E-LEARNING บทเรียนออนไลน์ วิชาไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์เบื้องต้น รหัสวิชา 2100-1003

บทที่  8

เรื่อง  ตัวเก็บประจุ

โดยอาจารย์พันธ์ศักดิ์  พลอินทร์

 

จุดประสงค์การเรียนรู้

  1. บอกส่วนประกอบของตัวเก็บประจุได้
  2. อธิบายการทำงานของตัวเก็บประจุได้
  3. บอกชนิดและเขียนโครงสร้างหรือรูปร่างของตัวเก็บประจุได้
  4. บอกคุณสมบัติของตัวเก็บประจุได้ถูกต้อง
  5. อ่านค่าความจุและอัตราทนแรงดันไฟถูกต้อง
  6. เลือกตัวเก็บประจุใช้งานได้ถูกต้อง
  7. เขียนวงจรภายในงานของตัวเก็บประจุได้         
  8. บอกขั้นตอนการทดสอบและอาการดี เสียของตัวเก็บประจุถูกต้อง

เนื้อหาสาระ

ตัวเก็บประจุ (CAPACITOR)

          ตัวเก็บประจุนิยมเรียกว่า คาปาซิเตอร์ เป็นอุปกรณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์อีกชนิดหนึ่ง สามารถเก็บสะสมประจุไว้ได้ และสามารถคายประจุที่เก็บสะสมออกมาได้เช่นเดียวกัน ดังนั้นตัวเก็บประจุจึงทำหน้าที่เก็บประจุและคายประจุ ในวงจรไฟฟ้าหรือวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ค่าความจุหมายถึงคุณสมบัติของวงจรไฟฟ้าที่สามารถเก็บสะสมพลังงานไฟฟ้าไว้ในรูปของสนามไฟฟ้าและสามารถที่จะคายพลังงานนี้ได้ในเวลาต่อมา คุณสมบัติทางไฟฟ้าของตัวเก็บประจุคือ ต่อต้านการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟที่ตกคร่อมตัวมัน เช่น ถ้ามีแรงดันไฟตกคร่อมตัวเก็บประจุเปลี่ยนแปลงเพิ่มขึ้นทันทีทันใด ตัวเก็บประจุจะทำให้แรงดันไฟตกคร่อมตัวมันลดลงอย่างช้า ๆ จนถึงจุดอิ่มตัวจึงจะหยุดการเปลี่ยนแปลงและในกรณีแรงดันไฟลดลงอย่างทันทีทันใด ตัวเก็บประจุก็หน่วงแรงดันไฟให้ลดลงช้า ๆ จนถึงจุดต่ำสุดจึงจะหยุดการหน่วงแรงดันไฟ

ส่วนประกอบของตัวเก็บประจุ

          ตัวเก็บประจุประกอบด้วยอุปกรณ์ดังนี้

  1. แผ่นตัวนำ 2 แผ่น ที่แยกออกจากกัน เรียกว่า เพลท (PLATE)
  2. ฉนวนกั้นระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสอง ฉนวนกั้นนี้เรียกว่า ไดอิเล็กตริก (DIELECTRIC)ซึ่งอาจจะเป็นอากาศ  พลาสติก  กระดาษ  ยาง  ไมก้า  เซอรามิค ฯลฯ สายไฟหรือลวดตัวนำที่ต่ออกจากแผ่นตัวนำทั้งสอง

 

 

 

 

 

ภาพที่ 8.1  แสดงส่วนประกอบของตัวเก็บประจุ

การทำงานของตัวเก็บประจุ

          เมื่อนำแผ่นตัวนำ 2 แผ่นวางไว้ใกล้ ๆ กัน และต่อสายตัวนำไปยังขั้วของแบตเตอรี่โดยต่อขั้วบวก (+) เข้ากับแผ่นที่ 1 ขั้วลบ (-) เข้ากับแผ่นที่ 2

 

 

 

 

 

 

ภาพที่ 8.2  แสดงตัวเก็บประจุทำการเก็บประจุแรงดันไฟฟ้า

          อิเล็กตรอนจากขั้วลบของแบตเตอรี่ จะถูกส่งไปยังแผ่นตัวนำแผ่นที่ 2 เกิดขั้วลบขึ้นที่แผ่นตัวนำแผ่นที่ 2 ทำให้เกิดการเหนี่ยวนำทางไฟฟ้าสถิตย์ผ่านแผ่นกั้นหรือไดอิเล็กตริก ทำให้แผ่นตัวนำแผ่นที่ 1 มีประจุบวกเกิดขึ้นช่วงนี้การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนยังมีอยู่ทำให้แรงดันไฟระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสองมีค่าเพิ่มขึ้นเรื่อยๆจนกระทั่งแรงดันไฟระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสองมีค่าเท่ากับแบตเตอรี่อิเล็กตรอนจึงหยุดไหลซึ่งแสดงว่าตัวเก็บประจุทำการเก็บประจุ (CHARGE) เต็มที่แล้ว ถ้าเรานำเอาแบตเตอรี่ออกไปจากตัวเก็บประจุพลังงานก็ยังคงถูกเก็บไว้ในลักษณะของสนามไฟฟ้า แต่ถ้าทิ้งไว้นานก็จะหมดไปเนื่องจากการรั่วไหลของอิเล็กตรอนไปยังอากาศภายนอก

