ตัวเก็บประจุ (Capacitor)  เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการเก็บประจุ (Charge) และสามารถคายประจุ (Discharge) ได้

โครงสร้างของตัวเก็บประจุประกอบด้วยแผ่นตัวนำ 2 แผ่น เรียกว่า แผ่นเพลต และคั่นด้วย แผ่นไดอิเล็กตริก ซึ่งทำด้วยฉนวนไฟฟ้า เช่น กระดาษ, ไมก้า, เซรามิก พลาสติก หรือ อากาศ  เรามักเรียกชื่อของตัวเก็บประจุชนิดค่าคงที่ตามสารที่ใช้ทำแผ่นไดอิเล็กตริก เช่น ตัวเก็บประจุชนิดเซรามิก ก็จะมีแผ่นไดอิเล็กตริกเป็นเซรามิกนั่นเอง

การเก็บประจุ

การเก็บประจุ คือ การเก็บอิเล็กตรอนไว้ที่แผ่นเพลตของตัวเก็บประจุนั่นเอง  เมื่อนำแบตเตอรี่ต่อกับตัวเก็บประจุ อิเล็กตรอนจากขั้วลบของแบตเตอรี่จะเข้าไปออกันที่แผ่นเพลต ทำให้เกิดประจุลบขึ้นและยังส่งสนามไฟฟ้าไปผลักอิเล็กตรอนของแผ่นเพลตตรงข้าม ซึ่งโดยปกติในแผ่นเพลตจะมีประจุเป็น + และ - ปะปนกันอยู่ เมื่ออิเล็กตรอนจากแผ่นเพลตนี้ถูกผลักให้หลุดออกไปแล้วจึงเหลือประจุบวกมากกว่าประจุลบ ยิ่งอิเล็กตรอนถูกผลักออกไปมากเท่าไร แผ่นเพลตนั้นก็จะเป็นบวกมากขึ้นเท่านั้น

การคายประจุ
ตัวเก็บประจุที่ถูกประจุแล้ว ถ้าเรายังไม่นำขั้วตัวเก็บประจุมาต่อกัน อิเล็กตรอนก็ยังคงอยู่ที่แผ่นเพลต แต่ถ้ามีการครบวงจร ระหว่างแผ่นเพลตทั้งสองเมื่อไร อิเล็กตรอนก็จะวิ่งจากแผ่นเพลตทางด้านลบ ไปครบวงจรที่แผ่นเพลตบวกทันที เราเรียกเหตุการณ์นี้ว่า การคายประจุ

ค่าความจุของตัวเก็บประจุจะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับตัวแปร 3 ประการคือ

พื้นที่หน้าตัดของสารตัวนำที่เป็นแผ่นเพลท เขียนแทนด้วย A ถ้าพื้นที่หน้าตัดมากแสดงว่าสามารถเก็บประจุได้มาก ถ้าพื้นที่หน้าตัดน้อยแสดงว่าเก็บประจุได้น้อย  ระยะห่างระหว่างแผ่นเพลททั้งสอง เขียนแทนด้วยอักษร d ถ้าอยู่ในตำแหน่งที่ใกล้กัน ความจุจะมีค่ามาก ถ้าอยู่ในตำแหน่งที่ไกลกันความจุจะมีค่าน้อย ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก  เป็นค่าที่ใช้แสดงถึงความสามารถในการที่จะทำให้เกิดเส้นแรงแม่เหล็กขึ้น เมื่อนำวัสดุต่างชนิดกันมาทำเป็นฉนวนคั่นระหว่างแผ่นเพลท ค่าคงที่ของไดอิเล็กตริกแต่ละตัวจะแตกต่างกันออกไป ดังนั้นตัวเก็บประจุที่ใช้ไดอิเล็กตริกต่างกัน ถึงแม้จะมีขนาดเท่ากัน ค่าความจุและอัตราทนแรงดันอาจแตกต่างกันออกไป สุญญากาศเป็นไดอิเล็กตริกที่มีประสิทธิภาพน้อยที่สุดเมื่อเทียบกับวัสดุชนิดอื่น การจ่ายแรงเคลื่อนไฟฟ้ามากเกินพิกัด อาจทำให้ไดอิเล็กตริกสูญสภาพ จากฉนวนกลายเป็นตัวนำได้

