در زمینه الکتریسیته و الکترونیک، کوپلینگ به انتقال انرژی یا سیگنال از یک مدار یا جزء الکتریکی به دیگری اشاره دارد. مکانیسم‌های کوپلینگ می‌توانند عمدی یا غیرعمدی باشند و نقش به سزایی در رفتار سیستم‌های الکتریکی دارند. در این جا چند نوع رایج کوپلینگ آورده شده است:
1. کوپلینگ القایی:
زمانی اتفاق می‌افتد که میدان مغناطیسی تولید شده توسط یک جزء الکتریکی، ولتاژ یا جریانی را در یکی دیگر از اجزای مجاور القا کند. کوپلینگ القایی یک اصل اساسی در ترانسفورماتورها است که در آن از سیم پیچ‌های سیم برای انتقال انرژی از یک مدار به مدار دیگر استفاده می‌شود.
2. کوپلینگ خازنی:
کوپلینگ خازنی شامل انتقال انرژی الکتریکی از طریق میدان الکتریکی بین دو سطح رسانا یا جزء جدا شده توسط یک ماده عایق (دی الکتریک) است. این پدیده در خازن‌ها استفاده می‌شود و همچنین در برخی موارد می‌تواند منجر به کوپلینگ ناخواسته و تداخل سیگنال شود.
3. کوپلینگ رسانا مستقیم:
این نوع کوپلینگ زمانی اتفاق می‌افتد که سیگنال‌های الکتریکی مستقیماً از یک جزء رسانا به دیگری از طریق اتصال فیزیکی منتقل می‌شوند. این در سیستم‌های سیم کشی رایج است، جایی که هادی‌ها برای انتقال جریان الکتریکی متصل می‌شوند.
4. کوپلینگ تابشی:
کوپلینگ تابشی شامل انتقال امواج الکترومغناطیسی، مانند سیگنال‌های فرکانس رادیویی (RF) یا امواج مایکروویو، از یک جزء به جزء دیگر است. آنتن‌ها یک نمونه کلاسیک از جفت تابشی هستند که در آن امواج الکترومغناطیسی به صورت بی‌سیم تابش و دریافت می‌شوند.
5. Cross-Coupling یا Crosstalk Crosstalk:
زمانی اتفاق می‌افتد که کوپلینگ ناخواسته بین هادی‌ها یا اجزای مجاور در یک مدار اتفاق می‌افتد. این می‌تواند منجر به تداخل بین سیگنال‌ها شود که بر عملکرد دستگاه‌های الکترونیکی تأثیر می‌گذارد.
6. کوپلینگ نوری:
در کوپلینگ نوری، سیگنال‌ها از طریق فیبرهای نوری یا اجزاء منتقل می‌شوند، معمولاً از نور (فوتون) به جای جریان الکتریکی استفاده می‌کنند. کوپلینگ نوری در سیستم‌های ارتباطی فیبر نوری برای انتقال داده‌ها با سرعت بالا استفاده می‌شود.
7. کوپلینگ ترانسفورماتور:
ترانسفورماتورها دستگاه‌هایی هستند که به طور خاص برای کوپلینگ القایی طراحی شده‌اند. آن‌ها از دو یا چند سیم پیچ سیم در اطراف یک هسته مغناطیسی مشترک تشکیل شده‌اند. آن‌ها برای انتقال موثر انرژی الکتریکی از یک مدار به مدار دیگر در حالی که دو مدار را از نظر الکتریکی جدا می‌کنند استفاده می‌شوند.
کوپلینگ می‌تواند هم اثرات مثبت و هم منفی در سیستم‌های الکتریکی داشته باشد. هنگامی که به طور عمدی و درست مورد استفاده قرار می‌گیرد، مکانیسم‌های کوپلینگ فناوری‌های مختلفی مانند ارتباطات بی‌سیم، انتقال نیرو و تقویت سیگنال را امکان پذیر می‌کند. با این حال، اتصال خواسته یا ناخواسته می‌تواند منجر به تداخل سیگنال، کاهش کارایی سیستم و تداخل الکترومغناطیسی (EMI) شود که می‌تواند عملکرد صحیح دستگاه‌های الکترونیکی را مختل کند. مهندسان و طراحان هنگام طراحی مدارها و سیستم‌های الکتریکی، کوپلینگ را در نظر می‌گیرند تا اثرات منفی آن را به حداقل برسانند و عملکرد را بهینه کنند.
در این جا اطلاعات بیشتری در مورد جنبه‌های مختلف کوپلینگ در برق آورده ایم:
8. تطابق امپدانس:
در برخی موارد از کوپلینگ برای دستیابی به تطابق امپدانس بین اجزا یا مدارها استفاده می‌شود. تطبیق امپدانس تضمین می‌کند که امپدانس منبع و بار به درستی مطابقت دارند تا انتقال توان به حداکثر برسد و بازتاب سیگنال به حداقل برسد.