ในช่วงที่ตัวเก็บประจุยังมีพลังงานเนื่องจากการประจุถ้านำลวดตัวนำหรือตัวต้านทานมาต่อระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสอง พลังงานที่ถูกเก็บไว้ในลักษณะของสนามไฟฟ้าจะถูกส่งกลับออกมา ทำให้อิเล็กตรอนไหลจากแผ่นตัวนำที่ 1 ไปยังแผ่นตัวนำที่ 2 ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นนี้เรียกว่า การคายประจุ (DISCHARGE) ของตัวเก็บประจุ

 

 

 

 

 

ภาพที่ 8.3  แสดงตัวเก็บประจุทำการคายประจุแรงดันไฟฟ้า

การคายประจุของตัวเก็บประจุจะเร็วหรือช้า ขึ้นอยู่กับค่าความต้านทานที่นำมาต่อที่ปลายทั้งสองของตัวเก็บประจุและทิศทางของอิเล็กตรอน ในจังหวะการคายประจุจะมีทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางของอิเล็กตรอนในจังหวะการคายประจุ

ค่าความจุของตัวเก็บประจุ

          ค่าความจุของตัวเก็บประจุเรียกว่าค่าความจุไฟฟ้า (CAPACITANCE) เป็นตัววัดว่าตัวเก็บประจุสามารถเก็บประจุไฟฟ้าได้ดีเพียงใดหรืออาจจะกล่าวได้ว่า ตัวเก็บประจุแปรผันได้โดยตรงกับจำนวนประจุ (ประจุมีหน่วยนับเป็น คูลอมป์) ที่ถูกเก็บไว้ในตัวเก็บประจุต่อแรงดันไฟฟ้า 1 โวลต์ ที่ตกคร่อมตัวเก็บประจุ ความจริงแล้วประจุที่ถูกเก็บอยู่ในตัวเก็บประจุจะเป็นศูนย์ (0) เพราะแผ่นตัวนำทั้งสองมีประจุต่างกัน ปริมาณเท่ากัน ฉะนั้นจึงขอเน้นว่า ประจุที่ได้สะสมอยู่ในตัวประจุ หมายถึง ประจุที่ถูกเก็บไว้ที่แผ่นบวกหรือแผ่นลบเท่านั้น ตัวอย่างเช่นตัวเก็บประจุ 2 ตัว   แต่ละตัวป้อนด้วยแรงดัน 100 โวลต์   ปรากฏว่าตัวหนึ่งเก็บประจุได้ 5 คูลอมป์ อีกตัวหนึ่งเก็บประจุได้ 2 คูลอมป์ ดังนั้นตัวเก็บประจุที่เก็บประจุได้ 5 คูลอมป์จะมีค่าความจุไฟฟ้ามากกว่าตัวเก็บประจุที่เก็บประจุไว้ 2 คูลอมป์หรือถ้าตัวเก็บประจุ 2 ตัวเก็บประจุได้เท่ากัน แต่ตัวหนึ่งต้องการแรงดันไฟตกคร่อม 100 โวลต์ อีกตัวหนึ่งต้องการแรงดันไฟตกคร่อม 50 โวลต์ ตัวที่ต้องการแรงดันไฟตกคร่อมน้อยกว่าจะมีค่าความจุไฟฟ้ามากกว่าค่าของตัวเก็บประจุเรียกว่าค่าความจุ กำหนดให้มีหน่วยเป็นไมโครฟารัด (MICROFARAD) นอกจากบอกค่าความจุแล้วตัวเก็บประจุยังบอกขนาดทนแรงดันไฟตรงไว้ด้วย ขนาดทนแรงดันไฟตรงของตัวเก็บประจุ จะพิมพ์บอกไว้บนตัวเก็บประจุ บางบริษัทจะบอกค่าความจุและขนาดทนแรงดันไฟตรงเป็นรหัส ค่าความจุของตัวเก็บประจุมีช่วงกว้างมากคือเริ่มจาก 0.0000001 ถึง 10,000 ไมโครฟารัด ดังนั้นจึงมีการกำหนดหน่วยเป็น พิกโกฟารัด (PICO FARAD)  และหน่วยเป็นนาโนฟารัด (NANO FARAD)

การเทียบหน่วยเรียกค่าความจุ

                      1  ฟารัด (F)                               =          1,000,000        ไมโครฟารัด(mF)

                      1  ไมโครฟารัด (mF)                   =          1,000,000        พิกโกฟารัด (mF)

                      หรือ 1 ไมโครฟารัด (mF)            =          1,000               นาโนฟารัด (nF)

ค่าความจุที่เรียกว่าเป็นพิกโกฟารัด จะแบ่งค่าที่ 1,000 PF หรือ 0.001 mF ถ้าค่าต่ำกว่าค่านี้จะเรียกเป็นพิกโกฟารัดหรือ พี เอฟ เช่น ค่า 500 PF จะไม่เรียกเป็น 0.005 mF หรือค่า 0.047 mF จะไม่นิยมเรียกเป็น 47,000 PF  เป็นต้น