หน่วยของตัวเก็บประจุ คือ "ฟารัด" (Farad) เขียนสัญลักษณ์ย่อว่า "F" ในทางปฏิบัติถือว่า หนึ่งฟารัดมีค่ามาก  ส่วนใหญ่ค่าที่ใช้จะอยู่ในช่วง ไมโครฟารัดกับพิโกฟารัด

หนึ่งไมโครฟารัดมีค่าเท่ากับหนึ่งในล้านของฟารัด (1 ไมโครฟารัดเท่ากับ 0.000001 ฟารัด) ใช้สัญลักษณ์ "uF" (microfarad) 

1uF = 1/1,000,000 F = 0.000001 F 

หนึ่งพิโกฟารัดมีค่าเท่ากับหนึ่งในล้านของหน่วยไมโครฟารัด (1 พิโกฟารัด เท่ากับ 0.000,001 ไมโครฟารัด) ใช้สัญลักษณ์ว่า "pF" (picofarad)

1pF = 1/1,000,000 uF = 0.000001 uF

ชนิดของตัวเก็บประจุ

1. ตัวเก็บประจุแบบค่าคงที่ (Fixed Capacitor) คือตัวเก็บประจุที่ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงค่าได้ โดยปกติจะมีรูปลักษณะเป็นวงกลม หรือเป็นทรงกระบอก ซึ่งมักแสดงค่าที่ตัวเก็บประจุ เช่น 5 พิโกฟารัด (PF) 10 ไมโครฟารัด (uF) แผ่นเพลทตัวนำมักใช้โลหะและมีไดอิเล็กตริกประเภท ไมก้า, เซรามิค, อิเล็กโตรไลติกคั่นกลาง เป็นต้น การเรียกชื่อตัวเก็บประจุแบบค่าคงที่นี้จะเรียกชื่อตามไดอิเล็กตริกที่ใช้ เช่น ตัวเก็บประจุชนิดอิเล็กโตรไลติก ชนิดเซรามิค ชนิดไมก้า เป็นต้น ตัวเก็บประจุแบบค่าคงที่มีใช้งานในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปมีดังนี้คือ

1. ตัวเก็บประจุชนิดอิเล็กโตรไลต์ (Electrolyte Capacitor) เป็นที่นิยมใช้กันมากเพราะให้ค่าความจุสูง โครงสร้างภายในคล้ายกับแบตเตอรี่ นิยมใช้กับงานความถี่ต่ำหรือใช้สำหรับไฟฟ้ากระแสตรง มีข้อเสียคือกระแสรั่วไหลและความผิดพลาดสูงมาก ตัวเก็บประจุชนิดนี้ต้องระวังในการนำไปใช้งานด้วย เพราะมีขั้วที่แน่นอนพิมพ์ติดไว้ด้านข้างตัวถังอยู่แล้ว ถ้าป้อนแรงดันให้กับตัวเก็บประจุผิดขั้วละก็ อาจเกิดความเสียหายกับตัวมันและอุปกรณ์ที่ประกอบร่วมกับตัวมันได้ ขั้วของตัวเก็บประจุชนิดนี้สังเกตได้ง่ายๆ เมื่อตอนซื้อมา คือ ขาที่ยาวจะเป็นขั้วบวก และขาที่สั้นจะเป็นขั้วลบ หรือสังเกตุที่ด้านข้างเป็นแถบๆคือขั้วลบ

