משרנים נמצאים בשימוש נרחב ברכיבים פסיביים באלקטרוניקה לאחר נגדים וקבלים. משרן אידיאלי אוגר אנרגיה בשדה מגנטי ומספק זרם פלט חלקי לעומס. אך במעגל מעשי, משרן מכיל גם התנגדות ערכית נמוכה כלשהי הקשורה לתכונת ההשראות שלו. במהלך זרימת אספקת DC או ליתר דיוק בתדירות 0 הרץ, המשרנים מספקים התנגדות לזרימת הזרם. התנגדות DC זו מכונה DCR אשר מייצג התנגדות DC. במדריך זה נלמד עוד על DCR וכיצד הוא משפיע על ביצועי המעגל. נלמד גם כיצד למדוד את ערך ה- DCR של המשרן וכיצד להפחית את ערך ה- DCR של המשרן במהלך בנייתו.
בדומה ל- DCR למשרנים, בקבלים יש גם פרמטר לא אידיאלי הקשור אליו הנקרא התנגדות סדרת שווי ערך (ESR) והשראות סדרות שוות (ESL). תוכלו לקרוא את המאמר על ESR ו- ESL בקבלים כדי לדעת יותר עליו ועל חשיבות בתכנון מעגלים.
מהו DCR במשרנים?
המונח DCR מייצג DC Resistance. ערך זה מייצג את כמות ההתנגדות שהמשרן יכול להציע כאשר אות DC של 0Hz מועבר דרכו. בפועל לכל המשרנים יהיה ערך קטן של DCR המשויך אליו.
התמונה למטה מייצגת משרן מעשי עם השראותו בפועל בסדרה עם התנגדות DC קטנה (DCR). סמל המשרן כאן מייצג את ההשראה והנגד בסדרה איתו הוא התנגדות ה- DC של המשרן. באופן עקרוני משרנים מספקים התנגדות נמוכה מאוד לזרם DC עם תדר נמוך ומספקים התנגדות גבוהה עבור כניסות בתדר גבוה.
ה- DCR של המשרן נובע מהתנגדות הסליל באמצעותו נעשה המשרן. התנגדות הסליל פרופורציונאלית לאורך החוט המשמש ליצירת הסליל, ואורך הסליל הוא גם פרופורציונלי לערך ההשראות של המשרן. מכאן שמשרנים בעלי ערך גבוה יותר מטילים עמידות גבוהה ומשרנים בעלי ערך נמוך מספקים עמידות נמוכה. ערך אינדוקציה גדול דורש מספרים מפותלים יותר מאשר המשרנים בעלי הערך הנמוך, ובכך מגדיל את אורך חוטי הנחושת. DCR של המשרנים בדרך כלל נע בין הרבה פחות מ 1 אוהם ל 3-4 אוהם.
חשיבות מעשית של DCR
עכשיו אנחנו יודעים שלמשרנים יש ערך קטן של התנגדות, אבל מה הבעיה בזה? מדוע חשוב לקחת בחשבון ערך קטן זה של התנגדות בזמן תכנון המעגל שלנו?
ה- DCR שהוא נגד מפזר את החום ומפחית את היעילות בדיוק כמו כל נגד אחר עם ירידת מתח על פניו. היעילות נמדדת באמצעות הנוסחה הבאה
Q = w (L / R)
איפה, ש נקרא פקטור Q. L הוא הכור ההשראי ו- R הוא ההתנגדות של המשרן בתדר מסוים. היחס בין תגובת אינדוקציה לבין ההתנגדות בתדר נתון נקרא גורם Q. גורם Q זה חיוני ביישומים שונים. ככל שגורם ה- Q גבוה יותר, היעילות גבוהה יותר. אם מחושב תיאורטית, למשרן אידיאלי יש גורם Q גבוה יותר בהשוואה לזה האמיתי. במשרנים אמיתיים, גורם Q זה אמין ב- DCR.
באופן יישום, משתמשים במשרנים בעלי ערך גבוה של גורם Q במעגלי ה- RF בהם נעשה שימוש בקבל במקביל ליצירת מעגל טנק מהדהד. במקרה כזה, הערך הגבוה של גורם ה- Q של המשרן עוזר לאזן את התדר העליון והתחתון של מעגל התהודה הפועל בתדר פס רציף.
ביישומים הקשורים לאלקטרוניקה, הערך הנמוך של DCR חיוני להפחתת חשמל פחותה, כמו גם לטביעות רגל של חבילה קטנה. למשרן עם DCR נמוך יהיה גורם צורה נמוך מאשר למשרנים עם הערך הגבוה של DCR. ההשפעה העיקרית של ה- DCR של המשרן היא פיזור הכוח בגלל התנגדות סליל. ניתן לחשב את פיזור ההספק על ידי חוק הכוח P = I 2 R כאשר ה- R שווה ערך להתנגדות DC של המשרנים ואני הוא הזרם שזורם דרכו.
כיצד למדוד DCR של משרן?