การประจุและคายประจุ

          เมื่อต่อแรงดันไฟตรงให้กับตัวเก็บประจุ การประจุจะเกิดขึ้นเร็วมากถ้าไม่มีตัวต้านทานต่ออนุกรมอยู่ในวงจรประตู ตัวเก็บประจุจะประจุเต็มเกือบจะทันทีที่ต่อแหล่งจ่ายแรงดันไฟตรงการต่อตัวต้านทานเข้าไปในวงจรประจุ จะทำให้เวลาในการประจุยืดออกไป ดังนั้นความสัมพันธ์ระหว่างค่าทั้งสองจึงเขียนเป็นสมการได้ดังนี้คือ

                                              T          =          R x C

                                              T          คือเวลาในการประจุเป็นวินาที

                                              R          คือค่าความต้านทานเป็นโอห์ม

                                              C          คือค่าความจุที่ถูกประจุเป็นฟารัด

          ในการคิดเวลาการคายประจุใช้สมการเดียวกันกับการประจุค่าความจุของตัวเก็บประจุ จะมากหรือน้อยอยู่กับสิ่งดังต่อไปนี้

  1. พื้นที่ผิวของตัวนำ ถ้าพื้นที่ผิวเพิ่มขึ้นค่าความจุจะเพิ่มขึ้น
  2. ระยะห่างระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสอง ถ้าแผ่นทั้งสองชิดกันค่าความจุจะมาก ถ้าห่างกันค่าความจุจะน้อย
  3. ชนิดของฉนวนที่กั้นระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสอง เรียกว่า ไดอิเล็กตริก(DIELECTRIC)ซึ่งอาจจะใช้กระดาษ  อากาศ  ไมก้า

อัตราทนแรงดันไฟของตัวเก็บประจุ

          ตัวเก็บประจุที่ใช้อยู่ในปัจจุบันนอกจากจะบอกค่าความจุแล้ว ยังบอกอัตราทนแรงดันไฟสูงสุดที่ตัวเก็บประจุตัวนั้นทนได้ เป็นการบอกถึงค่าความสามารถในการทนแรงดันไฟของตัวเก็บประจุเพราะถ้าหากว่ามีแรงดันไฟตกคร่อมที่แผ่นตัวนำทั้งสอง ของตัวเก็บประจุมากเกินไป จะทำให้ไดอิเล็กตริกเสียหายและเกิดการอาร์ค (ARK) ขึ้นระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสอง เป็นผลทำให้ตัวเก็บประจุเกิดการเสียหาย ซึ่งอาจจะเป็นผลให้อุปกรณ์ข้างเคียงอื่น ๆ ภายในวงจรได้รับความเสียหายไปด้วย อัตราทนแรงดันไฟของตัวเก็บประจุ จะบอกเป็นแรงดันไฟตรงและเขียนสั้น ๆ เป็น V หรือ WV

 

 

ภาพที่ 8.4  แสดงบอกค่าความจุและอัตราทนแรงดันไฟ

ค่าคลาดเคลื่อนของตัวเก็บประจุ

          ตัวเก็บประจุ นอกจากจะบอกค่าความจุและอัตราทนแรงดันไฟยังบอกค่าคลาดเคลื่อนเป็นเปอร์เซ็นต์ไว้ด้วย การบอกค่าคลาดเคลื่อนของตัวเก็บประจุ เนื่องมาจากการสร้างต้องใช้วัสดุและวิธีการสร้างที่แตกต่างกัน ตัวเก็บประจุที่มีค่าคลาดเคลื่อนน้อย แสดงว่าคุณสมบัติ ดีกว่าตัวเก็บประจุที่มีค่าคลาดเคลื่อนมาก ค่าความคลาดเคลื่อนที่บอกไว้ จะคลาดเคลื่อนไป  ทางลบน้อยกว่าทางบวก ผู้ใช้มักถือเอาค่าคลาดเคลื่อนที่บอกไว้บนตัวเก็บประจุเป็นหลักในการคำนวณใช้งาน โดยเฉพาะตัวเก็บประจุที่มีขั้วบวกขั้วลบ ซึ่งมีช่วงความคลาดเคลื่อนกว้าง เช่นระบุไว้ 20 ไมโครฟารัด ความคลาดเคลื่อน – 10% ถึง + 50% จะมีค่าความจุระหว่าง  18 ไมโครฟารัด – 30 ไมโครฟารัด

          การบอกค่าความคลาดเคลื่อนของตัวเก็บประจุนอกจากจะบอกเป็นตัวเลขแล้วยังบอกค่าคลาดเคลื่อนเป็นรหัสสีในกรณีที่ตัวเก็บประจุตัวนั้นบอกค่าความจุเป็นรหัสสี

ตารางแสดงค่าคลาดเคลื่อนด้วยรหัสสี

สี

มากกว่า 10

น้อยกว่า 10

ดำ

น้ำตาล

แดง

เขียว

ขาว

± 20%

±  1%

±  2%

±  5%

± 10%

-

± 0.1 PF

± 0.25 PF

-

± 1 PF

 