อีกอย่างที่ต้องระวัง คือการป้อนแรงดันให้ตัวเก็บประจุที่ข้างตัวเก็บประจุชนิดอิเล็กทรอไลลติกนี้ จะมีอัตราทนแรงดันพิมพ์ติดเอาไว้ด้วย มีหน่วยเป็นโวลต์ (V) แต่บางตัวจะเป็น WV (Working Voltage) หมายถึงแรงดันที่ใช้งานนั่นเอง ในการใช้งานโดยทั่วไปจะเผื่อแรงดันของตัวเก็บประจุให้สูงกว่าแรงดันที่ใช้งานจริงประมาณเท่าตัว ส่วนค่าของตัวเก็บประจุชนิดนี้อยู่ในช่วง 0.1 ไมโครฟารัด ถึง 1 ฟารัด

2. ตัวเก็บประจุชนิดแทนทาลั่มอิเล็กโตรไลต์ (Tantalum Electrolyte Capacitor)

ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ที่ต้องการความผิดพลาดน้อย ใช้กับไฟฟ้ากระแสตรง ได้อย่างมีประสิทธิภาพ มักจะใช้ตัวเก็บประจุชนิดแทนทาลั่มอิเล็กโตรไลต์ แทนชนิดอิเล็กโตรไลต์ธรรมดา เพราะให้ค่าความจุสูงเช่นกัน โครงสร้างภายในประกอบด้วยแผ่นตัวนำ ทำมาจากสารแทนทาลั่ม และแทนทาลั่มเปอร์ออกไซค์อีกแผ่น นอกจากนี้ยังมีแมงกานิสไดออกไซค์ เงิน และเคลือบด้วยเรซิน

3. ตัวเก็บประจุชนิดไบโพล่าร์ (Bipolar Capacitor)

นิยมใช้กันมากในวงจรภาคจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง เครื่องขยายเสียง เป็นตัวเก็บประจุจำพวกเดียวกับ ชนิดอิเล็กโตรไลต์ แต่ไม่มีขั้วบวกลบ บางครั้งเรียกสั้น ๆ ว่าไบแคป

4. ตัวเก็บประจุชนิดเซรามิก(Ceramic Capacitor) โดยทั่วไปตัวเก็บประจุชนิดนี้มีลักษณะกลมๆ แบนๆ ดังรูป บางครั้งอาจพบแบบสี่เหลี่ยมแบนๆ ส่วนใหญ่ตัวเก็บประจุชนิดนี้ มีค่าน้อยกว่า 1 ไมโครฟารัด และเป็นตัวเก็บประจุชนิดที่ไม่มีขั้ว (ไม่ต้องคำนึงเวลาใช้งาน) และสามารถทนแรงดันได้ประมาณ 50-100 โวลต์

ค่าความจุของตัวเก็บประจุชนิดเซรามิกที่มีใช้กันในปัจจุบันอยู่ในช่วง 1 พิโกฟารัด ถึง 0.1 ไมโครฟารัด นิยมใช้กันทั่วไปเพราะมีราคาถูก เหมาะสำหรับวงจรประเภทคัปปลิ้งความถี่วิทยุ ข้อเสียของตัวเก็บประจุชนิดเซรามิคคือมีการสูญเสียมาก

5. ตัวเก็บประจุชนิดไมลาร์ (Mylar Capacitor)

เป็นตัวเก็บประจุที่มีค่ามากกว่า 1 ไมโครฟารัด (mF) เพราะฉะนั้นในงานบางอย่างจะใช้ไมลาร์แทนเซรามิค เนื่องจากมีเปอร์เซนต์ความผิดพลาดและการรั่วไหลของกระแสน้อยกว่าชนิดเซรามิค เหมาะสำหรับวงจรกรองความถี่สูง วงจรภาคไอเอฟของวิทยุ,โทรทัศน์ ตัวเก็บประจุชนิดไมลาร์จะมีตัวถังที่ใหญ่กว่าเซรามิคในอัตราทนแรงดันที่เท่ากัน