רוב האנשים מודדים את ההתנגדות DC (DCR) של משרן על ידי חיבור רב-מטר סטנדרטי על פני המשרן מוביל למדידת ההתנגדות של חוט הנחושת. זה עשוי לעבוד הוגן מספיק עבור משרנים בעלי ערך גדול, מכיוון שחוט הנחושת שם גדול מספיק כדי לייצר ערך DCR גבוה שניתן למדוד על ידי רזולוציה מרובת מטרים אופיינית.
עם זאת, עבור משרן בעל ערך קטן יותר ערך ההתנגדות DC קטן מדי (בדרך כלל בטווח של מילי-אוהם) כדי להימדד על ידי רב-מטרים סטנדרטיים בעלות נמוכה. כמו כן לחוטי הבדיקה של רב-מטר יש עמידות DC המוסיפה לערך DCR וכתוצאה מכך קריאה לקויה. אז ישנה בעיה כללית במדידת ה- DCR של המשרן.
הדרך בפועל למדוד את ערך ה- DCR של המשרן היא באמצעות נתיב חישה של קלווין על פני ההובלות והזרמת זרם על פני המשרן. מכיוון ש- DCR של המשרן הוא התנגדות ה- DC של חוט הנחושת, הוא יפיק מתח על גבי מסוף המשרן על פי חוק אוהם, V = I x R. ניתן למדוד מתח זה באמצעות רב-מטר. ברור שלטכניקת מדידה זו יש מגבלה. לפני ביצוע המדידה צריך להיות מודע למספר דברים המפורטים להלן.
- הדירוג המרבי הנוכחי של המשרנים. הזרם לא אמור לחרוג מהדירוג הנוכחי המרבי המצוין בגיליון הנתונים של המשרן.
- קרש לחם אינו מתאים למדידת DCR של משרנים שכן חיבור קרש הלחם תורם גם לרעש ולהתנגדות.
- כדאי להשתמש ב- PCB תקין עם נקודות בדיקה בלבד, מחברי זרם ויציאה ורכיב רפידות הרכיב המחזיק מתקן כדי למנוע הלחמה.
התמונה למטה מציגה את המעגל למדידת ערך DCR של משרן. המשרן המוצג כאן הוא משרן אידיאלי והתנגדות DC היא התנגדות הסדרה המקבילה. קו החושים הוא קווי החוש של קלווין.
נניח כי למשרן המשמש כאן יש דירוג זרם רציף של 1A. אז אנחנו זרם הקלט כאן יהיה 1A. הערך של זרם הקלט גבוה יותר יהיה הרזולוציה של ערך ה- DCR הנמדד, אך אם המשרן שלך אינו יכול להתמודד עם זרמים בעלי ערך זרם גבוה גבוה ניתן להשתמש גם.
לאחר העברת הזרם יש למדוד את ירידת המתח על פני ההובלות של המשרן. נניח כי ירידת המתח על פני המשרן מחושבת בכ- 50mV. לאחר מכן, ניתן לחשב את ה- DCR של אותו משרן כ-
V = I x R R = V / I R = 0.05 / 1 R = 0.05 אוהם
כיצד להפחית את ה- DCR בזמן בניית המשרן
לערך DCR של משרן אין יתרון משמעותי ולכן תמיד עדיף לבחור משרן עם ערך DCR נמוך. בדרך כלל כאשר משרנים נבנים או מתוכננים, נחשב גם הפרמטר DCR. DCR של משרן צריך להיות נמוך מאוד כדי שהמשרן לא יחסום את זרם זרם ה- DC. הטכניקות הבאות משמשות להפחתת ערך ה- DCR של המשרן
1. ההתנגדות תלויה באורך חוט הנחושת ובעובי. כדי להוריד את התנגדות ה- DC של המשרן, במקום חוט יחיד, ניתן לפצוע חוטים מרובים במקביל. בשל קשר זה ההתנגדות שנוצרת נעשית פחותה. שקול חוט נחושת יחיד עם ערך x כלשהו של התנגדות. אם מספר חוטים כאלה מחוברים במקביל, ההתנגדות המקבילה תפחת מכיוון שלנגדים במקביל תהיה התנגדות שווה ערך ליציאה.
2. הגדלת שטח החתך של חוט הנחושת מקטינה את התנגדות ה- DC של המשרנים. לכן, חוטים עבים יותר מועילים להפחתת DCR.
3. טכניקה נוספת היא שימוש בחוט נחושת שטוח במקום חוטי הנחושת העגולים. לחוטים שטוחים שטח גדול בהשוואה לחוטים העגולים. זה מועיל גם להפחתת ההתנגדות הכוללת.
התמונה למטה היא משרן הבנוי באמצעות חוט שטוח. היצרן הוא Wurth Electronics ומספר החלק הוא 7443641000. בהתאם לגליון הנתונים, למשרן יש אינדוקציה של 10uH והתנגדות DC היא 2.4 מילי-אוהם ב -20 מעלות צלזיוס.
4. גיליון הנתונים של המשרן מספק את הדירוגים של המשרן שבו מוגדר ערך DCR מקסימלי. ערך זה משתנה בהתאם לטמפרטורה. מומלץ להשתמש במשרן במצב טמפרטורת סביבה נתון להפעלתם באזור ערך ה- DCR המינימלי.
אז DCR של משרן הוא גורם חשוב ויש לקחת אותו בחשבון בעת תכנון כל מעגל.