ชนิดของตัวเก็บประจุ

          ตัวเก็บประจุที่ใช้อยู่ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์มีหลายชนิด นิยมเรียกชื่อและเขียนย่อว่า C แบ่งออกเป็น 2 ชนิดคือ

          1.  ตัวเก็บประจุค่าคงที่ เป็นตัวเก็บประจุที่ใช้กันมาก โดยผู้ผลิตทำค่าคงที่ไม่สามารถจะเปลี่ยนค่าได้อีก มีหลายแบบหลายขนาด แตกต่างกันทั้งโครงสร้าง ไอดิเล็กตริก ค่าความจุและอัตราทนแรงดันไฟ การเลือกตัวเก็บประจุมาใช้ในวงจร ต้องคำนึงถึงค่าความจุและอัตราทนแรงดันไฟเป็นสำคัญ นอกจากนี้ความเข้าใจทฤษฎีและการใช้งานจากประสบการณ์ จะทำให้เลือกตัวเก็บประจุใช้งานได้อย่างเหมาะสม ตัวเก็บประจุค่าคงที่นิยมเรียกตามไดอิเล็กตริก ดังนี้

               1.1 ตัวเก็บประจุแบบกระดาษ (PAPER CAPACITOR) มีโครงสร้างภายใน ประกอบด้วยแผ่นอลูมิเนียมหรือดีบุกบาง ๆ มีกระดาษเป็นไดอิเล็กตริก ม้วนซ้อนกันเป็นรูปทรงกระบอกแล้วหุ้มด้วยพลาสติกอีกชั้นหนึ่ง เพื่อป้องกันฝุ่นละอองและความชื้น มีปลาย 2 ปลายทำด้วยตัวนำเพื่อต่อใช้งานภายนอกจะหุ้มด้วยฉนวนไฟฟ้าชนิดต่าง ๆ เช่น หุ้มด้วยขี้ผึ้ง กระเบื้อง ยางเอสฟัลด์ ค่าความจุและอัตราทนแรงดันไฟจะพิมพ์อยู่บนตัวเก็บประจุ

 

 

 

 

 

ภาพที่ 8.5  แสดงโครงสร้างภายในของตัวเก็บประจุ

 

 

 

 

 

 

 

ภาพที่ 8.6  แสดงรูปของตัวเก็บประจุแบบกระดาษ

             ตัวเก็บประจุแบบกระดาษจะมีค่าความจุอยู่ในช่วง 0.001 – 1 ไมโครฟารัด การต่อใช้งานไม่   จำเป็นต้องต่อขั้วบวกหรือลบ นอกจากจะบอกค่าความจุและอัตราทนแรงดันไฟสูงสุดที่ตัวเก็บประจุทนได้ ยังบอกค่าคลาดเคลื่อนเป็นตัวเลขไว้ด้วยเช่น 1 m ± 10% ตัวเก็บประจุแบบกระดาษจะมีความต้านทานในการเป็นฉนวนสูง ใช้ได้ในวงจรที่มีความถี่ต่ำเท่ากัน เช่น  ในวงจรความถี่เสียงและวงจรแหล่งจ่ายแรงดันไฟ

              ในปัจจุบัน ตัวเก็บประจุแบบกระดาษจะใช้เทฟลอน (TAFLON) หรือไมลาร์ (MYLAR) แทน โดยทำเป็นไดอิเล็กตริกแบบเยื่อบาง ๆ ทำให้ได้ค่าความจุต่อปริมาตรสูงมีการรั่วน้อยกว่าแบบกระดาษ และใช้งานได้ดีกว่าในที่มีอุณหภูมิสูง

 

 

 

 

ภาพที่ 8.7  แสดงรูปของตัวเก็บประจุแบบไมลาร์

 

                    1.2  ตัวเก็บประจุแบบไมก้า (MICA CAPACITOR) มีโครงสร้างเป็นแผ่นโลหะบางหลายแผ่นซ้อนกัน มีไมก้าเป็นไดอิเล็กตริก ภายนอกห่อหุ้มด้วยเบกาไลท์ ส่วนมากผู้ผลิตจะทำออกมาในรูปสี่เหลี่ยม

 

 

 

 

 

ภาพที่ 8.8  แสดงรูปของตัวเก็บประจุแบบไมก้า

                    ตัวเก็บประจุแบบไมก้า จะมีค่าความจุตั้งแต่ 1 พิกโกฟารัด (PF) ไปจนถึง   0.01 ไมโครฟารัด มีเสถียรภาพในการทำงานดี อัตราทนแรงดันไฟสูง อายุการใช้งานทนนานและใช้ได้ดีในวงจรที่มีความถี่สูง ค่าความจุจะบอกเป็นตัวเลขหรือรหัสสีขึ้นอยู่กับผู้ผลิต การอ่านค่าความจุจากรหัสสีอ่านเช่นเดียวกับการอ่านรหัสสีของตัวต้านทาน