6. ตัวเก็บประจุชนิดฟีดทรู (Feed-through Capacitor)

ลักษณะโครงสร้างเป็นตัวถังทรงกลมมีขาใช้งานหนึ่งหรือสองขา ใช้ในการกรองความถี่รบกวนที่เกิดจากเครื่องยนต์มักใช้ในวิทยุรถยนต์

7. ตัวเก็บประจุชนิดโพลีสไตรีน (Polystyrene Capacitor)

เป็นตัวเก็บประจุที่มีค่าน้อยระดับนาโนฟารัด(nF) มีข้อดีคือให้ค่าการสูญเสียและกระแสรั่วไหลน้อยมาก นิยมใช้ในงานคัปปลิ้งความถี่วิทยุและวงจรจูนที่ต้องการความละเอียดสูง จัดเป็นตัวเก็บประจุระดับเกรด A

8. ตัวเก็บประจุชนิดซิลเวอร์ไมก้า (Silver Mica Capacitor)

เป็นตัวเก็บประจุที่มีค่า10 พิโกฟารัด (pF) ถึง 10นาโนฟารัด (nF) เปอร์เซนต์ความผิดพลาดน้อย นิยมใช้กับวงจรความถี่สูง จัดเป็นตัวเก็บประจุระดับเกรด A อีกชนิดหนึ่ง

ค่าการเก็บประจุจะเปลี่ยนแปลงไปตามการเคลื่อนที่ของแกนหมุน โครงสร้างภายในประกอบด้วย แผ่นโลหะ 2 แผ่นหรือมากกว่าวางใกล้กัน แผ่นหนึ่งจะอยู่กับที่ส่วนอีกแผ่นหนึ่งจะเคลื่อนที่ได้ ไดอิเล็กตริกที่ใช้มีหลายชนิดด้วยกันคือ อากาศ, ไมก้า, เซรามิค และพลาสติก เป็นต้น โดยมากที่พบเห็นกันบ่อยๆ จะใช้ตัวเก็บประจุแบบปรับค่าได้ ในวงจรเลือกคลื่นวิทยุทั่วๆ ไป

ตัวเก็บประจุแบบปรับค่าได้อีกชนิดหนึ่งที่เป็นที่รู้จักกันดีคือทริมเมอร์และแพดเดอร์(Trimmer and Padder) โครงสร้างภายในประกอบด้วยแผ่นโลหะ 2 แผ่นวางขนานกัน ในกรณีที่ต้องการปรับค่าความจุ ให้ใช้ไขควงหมุนสลักตรงกลางค่าที่ปรับจะมีค่าอยู่ระหว่าง 1 พิโกฟารัด(pF) ถึง 20 พิโกฟารัด (pF) การเรียกชื่อตัวเก็บประจุแบบนี้ว่าทริมเมอร์หรือแพดเดอร์นั้นขึ้นอยู่กับว่าจะนำไปต่อในลักษณะใด ถ้านำไปต่อขนานกับตัวเก็บประจุตัวอื่นจะเรียกว่า ทริมเมอร์ แต่ถ้านำไปต่ออนุกรมจะเรียกว่า แพดเดอร์

การอ่านค่าตัวเก็บประจุ

การบอกค่าความจุ ส่วนใหญ่มักออกมาในรูปของการพิมพ์ค่าบนตัวเก็บประจุเลย และบอกค่าเป็นตัวเลขรหัส ซึ่งการอ่านค่าทั้งสองแบบมีวิธีการดังนี้

การอ่านค่าโดยตรง

ค่าของตัวเก็บประจุปกติมี 2 หน่วยด้วยกันคือ หน่วยไมโครฟารัด (uF) กับพิโกฟารัด (pF) ซึ่งการอ่านค่าวิธีนี้ในบางครั้ง ผู้ผลิตอาจบอกค่าความจุแต่เพียงตัวเลขอย่างเดียว ส่วนหน่วยนั้นเขาละกันเอาไว้ในฐานที่เข้าใจกัน
การบอกค่าแบบเป็นตัวเลขมีค่าน้อยกว่า 1 (ค่าที่พิมพ์บนตัวเก็บประจุ) ค่าที่อ่านได้ก็จะมีหน่วยเป็นไมโครฟารัด (uF) เช่น 0.1 หมายถึง 0.1 ไมโครฟารัด 

