โครงสร้างของตัวเก็บประจุ
ตัวเก็บประจุ มีคุณสมบัติทางประจุไฟฟ้า เกิดขึ้นได้จากการนำแผ่นโลหะ หรือ แผ่นสารตัวนำสองแผ่นวางอยู่ใกล้ ๆ กันแต่ไม่แตะถึงกัน โดยมีแผ่นไดอิเล็กตริกซึ่งมีลักษณะเป็นฉนวนกั้นอยู่ระหว่างแผ่นโลหะทั้งสอง ค่าความจุที่ได้จะขึ้นอยู่กับ พื้นที่ของแผ่นตัวนำและ ระยะห่างระหว่างแผ่นโลหะทั้งสอง
ค่าความจุของตัวเก็บประจุ มีหน่วยเรียกเป็น ฟารัด (Farad) ไมโครฟารัด (m F) นาโนฟารัด (nF) ฟิกโกฟารัด (pF)
คุณสมบัติทางไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ
1. การทำงานของตัวเก็บประจุกับไฟดีซี ตัวเก็บประจุจะทำการเก็บประจุและคายประจุเมื่อทำงานกับไฟดีซี การเก็บประจุ (Charge) และ การคายประจุ (Discharge)
2. การทำงานของคาปาซิเตอร์กับไฟฟ้ากระแสสลับ เมื่อนำคาปาซิเตอร์ไปต่อเข้ากับไฟไฟ้ากระแสสลับ จะมีการทำงานดังนี้ในครึ่งไซเกิลแรกตัวเก็บประจุจะทำการเก็บประจุ ทำให้มีกระแสไหลจากเฟสบวกไปยังแผ่นโลหะ A ทำการเก็บประจุ ผ่านโลหะแผ่น B ไปครบวงจรที่แหล่งจ่าย ในครึ่งไซเกิลหลัง เมื่อไฟเอซีสลับเฟส ตัวเก็บประจุที่เก็บประจุไว้ก็จะคายประจุออก แล้ว เก็บประจุใหม่ในทิศทางตรงกันข้าม การทำงานจะสลับกันไปมาตลอดเวลาตามไซเกิลของไฟเอซี ลักษณะของหลอดไฟจะสว่างตลอดทั้งในครึ่งไซเกิลแรก และ ครึ่งไซเกิลหลัง ไฟเอซีจะไหลผ่านคาปาซิเตอร์ได้มากหรือน้อยขึ้นอยู่กับความถี่ของไฟเอซีและค่าของตัวเก็บประจุ
ถ้าความถี่ของไฟเอซี สูง จะไหลผ่านได้มาก ความถี่ต่ำจะไหลได้น้อย
ถ้าคาปาซิเตอร์ค่ามากการเก็บประจุและคายประจุได้มาก ไฟเอซีก็ผ่านได้มาก
ถ้าคาปาซิเตอร์ค่าน้อยการเก็บประจุและคายประจุน้อย ไฟเอซีก็ผ่านได้น้อย
ประโยชน์ของคาปาซิเตอร์
จากการเก็บและคายประจุของคาปาซิเตอร์ สามารถนำมาใช้ประโยชน์มากมายเช่น
การกรองไฟดีซีให้เรียบ (Filter) การถ่ายทอดสัญญาณ และเชื่อมโยงระหว่างวงจร (Coupling) การกรองความถี่ (Bypass) การกั้นการไหลของกระแสไฟดีซี (Blocking) เป็นต้น
หน่วยความจุของตัวเก็บประจุ
ตัวเก็บประจุมีหน่วยวัดค่าความจุเป็น ฟารัด (Farad) ย่อด้วย 1 ฟารัด ได้จากความสามารถในการรับกระแส 1 แอมแปร์ ในเวลา 1 นาที จะมีความต่างศักย์ที่แผ่นโลหะทั้งสองของคาปาซิเตอร์ 1 โวลต์ และมีอิเล็กตรอนบรรจุอยู่ 1 คูลอมป์ (1 คูลอมป์ เท่ากับจำนวนอิเล็กตรอน 6.24 x 1018 หรือ 6,240,000,000,000,000,000 ตัว) เป็น Capacitor ชนิดที่ไม่มีค่าคงที่ ซึ่งจะมีการนำวัสดุต่างๆ มาสร้างขึ้นเป็น Capacitor โดยทั่วไปจะมีค่าความจุไม่มากนัก โดยประมาณไม่เกิน 1 ไมโครฟารัด (mF) Capacitor ชนิดนี้เปลี่ยนค่าความจุได้ จึงพบเห็นอยู่ ในเครื่องรับวิทยุต่าง ๆ ซึ่งเป็นตัวเลือกหาสถานีวิทยุโดยมีแกนหมุน Trimmer หรือ Padder เป็น Capacitor ชนิดปรับค่าได้ ซึ่งคล้าย ๆ กับ Varible Capacitor แต่จะมีขนาดเล็กกว่า การใช้ Capacitor แบบนี้ถ้าต่อในวงจรแบบอนุกรมกับวงจรเรียกว่า Padder Capacitor ถ้านำมาต่อขนานกับวงจร เรียกว่า Trimmer
คาปาซิเตอร์ หรือ คอนเด็นเซอร์ คือ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดหนึ่งที่ทำหน้าที่เก็บประจำไฟฟ้าและคายประจุไฟฟ้าให้กับวงจร
โครงสร้างของตัวเก็บประจุ
ประกอบด้วยแผ่นโลหะที่ทำเป็นแผ่นเพลต 2 แผ่นมาวางชิดกันมีฉนวนที่ผลิตมาจากวัสดุต่างชนิดกันมากั้นกลางแผ่นตัวนำทั้งสองข้างเรียกว่า "ไดอิเล็กตริก"
รูปโครงสร้างของตัวเก็บประจุ
การทำงานของตัวเก็บประจุ
ตัวเก็บประจุมีสภาวะการทำงานอยู่ 2 สภาวะคือ ประจุ (Charge)และ คายประจุ (Discharge)
การประจุ
การเก็บประจุก็คือ การเก็บอิเล็กตรอนไว้ที่แผ่นเพลตของตัวเก็บประจุนั่นเอง ซึ่งอธิบายโดยละเอียดดังในรูป ก. เมื่อนำแบตเตอรี่อื่นๆ ต่อกับตัวเก็บประจุ อิเล็กตรอนจากขั้วลบของแบตเตอรี่ จะเข้าไปออกันที่แผ่นเพลต ทำให้เกิดประจุลบขึ้นและยังส่งสนามไฟฟ้าไป ผลักอิเล็กตรอนของแผ่นเพลตตรงข้าม (เหมือนกับนำแผ่นแม่เหล็กที่มีขั้ว เหมือนกันมาใกล้กันมันก็จะผลักกัน) ซึ่งโดยปกติในแผ่นเพลตจะมี ประจุเป็น + และ - ปะปนกันอยู่ เมื่ออิเล็กตรอนจากแผ่นเพลตนี้ถูก ผลักให้หลุดออกไปแล้วจึงเหลือประจุบวกมากกว่าประจุลบ ยิ่งอิเล็กตรอนถูกผลักออกไปมากเท่าไร แผ่นเพลตนั้นก็จะเป็นบวกมากขึ้นเท่านั้น (เมื่อเทียบกับอีกด้าน)
รูปแสดงขั้นตอนการประจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ
การคายประจุ
ตัวเก็บประจุที่ถูกประจุแล้ว ถ้าเรายังไม่นำขั้วตัวเก็บประจุมาต่อกัน (ดังในรูป ก)อิเล็กตรอนก็ยังคงอยู่ที่แผ่นเพลต แต่ถ้ามีการครบวงจร ระหว่างแผ่นเพลตทั้งสองเมื่อไร อิเล็กตรอนก็จะวิ่งจากแผ่นเพลตทางด้านลบ ไปครบวงจรที่แผ่นเพลตบวกทันที เราเรียกเหตุการณ์นี้ว่า "การคายประจุ"
รูปแสดงขั้นตอนการคายประจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ
ตัวเก็บประจุชนิดต่างๆ(CAPACITOR)
ชนิดของตัวเก็บประจุแบ่งตามวัสดุการใช้งานแบ่งออกได้ 2 ชนิด คือ