1.3              ตัวเก็บประจุแบบเซอรามิค (CERAMIC CAPACITOR) ใช้สารประกอบของเงินสร้างเป็นแผ่นโลหะบนผิวของไดอิเล็กตริกที่เป็นเซอรามิค ตัวเก็บประจุแบบนี้ มีทั้งแบบแผ่นกลม (DISE) และแบบท่อกลม (TUBULAR) มีค่าความจุตั้งแต่ 10 พิกโกฟารัด  ถึง 1 ไมโครฟารัด ค่าคลาดเคลื่อนตั้งแต่ 1% ถึง 2% ใช้ได้ดีในย่านความถี่เสียง ความถี่วิทยุและย่านความถี่สูง มีค่าความเหนี่ยวนำในตัวต่ำ เปลี่ยนค่าได้เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยน

 

 

 

 

 

 

ภาพที่ 8.9  แสดงรูปของตัวเก็บประจุแบบเซอรามิค

                      1.4  ตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรลิติก (ELECTROLYTIC CAPACITOR) ตัวเก็บประจุแบบนี้ มีทั้งแบบมีขั้วและไม่มีขั้ว มีลักษณะเป็นรูปทรงกระบอกทำด้วยอลูมิเนียม ภายในเป็นกระดาษม้วนซ้อนกัน ตัวเก็บประจุแบบนี้มีค่าความจุสูงกว่าแบบอื่น ๆ คือ   ต่ำกว่า 1ไมโครฟารัดถึง 50,000 ไมโครฟารัด อัตราทนแรงดันไฟตั้งแต่ 3 โวลต์ขึ้นไป ใช้งานในย่านความถี่ต่ำและวงจรแหล่งจ่ายแรงดันไฟ ข้อเสียของตัวเก็บประจุแบบนี้ก็คือมีขั้วบวกและขั้วลบ ดังนั้น ในการนำไปใช้งานต้องระวังการต่อด้วย ถ้าต่อผิดขั้วจะเกิดปฏิกิริยากับสารละลาย อิเล็กโทรไลต์ จะทำให้ร้อนและเกิดการระเบิดได้

 

 

 

 

ภาพที่ 8.10  แสดงรูปของตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรลิติกมีขั้ว ขั้ว

                   

 

 

 

 

 

 

 

 

                      

 

ภาพที่ 8.11  แสดงรูปของตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรลิติก

                    นอกจากนี้ยังมีตัวเก็บประจุแบบอิเล็กลิติกแบบไม่มีขั้ว (NONPOLARIZED ELELCTROLYTIC CAPACITOR) ซึ่งเกิดจากการนำเอาขั้วบวกแผ่นโลหะทั้งสองออกมาใช้งาน โดยเอาขั้วลบต่อกันอยู่ภายใน ตัวเก็บประจุชนิดนี้จะมีอักษร NP กำกับไว้ตามหลังอัตราทนแรงดันไฟ จากการใช้ตัวเก็บประจุ 2 ตัวต่ออนุกรมกันภายใน จะผลทำให้ความจุของตัวเก็บประจุน้อยกว่าแบบอิเล็กโทรลิติกธรรมดา ตัวเก็บประจุชนิดนี้จะมีใช้งานในวงจรหมุนมอเตอร์ หรือใช้งานกับไฟสลับต่าง ๆ

                    1.5  ตัวเก็บประจุแบบเทนทาลั่ม (TENTALUM CAPACITOR) ตัวเก็บประจุแบบนี้ลักษณะภายในเหมือนกับแบบกระดาษ เพียงแต่เปลี่ยนจากอลูมิเนียมมาเป็นเทนทาลั่ม ซึ่งทำให้มีความจุสูงและเสถียรภาพในการทำงานดี สร้างขึ้นมาเพื่อใช้แทนแบบอิเล็กโทรไลต์ในวงจรขนาดเล็ก ตัวเก็บประจุแบบนี้มีขนาดเล็ก แต่ค่าความจุเที่ยงตรง การรั่วซึมมีน้อย มีค่าความจุอยู่ระหว่าง 0.1 ไมโครฟารัด ดังนั้น จึงมีขั้วแสดงก่อนต่อใช้งาน นิยมใช้ในงานวงจรไม่มีการเชื่อมต่อ (DECOUPLING) และวงจรกรองกระแส มีอัตราทนแรงดันไฟระหว่าง 3 โวลต์ ถึง 35 โวลต์

 

 

 

 

 

ภาพที่ 8.12  แสดงรูปของตัวเก็บประจุแบบเทนทาลั่ม

ปัจจุบันตัวเก็บประจุบางแบบเสื่อมความนิยม เพราะคุณภาพการใช้งานไม่ดีมีการสูญเสียมาก ผู้ผลิตได้ผลิตตัวเก็บประจุแบบใหม่มาใช้แทน

                      1.6  ตัวเก็บประจุแบบโพลีเอสเตอร์ (POLYESTER) ตัวเก็บประจุที่ใช้โพลีเอสเตอร์เป็นไดอิเล็กตริก มีคุณสมบัติและการใช้งานเช่นเดียวกับตัวเก็บประจุที่ใช้กระดาษเป็นไดอิเล็กตริก แต่การสูญเสียน้อยกว่าแบบกระดาษ สามารถสร้างค่าความจุได้ถึง 10 ไมโครฟารัด