9. خازن‌های کوپلینگ:
خازن‌های کوپلینگ اجزایی هستند که برای مسدود کردن DC (جریان مستقیم) و در عین حال اجازه عبور سیگنال‌های AC (جریان متناوب) استفاده می‌شوند. آن‌ها معمولاً در تقویت کننده‌ها و سیستم‌های صوتی برای اتصال مراحل مختلف در حالی که هر ولتاژ DC را مسدود می‌کنند استفاده می‌شوند.
10. کوپلینگ مغناطیسی در ترانسفورماتورها:
ترانسفورماتورها برای انتقال موثر انرژی الکتریکی به کوپلینگ مغناطیسی متکی هستند. سیم پیچ‌های اولیه و ثانویه ترانسفورماتور به صورت مغناطیسی از طریق یک هسته آهنی یا فریت مشترک جفت می‌شوند و امکان تبدیل ولتاژ و جریان را فراهم می‌کنند.
11. تداخل الکترومغناطیسی (EMI):
EMI یک مشکل رایج است که در اثر کوپلینگ ناخواسته در سیستم‌های الکتریکی ایجاد می‌شود. زمانی اتفاق می‌افتد که تابش الکترومغناطیسی از یک جزء در عملکرد اجزای مجاور اختلال ایجاد کند. تکنیک‌های محافظ و فیلتر برای کاهش EMI استفاده می‌شود.
12. شارژ بی‌سیم:
کوپلینگ نقش مهمی در فناوری‌های شارژ بی‌سیم، مانند شارژ بی‌سیم Qi برای گوشی‌های هوشمند و پدهای شارژ بی‌سیم وسایل نقلیه الکتریکی (EV) دارد. کوپلینگ رزونانس مغناطیسی اغلب برای انتقال انرژی به صورت بی‌سیم از یک پد شارژ به یک دستگاه استفاده می‌شود.
13. کوپلینگ رزونانسی:
کوپلینگ رزونانسی تکنیکی است که در سیستم‌های انتقال برق بی‌سیم مانند شارژ بی‌سیم برای خودروهای برقی استفاده می‌شود. این شامل تنظیم فرکانس رزونانس سیم پیچ فرستنده و گیرنده برای به حداکثر رساندن راندمان انتقال انرژی است.
14. Cross-Talk در ارتباطات:
هنگامی که سیگنال‌های یک کانال یا هادی به طور ناخواسته به کانال‌های مجاور متصل می‌شوند، می‌تواند در کابل‌های ارتباطی رخ دهد. این می‌تواند منجر به تخریب و تداخل سیگنال به ویژه در برنامه‌های انتقال داده با سرعت بالا شود.
15. فرورزونانس:
فرورزونانس پدیده‌ای غیرخطی است که می‌تواند در مدارهای الکتریکی با ترانسفورماتور و خازن رخ دهد. این شامل برهمکنش رزونانس‌های مغناطیسی و الکتریکی است و می‌تواند منجر به نوسانات غیرمنتظره ولتاژ و جریان شود.
16. کوپلینگ در تابلوهای مدار چاپی (PCB):
در طراحی PCB، طرح و مسیریابی ردیابی‌ها می‌تواند بر جفت شدن بین اجزا و سیگنال‌های مختلف تأثیر بگذارد. مهندسان از تکنیک‌هایی مانند فاصله گذاری مناسب ردیابی، سطوح زمین و ایزوله برای مدیریت اثرات جفت استفاده می کنند.
17. مدولاسیون متقاطع در تقویت کننده‌ها:
مدولاسیون متقاطع یا اعوجاج میان مدولاسیون می‌تواند در تقویت کننده‌ها زمانی رخ دهد که سیگنال‌های متعدد به دلیل اثرات جفت شدن با هم تعامل دارند. این می‌تواند منجر به اختلاط و اعوجاج سیگنال ناخواسته در سیستم‌های صوتی و RF (فرکانس رادیویی) شود.
18. کوپلینگ الکترواستاتیک:
کوپلینگ الکترواستاتیک به انتقال انرژی الکتریکی از طریق میدان‌های الکتریکی اطلاق می‌شود. معمولاً در صفحه‌نمایش‌های لمسی خازنی استفاده می‌شود، جایی که نزدیکی انگشت به الکترود حسگر تغییری در ظرفیت خازنی ایجاد می‌کند و امکان تشخیص ورودی لمسی را فراهم می‌کند.
19. راندمان انتقال نیرو:
در سیستم‌های انتقال برق بی‌سیم، کارایی انتقال انرژی یک ملاحظه حیاتی است. مهندسان تکنیک‌های کوپلینگ را برای به حداکثر رساندن راندمان انتقال نیرو و در عین حال به حداقل رساندن تلفات انرژی بهینه می‌کنند.
درک جنبه‌های مختلف کوپلینگ در الکتریسیته برای طراحی سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی قابل اعتماد ضروری است. مهندسان و طراحان اثرات کوپلینگ را به دقت مدیریت می‌کنند تا از عملکرد صحیح سیستم اطمینان حاصل کنند و تداخل یا اعوجاج ناخواسته را به حداقل برسانند.