1. ตัวเก็บประจุชนิดคงที่ Fixed capacitor
แบบ ที่ Fixed Capacitor เป็น Capacitor ชนิดนี้จะมีขั้วบวกและขั้วลบบอกไว้ ส่วนใหญ่จะเป็นแบบกลมดังนั้น การนำไปใช้งานจะต้องคำนึงถึงการต่อขั้วให้กับ Capacitor ด้วย จะสังเกตขั้วง่าย ๆ ขั้วไหนที่เป็นขั้วลบจะมีลูกศรชี้ไปที่ขั้วนั้น และในลูกศรจะมีเครื่องหมายลบบอกไว้
รูปแสดงสัญลักษณ์ตัวเก็บประจุแบบคงที่
1.1 ตัวเก็บประจุแบบกระดาษ (Paper capacitor)
ตัวเก็บประจุแบบเปเปอร์ นำไปใช้งานซึ่งต้องการค่าความต้านทานของฉนวนที่มี ค่าสูง และ มี เสถียนภาพต่ออุณหภูมิสูงได้ดี มีค่าความต้านทานของฉนวนที่มีค่าสูง และ มีเสถียรภาพต่ออุณหภูมิสูงได้ดี มีค่าความจุที่ดีใน ย่านอุณหภูมิที่กว้าง (
1.2 ตัวเก็บประจุแบบไมก้า (Mica capacitor)
ตัวเก็บประจุแบบไมก้านี้ จะมีเสถียรภาพต่ออุณหภูมิ และ ความถี่ดี มีค่าตัวประกอบการสูญเสียต่ำ และ สามารถทำงาน ได้ดีที่ความถี่สูง จะถูกนำมาใช้ในงานหลายอย่าง เช่น ในวงจะจูนวงจรออสซิสเตอร์ วงจรกรองสัญญาณ และวงจรขยาย ความ ถี่วิทยุกำลังสูง จะไม่มีการผลิตตัวเก็บประจุแบบไมก้าค่าความจุสูงๆ ออกมา เนื่องจากไมก้ามีราคาแพง จะทำให้ค่าใช้จ่ายในการ ผลิตสูงเกินไป
1.3 ตัวเก็บประจุแบบเซรามิก (Ceramic capacitor)
ตัวเก็บประจุชนิดเซรามิก โดยทั่วไปตัวเก็บประจุชนิดนี้มีลักษณะกลมๆ แบนๆ บางครั้งอาจพบแบบสี่เหลี่ยมแบนๆ ส่วนใหญ่ตัวเก็บประจุชนิดนี้ มีค่าน้อยกว่า 1 ไมโครฟารัด และเป็นตัวเก็บประจุชนิดที่ไม่มีขั้ว (ไม่ต้องคำนึงเวลาใช้งาน) และสามารถทนแรงดันได้ประมาณ 50-100 โวลต์ค่าความจุของตัวเก็บประจุชนิดเซรามิกที่มีใช้กันในปัจจุบันอยู่ในช่วง 1
พิโกฟารัด ถึง 0.1 ไมโครฟารัด
1.4 ตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลติก (Electrolytic capacitor)
ตัวเก็บประจุชนิดอิเล็กทรอไลติก ตัวเก็บประจุชนิดนี้ต้องระวังในการนำไปใช้งานด้วย เพราะมีขั้วที่แน่นอนพิมพ์ติดไว้ด้าน ข้างตัวถังอยู่แล้ว ถ้าป้อนแรงดันให้กับตัวเก็บประจุผิดขั้วละก็ อาจเกิดความเสียหายกับตัวมันและอุปกรณ์ที่ประกอบร่วมกับตัวมันได้ ขั้วของตัวเก็บประจุชนิดนี้สังเกตได้ง่ายๆ เมื่อตอนซื้อมา คือ ขาที่ยาวจะเป็นขั้วบวก และขาที่สั้นจะเป็นขั้วลบ
1.5 ตัวเก็บประจุแบบน้ำมัน (Oil capacitor)
1.6 ตัวเก็บประจุแบบโพลีสไตลีน (Polyethylene capacitor)
1.7 ตัวเก็บประจุ แทนทาลั่ม (Tantalum capacitor)
