک سلف انرژی را به صورت انرژی مغناطیسی ذخیره می کند. یکی از ویژگی های اصلی سلف این است که در هنگام تخلیه قطب آن را نیز تغییر می کند. به این ترتیب می توان قطبیت هنگام تخلیه را برخلاف قطب حین شارژ ساخت. قطبیت ولتاژ القایی توسط قانون لنز به خوبی توضیح داده شده است.

رنگ سلف

معمولاً به رنگ مشکی، آبی و یا مسی رنگ است.

جهت سلف

جهت معمولا فرقی ندارد ولی در برخی مواقع که فرق دارد نکته ای دارد که بعداً خواهیم گفت

واحد سلف

واحد ضریب سلف یا اندوکتانس، هانری می باشد که این نیز مانند خازن نمی تواند عدد هانری درست کند. معمولاً از همان میلی هانری، میکروهانری و نانوهانری استفاده می شود

نماد سلف

سلف به شکل یک سیم پیچ نشان داده می شود و معمولاً با علامت L مشخص می گردد. ولی در موبایل به شکل زیر می باشد.

نکته قابل توجه در اینجا این است که اگر سلف هسته داشته باشد اندوکتانس آن بالاتر می رود و اگر به شکل بالا توجه کنید متوجه می شوید اگر بر روی هر نمادی علامت فلش کشیده شود یعنی آن قطعه متغیر است.

مقدار سلف چگونه مشخص می شود؟

سلف با مقدار اندوکتانس مشخص می‌ شود که نسبت ولتاژ (emf) به تغییر جریان گذرنده از سیم ‌پیچ است. یکای اندوکتانس هانری است. اگر جریان عبوری از سلف با سرعت یک آمپر بر ثانیه تغییر کند و ولتاژ القایی به اندازه یک ولت در داخل سیم‌ پیچ تولید شود، آنگاه مقدار اندوکتانس ۱هانری می باشد.

ارتباط اندوکتانس و سیم پیچ

مقدار اندوکتانس با حالت های مختلف سیم پیچ تغییر می کند و به شرح زیر می باشد:

حالت اول: تعداد دور سیم پیچ یکی از عوامل تاثیر گذار در اندوکتانس سلف می باشد به طوری که اگر تعداد دور سیم پیچ بیشتر باشد، اندوکتانس بالاتر می رود و هر چه دور سیم پیچ کمتر باشد اندوکتانس پایین تر می رود

حالت دوم: سطح مقطع یکی از عوامل تاثیر گذار در اندوکتانس سلف می باشد. یعنی هر چه سطح مقطع سیم پیچ پهنای آن بیشتر باشد اندوکتانس بیشتر می شود.

ارتباط اندوکتانس و سیم پیچ در حالت دوم

حالت سوم: ضریب نفوذپذیری هسته یکی از عوامل تاثیر گذار در اندوکتانس سلف می باشد و اگر هسته آهنی در سلف باشد اندوکتانس بیشتر می شود.

ارتباط اندوکتانس و سیم پیچ در حالت سوم

حالت چهارم: طول سلف یکی از عوامل تاثیر گذار در اندوکتانس آن می باشد و هر چه طول سلف کمتر باشد اندوکتانس بالاتر می رود.

ارتباط اندوکتانس و سیم پیچ در حالت چهارم

نکات قابل توجه

سیم پیچ جریان DC را به خوبی عبور داده به خاطر همین عبور دهنده فرکانس پایین است

سیم پیچ جریان AC را به سختی عبور می دهد و هر چه فرکانس بیشتر شود عبور جریان مشکل تر می شود به این حالت فیلتر پایین گذر گفته می شود که در صداهای بم و زیر از آن استفاده می شود و در مدارهای صوتی قبل از اسپیکر یک سلف قرار می دهند تا بتوانند فرکانس صدا را کنترل کنند و کیفیت صدا را بالا ببرند.