 

 

 

 

ภาพที่ 8.13  แสดงรูปของตัวเก็บประจุแบบโพลีเอสเตอร์

                    1.7  ตัวเก็บประจุแบบโพลีสไตริน (POLYSTYRENE CAPACITOR) ตัวเก็บประจุแบบนี้ เป็นตัวเก็บประจุที่มีการสูญเสียน้อยที่สุด จัดอยู่ในประเภทตัวเก็บประจุชั้นดี เมื่อเทียบกับตัวเก็บประจุแบบอื่นนิยมใช้ในวงจรถ่ายเทความถี่วิทยุหรือวงจรจูน

 

 

 

 

 

ภาพที่ 8.14  แสดงรูปของตัวเก็บประจุแบบโพลีสไตริน

                    1.8  ตัวเก็บประจุแบบซิลเวอร์ไมก้า (SILVER MICA CAPACITOR) เป็นตัวเก็บประจุที่มีเสถียรภาพสูง เหมาะสำหรับใช้ในวงจรความถี่เสียง ความถี่วิทยุ วงจรจูนมีความคลาดเคลื่อน ± 2.5% มีค่าความต้านทานในการเป็นฉนวนสูง

                    1.9  ตัวเก็บประจุแบบฟิดทรู (FEED TROUGH CAPACITOR) เป็นตัวเก็บประจุที่ใช้ในวงจรกรองความถี่รบกวน เช่น ความถี่รบกวนจากการทำงานของเครื่องยนต์ จึงเหมาะสำหรับวิทยุรถยนต์

ตัวเก็บประจุแบบโพลีคาร์บอนเนต (POLYCABONATE CAPACITOR) เป็นตัวเก็บประจุที่มีค่าความจุสูงกว่าแบบโพลีเอสเตอร์เล็กน้อย ส่วนคุณสมบัติและการใช้งานเหมือนกัน สามารถใช้แทนกันได้

 

 

 

ภาพที่ 8.15  แสดงรูปของตัวเก็บประจุแบบโพลีคาร์บอนเนต

              ตัวเก็บประจุแบบโพลีโพรไพลีน (POLYPROYLENE CAPACITOR) เป็นตัวเก็บประจุที่ใช้โลหะโพลีไพลีนเป็นแผ่นกั้นหรือไดอิเล็กตริก ตัวเก็บประจุแบบนี้ มีค่าความต้านทานสูง ไม่เกิดการเหนี่ยวนำในตัวมันเอง เหมาะสำหรับใช้ในวงจรพัลซ์ (PULSE) วงจรหักเหในเครื่องรับโทรทัศน์

 

 

 

 

ภาพที่ 8.16  แสดงรูปของตัวเก็บประจุแบบโพลีโพรไพลีน

2.  ตัวเก็บประจุแบบเปลี่ยนค่าได้ แบ่งตามลักษณะการใช้งานดังนี้

               2.1 ตัวเก็บประจุที่ใช้เลือกความถี่ ประกอบด้วยแผ่นโลหะบาง ๆ ต่อเข้ากับแกนอันเดียวกัน ส่วนที่อยู่กับที่เรียกว่าสเตเตอร์ (STATOR) และส่วนที่เคลื่อนที่ได้ต่อเชื่อมถึงกับแกนที่หมุนปรับได้ เรียกว่า โรเตอร์ (ROTOR) การเปลี่ยนค่าทำได้โดยการหมุนแกน เพื่อให้ส่วนที่หมุนได้ซ้อนกับส่วนที่อยู่กับที่และทั้งสองชุดจะไม่แตะกันมีอากาศเป็นไดอิเล็กตริก        ตัวเก็บประจุชนิดนี้ ใช้เป็นตัวเลือกความถี่สถานีวิทยุในเครื่องรับวิทยุทั่วไป เรียกย่อว่า VC ปัจจุบันใช้แบบหุ้มด้วยพลาสติก เรียกย่อว่า PVC

          

 

 

 

 

 

                                                แบบโลหะ                                                       แบบพลาสติก

ภาพที่ 8.17 แสดงรูปของตัวเก็บประจุแบบเปลี่ยนค่าได้ใช้กับเครื่องรับทรานซีสเตอร์

               2.2 ทริมเมอร์หรือแพดเดอร์ (TRIMMER OR PADDER CAPACITOR)  เป็นตัวเก็บประจุที่เปลี่ยนค่าได้น้อย ใช้ไมก้าและเซอรามิคเป็นไดอิเล็กตริก ตัวเก็บประจุแบบนี้ สามารถติดตั้งบนแผ่นวงจรพิมพ์ได้เลย และใช้ในวงจรที่ต้องการความถี่ละเอียดอ่อนหรือใช้เป็นตัวปรับแต่งวงจร

 

 

 

 

ภาพที่ 8.18  แสดงรูปของทริมเมอร์และแพดเดอร์

สัญลักษณ์ของตัวเก็บประจุ

 

 

 

 

 

 

 