การอ่านค่าแบบเป็นตัวเลขมีค่ามากกว่า 1 ค่าที่อ่านได้ก็จะมีหน่วยเป็นพิโกฟารัด (pF) เช่น 20 หมายถึง 20 พิโกฟารัด ยกเว้นในกรณีที่มีหน่วยตามหลังเช่น 10uF ค่าที่อ่านได้เท่ากับ 10 ไมโครฟารัด 

การอ่านค่าโดยการแปรรหัส กรณีตัวเลขที่บอกค่าเกิน 2 หลัก

การอ่านค่าความจุในลักษณะนี้จำเป็นจะต้องอาศัยเทคนิคเล็กน้อย ค่าของตัวเก็บประจุที่บอกเป็นรหัส (ตัวเลข) สองหลักแรกให้คงไว้ และหลักที่สามเป็นจำนวนศูนย์ที่นำมาต่อท้ายเลขสองหลักแรก เช่น 101 ก็จะเท่ากับ 100 ส่วนหน่วยที่ได้จาก การอ่านค่าวิธีนี้คือพิโกฟารัด เพราะฉะนั้นค่าที่ได้จึงเท่ากับ 100 พิโกฟารัดนั่นเอง
ส่วนค่าผิดพลาดถูกบอกในรูปของอักษรแทนเช่น ตัว K มีค่าผิดพลาดเท่ากับ + - 10% 

ค่าความจุจะพิมพ์ติดไว้บริเวณตัวเก็บประจุ ตัวอย่างเช่น 100 V 150 uF  ,  10 uF 50 V 0.01 uF ตัวเก็บประจุบางตัวแสดงค่าเป็นรหัสตัวเลข เช่น 103 วิธีการอ่านค่าจะใช้วิธีเดียวกับการอ่านค่าแถบสีตัวต้านทาน สีที่ 1 และ 2 จะเป็นตัวตั้ง ส่วนสีที่ 3 หมายถึงตัวคูณ แล้วอ่านค่า เป็นหน่วยพิโกฟารัด จากในรูปที่ 3.7 เขียนตัวเลข 103 บนตัวเก็บประจุจะอ่านค่าได้ 10 และเติม 0 ไปอีก 3 ตัว ทำให้ได้ค่า 10,000 pF หรือมีค่าเท่ากับ 0.01 uF

การอ่านค่าความจุ การอ่านค่าความจุสามารถกระทำได้ตามวิธีที่อธิบายดังกล่าว แต่ในปัจจุบันตัวเก็บประจุได้ผลิตออกมามากมาย วิธีการอ่านก็มีหลากหลายวิธีมาก ดังนั้นผู้เขียนจะแสดงรูปและอธิบายวิธีการอ่านแต่ละตัวพอสังเขป เพื่อเป็นแนวทางในการศึกษาต่อไป นอกจากนี้ตัวเก็บประจุได้แสดงค่าผิดพลาด และอัตราทนแรงดันไว้บนตัวเป็นอักษรภาษาอังกฤษเอาไว้แต่ละตัวมีความหมายดังนี้คือ

ในกรณีที่ตัวเก็บประจุแสดงค่าเป็นแถบสีนิยมใช้กับตัวเก็บประจุชนิดแทนทาลั่มซึ่งจะมีแบบ 3 แถบสี และ 5 แถบสี วิธีการอ่านก็จะคล้าย ๆ กับการอ่านค่าแถบสีของตัวต้านทาน ผู้เขียนจะแสดงรูปและอธิบายวิธีการอ่านแต่ละตัวพอสังเขป เพื่อเป็นแนวทางในการศึกษาต่อไปดังนี้