ตัวเก็บประจุแบบแทนทาลั่ม จะให้ค่าความจุสูงในขณะที่ตัวถังที่บรรจุมีขนาดเล็ก และมีอายุในการเก็บไว้เฉยๆ ดีมาก. ตัวเก็บประจุแบบแทนทาลั่มนี้มีหลายชนิดให้เลือกใช้ เช่น ชนิด โซลิต ( solid type ) ชนิด ซินเทอร์สลัก ( sintered slug ) ชนิดฟอลย์ธรรมดา ( plain foil ) ชนิดเอ็ชฟอยล์ ( etched foil ) ชนิดเว็ทสลัก ( wet slug ) และ ชนิดชิ้นสี่เหลี่ยม ( chip ) การนำไปใช้งานต่างๆ ประกอบด้วยวงจรกรองความถี่ต่ำ วงจรส่งผ่านสัญญาณ ชนิด โซลิตนั้นไม่ไวต่ออุณหภูมิ และ มีค่าคุณ สมบัติระหว่างค่าความจุอุณหภูมิต่ำกว่า ตัวเก็บประจุ แบบอิเล็กทรอไลติกชนิดใด ๆ
สำหรับงานที่ตัวเก็บประจุแบบแทนทาลั่ม ไม่เหมาะ ได้แก่ วงจรตั้งเวลาที่ใช้ RC ระบบกระตุ้น ( triggering system ) หรือ วงจรเลื่อนเฟส ( phase - shift net work ) เนื่องจากตัวเก็บประจุแบบนี้ มีค่าคุณสมบัติของการดูดกลืนของไดอิเล็กตริก สูง ซึ่งหมายถึงเมื่อตัวเก็บประจุถูกคายประจุ สารไดอิเล็กตริกยังคงมีประจุหลงเหลืออยู่. ดังนั้นเม้ว่าตัวเก็บประจุที่มีคุณสมบัติของ การดูดกลืนของสารไดอิเล็กตริกสูงจะถูกคายประจุประจุจนเป็นศูนษ์แล้วก็ตาม จะยังคงมีประจุเหลืออยู่เป็นจำนวนมากพอ ที่ จะทำ ให้เกิดปัญหาในวงจรตั้งเวลา และ วงจรอื่นที่คล้ายกัน
1.8 ตัวเก็บประจุแบบไมลา (Milar capacitor)
1.9 ตัวเก็บประจุแบบไบโพลา (Bipolar capacitor)
1.10 ตัวเก็บประจุแบบโพลีโพรไพลีน (Poiypropyrene)
2. ตัวเก็บประจุแบบปรับค่าได้ Variable capacitor
เป็น Capacitor ชนิดที่ม่ค่าคงที่ ซึ่งจะมีการนำวัสดุต่างๆ มาสร้างขึ้นเป็น Capacitor โดยทั่วไปจะมีค่าความจุไม่มากนัก โดยประมาณไม่เกิน 1 ไมโครฟารัด(m F)
รูปแสดงตัวเก็บประจุแบบปรับค่าได้
รูปแสดงสัญลักษณ์ตัวเก็บประจุแบบปรับค่าได้
Variable Capacitor เป็น Capacitor ที่เปลี่ยนค่าความจุได้ แบบนี้จะพบเห็นอยู่บ่อย ๆ ในเครื่องรับวิทยุต่าง ๆ ซึ่งเป็นตัวเลือกหาสถานีวิทยุโดยมีแกนหมุน
Trimmer หรือ Padder เป็น Capacitor ชนิดปรับค่าได้ ซึ่งคล้าย ๆ กับ Varible Capacitor แต่จะมีขนาดเล็กกว่า การใช้ Capacitor แบบนี้ถ้าต่อในวงจรแบบอนุกรมกับวงจรเรียกว่า Padder Capacitor ถ้านำมาต่อขนานกับวงจร เรียกว่า Trimmer
อ้างอิง: ทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์เบื้องต้น, พันศักดิ์ พุฒิมานิตพงศ์ , ทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์เบื้องต้น ,ภูสิทฐ บวรวัฒนดิลก