การอ่านค่าความจุและอัตราทนแรงดันไฟ

          1.   บอกเป็นรหัสสี ตัวเก็บประจุที่บอกค่าด้วยรหัสสีมีความจำเป็นมากสำหรับตัวเก็บประจุตัวเล็กเพราะพิมพ์ค่าลำบาก ค่าความจุที่ระบุตามรหัสสีจะมีหน่วยเป็นพิกโกฟารัด การอ่านรหัสสี มีหลักการอ่านเช่นเดียวกับการอ่านค่าความต้านทาน ค่าที่อ่านได้จะบอกถึงบางชนิดจะบอกค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิไว้ด้วย

ตารางรหัสสีสำหรับอ่านค่าความจุและอัตราทนแรงดันไฟ

สี

ตัวตั้ง

ตัวคูณ

อัตราทน

แรงดันไฟ

ค่าคลาดเคลื่อน

ไมก้า

เซอรามิค

ดำ

น้ำตาล

แดง

ส้ม

เหลือง

เขียว

น้ำเงิน

ม่วง

เทา

ขาว

ทอง

เงิน

ไม่มีสี

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

-

-

-

1

10

100

1,000

10,000

100,000

1,000,000

10,000,000

100,000,000

1,000,000,000

-

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1,000

2,000

500

20

1

2

3

4

5

6

7

8

9

5

10

20

20

1

2

3

4

5

6

7

2.5

10

-

-

-

การอ่านค่าความจุแบบ 3 แถบสี

 

 

 

 

 

 

ภาพที่ 8.19  แสดงตัวเก็บประจุแบบ 3 แถบสี

 

            ตัวอย่าง

                       

 

 

 

 

 

 

 

 

แบบนี้มีแถบสี  2  แถบ  แสดงค่าแถบสีที่  1  และแถบสีที่  2  เป็นสีเดียวกัน

                2.  บอกเป็นรหัสตัวเลข เพื่อความสะดวกในการอ่านค่าความจุจึงมีการพิมพ์ตัวเลขบอก   ค่าความจุลงบนตัวเก็บประจุ ตัวเลขที่พิมพ์ไว้ถ้าเป็นเลขจำนวนเต็มจะมีหน่วยเป็นพิกโกฟารัดถ้าเป็นเลขทศนิยมจะมีหน่วยเป็นไมโครฟารัด และค่าผิดพลาดเป็นเปอร์เซ็นต์ นิยมใช้ตัวอักษรภาษาอังกฤษแสดงแทนตัวเลข คือ

                                อักษร     J              หมายถึงค่าคลาดเคลื่อน     ±  5%

                                อักษร     K             หมายถึงค่าคลาดเคลื่อน     ±  10%

                                อักษร     L             หมายถึงค่าคลาดเคลื่อน     ±  15%

                                อักษร     M            หมายถึงค่าคลาดเคลื่อน     ±  20%

                                                                                         สำหรับค่าอัตราทนแรงดันไฟจะพิมพ์เป็นตัวเลขติดบนตัวเก็บประจุ ตามตัวอย่าง

 

 

 

 

 

 

 

 

ภาพที่ 8.20  แสดงการบอกค่าความจุเป็นรหัสตัวเลข

                ในกรณีที่ตัวเก็บประจุมีค่าความจุสูงเกิน 100 พิกโกฟารัด นิยมใช้ตัวเลขแทนค่าที่อ่านได้มีหน่วยเป็นพิกโกฟารัด โดยตัวเลขสองตัวแรกจะเป็นค่าความจุ ตัวเลขที่ 3 จะเป็นค่าทวีคูณ เช่น 202K50 หมายถึง ตัวเก็บประจุมีค่า 20 x 102 = 20 x 100 = 2,000 พิกโกฟารัดค่าคลาดเคลื่อน ±10% มีอัตราทนแรงดันไฟ 50 โวลต์ถ้าตัวเก็บประจุเขียนตัวเลขไว้ 103J50 หมายถึง   ตัวเก็บประจุมีค่า   10 x 103   =   10,000  พิกโกฟารัด ค่าคลาดเคลื่อน ± 5% มีอัตราทนแรงดันไฟ 50 โวลต์ถ้าเขียนตัวเลข 0.056K50 หมายถึง ตัวเก็บประจุมีค่า 0.056 ไมโครฟารัด ค่าคลาดเคลื่อน   ± 10% มีอัตราทนแรงดันไฟ 50 โวลต์

การเลือกตัวเก็บประจุใช้งาน

            การเลือกตัวเก็บประจุใช้งานในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ จะต้องคำนึงถึงสิ่งต่อไปนี้