การต่อวงจรใช้งาน การต่อวงจรตัวเก็บประจุมีอยู่ 3 แบบคือ วงจรอนุกรม, วงจรขนาน และวงจรผสม ในรายละเอียดบางอย่างอาจจะไม่เหมือนกับการต่อตัวต้านทาน เพราะฉะนั้นผู้เรียนจะต้องศึกษาและทำความเข้าใจการต่อทั้ง 3 แบบ ดังนี้ 1. วงจรอนุกรม การต่อวงจรอนุกรม คือการนำเอาตัวเก็บประจุตั้งแต่ 2 ตัวขึ้นไปมาต่ออนุกรมหรืออันดับ การต่อลักษณะนี้จะทำให้พื้นที่รวมของแผ่นเพลทลดลง แต่ความหนาของไดอิเล็กตริกจะเพิ่มขึ้น มีผลทำให้การเก็บประจุรวมมีค่าน้อยลง อัตราทนแรงไฟมากขึ้น ค่าการเก็บประจุรวมหาได้จากสูตร

2. วงจรขนาน การต่อวงจรขนาน คือการนำเอาตัวเก็บประจุมาต่อขนานกัน การต่อลักษณะนี้จะทำให้พื้นที่รวมของแผ่นเพลทเพิ่มขึ้น มีผลทำให้การเก็บประจุรวมมีค่าเพิ่มขึ้นด้วย อัตราทนแรงไฟ(WV) สูงสุดของวงจรมีค่าเท่ากับตัวที่มีอัตราทนแรงไฟน้อยที่สุด ค่าการเก็บประจุรวมคำนวณจากการรวมพื้นที่ของแผ่นเพลททุกแผ่นรวมกันหาได้จากสูตร

3. วงจรผสม การต่อวงจรผสมคือการนำเอาตัวเก็บประจุมาอนุกรมและขนานในวงจรเดียวกัน การตรวจสอบตัวเก็บประจุ การตรวจสอบตัวเก็บประจุว่าดีหรือเสียนั้นจะใช้มัลติมิเตอร์แบบเข็มวัดตัวเก็บประจุที่มีค่าตั้งแต่ 1 ไมโครฟารัดขึ้นไป ในกรณีที่ค่าน้อยกว่า 1 ไมโครฟารัดเข็มมิเตอร์จะเปลี่ยนแปลงน้อย ทำให้ดูยาก วิธีการวัดนั้นเริ่มจากปรับมัลติมิเตอร์ไปที่ย่าน R X 1K  แล้วนำสายมิเตอร์ไปสัมผัสที่ขาของตัวเก็บประจุ ในกรณีที่ตัวเก็บประจุมีขั้วต้องวัดให้ถูกขั้วด้วย  แล้วสังเกตเข็มมิเตอร์ดังนี้ วัดแล้วเข็มชี้ไปทางขวามือ ถ้าความจุมากเข็มจะชี้ไปมาก รอเวลาระยะหนึ่ง เข็มมิเตอร์จะตกกลับมาทางซ้ายเหมือนเดิม อย่างนี้แสดงว่าใช้งานได้ วัดแล้วเข็มไม่ขึ้น ถ้าสลับสายมิเตอร์แล้วยังไม่ขึ้นอีก แสดงว่าตัวเก็บประจุขาด วัดแล้วเข็มขึ้นค้าง ถ้าสลับสายมิเตอร์แล้วยังเหมือนเดิม แสดงว่าตัวเก็บประจุรั่ว เข็มชี้ไปทางขวาสุดแล้วค้าง แสดงว่าตัวเก็บประจุช็อต

Create Date : 22 กรกฎาคม 2556
Last Update : 27 ตุลาคม 2556 21:20:50 น.		3 comments
Counter : 12720 Pageviews.
Share Tweet