            1.  ชนิดของตัวเก็บประจุ การเลือกใช้ชนิดของตัวเก็บประจุส่วนใหญ่จะใช้แบบใดก็ได้ แต่มีข้อยกเว้นบางวงจร เช่น เลือกชนิดฟิล์มแทนชนิดกระดาษ ในวงจรกั้นกลาง (BUFFER) จะไม่ใช้ชนิดฟิล์มแทนกระดาษ เพราะเกี่ยวกับแรงดันไฟสูงในวงจรการใช้งาน แต่มิได้หมายความว่า  ตัวเก็บประจุแบบกระดาษมีคุณสมบัติเหนือกว่าแบบฟิล์ม ในปัจจุบันตัวเก็บประจุแบบที่ใช้ไดอิเล็กตริก   กระดาษฟิล์ม (DUAL DIELECTRIC) มีคุณสมบัติเหนือกว่าชนิดกระดาษบริสุทธิ์ (PURE PAPER) มาก ดังนั้นการเลือกตัวเก็บประจุจึงเลือกตัวเก็บประจุแบบฟิล์ม เครื่องรับวิทยุหรือเครื่องรับโทรทัศน์สมัยเก่าใช้ตัวเก็บประจุแบบกระดาษอาบขี้ผึ้ง เพราะทนการแทรกซึมของความชื้นได้ดี การใช้ตัวเก็บประจุแบบเซอรามิคแทนแบบไมก้าหรือในทางกลับกัน ไมก้าแทนเซอรามิคอาจจะใช้แทนกันได้ ถ้าสามารถนำแบบท่อนกลมแทนที่แบบจาน ทั้งนี้เนื่องจากมีความแตกต่างเพียงค่าความเหนี่ยวนำเล็กน้อยเท่านั้น

            2.  อัตราทนแรงดันไฟ (WORKING VOLTAGE) อัตราทนแรงดันไฟของตัวเก็บประจุเป็นแรงดันไฟตรง การกำหนดความสามารถในการทนแรงดันไฟของตัวเก็บประจุกำหนดได้จากความหนาของแผ่นไดอิเล็กตริก ดังนั้นในการเลือกค่าทนแรงดันไฟของตัวเก็บประจุ ควรเลือกอัตราทนแรงดันไฟสูงไว้เพื่อความปลอดภัย จะมีขนาดโตกว่าตัวเก็บประจุที่มีอัตราทนแรงดันไฟต่ำ นอกจากนี้ตัวเก็บประจุที่มีอัตราทนแรงดันไฟสูง จะมีราคาแพงกว่าตัวที่มีอัตราทนแรงดันไฟต่ำ ขนาดของตัวเก็บประจุก็มีความสำคัญ โดยเฉพาะในเครื่องมือที่มีขนาดเล็กและในเครื่องรับวิทยุแบบกระเป๋า

3.         ค่าความคลาดเคลื่อน ค่าความคลาดเคลื่อนของตัวเก็บประจุบอกเป็นเปอร์เซ็นต์เช่นเดียวกับค่าความต้านทาน เช่นตัวเก็บประจุค่า 10 พิกโกฟารัด ± 10% หมายถึง ผู้ผลิตรับประกัน  ว่าตัวเก็บประจุนี้มีค่าความจุอยู่ระหว่าง 9 พิกโกฟารัด และไม่เกิน 11 พิกโกฟารัด การรับรองนี้เฉพาะค่าอัตราทนแรงดันที่กำหนดไว้ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียสเท่านั้น ถ้าหากนำไปใช้งาน ในวงจรที่มีอุณหภูมิสูงกว่าจะทำให้ค่าความจุสูงขึ้น และในทำนองเดียวกันถ้าอุณหภูมิต่ำกว่าค่าความจุจะต่ำด้วย ซึ่งอาการนี้จะเกิดขึ้นกับตัวเก็บประจุทุกชนิดเนื่องจากได้รับการออกแบบไดอิเล็กตริกมาโดยเฉพาะ

            สำหรับตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลท์ทั่วไป   ค่าคลาดเคลื่อน – 10%  ถึง  + 50%            หมายความว่าตัวเก็บประจุมีค่าความจุ 100 ไมโครฟารัด   จะมีค่าความจุจริงค่าหนึ่งอยู่ระหว่าง 90 – 150  ไมโครฟารัด   ดังนั้นควรหลีกเลี่ยงการใช้ตัวเก็บประจุแบบธรรมดาแทน ในกรณที่ต้องการค่าความจุที่แน่นอน ตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลท์  จะมีค่าคลาดเคลื่อนน้อย เมื่ออัตราทนแรงดันไฟเพิ่มขึ้น โดยทั่วไปจะมีค่าระหว่าง 1 – 50 โวลต์

สำหรับตัวเก็บประจุแบบเซอรามิคจะบอกค่าความคลาดเคลื่อนเป็นเปอร์เซนหรือบอกค่าเป็น  “GMV” (GUARNTEED  MINIMUM  VALUE)  ซึ่งค่าที่บริษัทผู้ผลิตตัวเก็บประจุรับรองว่าตัวเก็บประจุที่ผลิตออกมานั้น  มีค่าความจุไม่น้อยกว่าค่าที่บอกไว้ ณ 25๐C เท่านั้น

            4.  อุณหภูมิ การพิจารณาตัวเก็บประจุไปใช้ในวงจร จะต้องคำนึงถึงคุณลักษณะทางไฟฟ้าที่เหมือนกัน ถึงแม้ว่าจะต่างชนิดกัน เช่น ใช้ตัวเก็บประจุแบบเซอรามิคแทนแบบไมก้า ต้องไม่ใช้ชนิดที่มีการชดเชยอุณหภูมิเป็นลบ (NEGATIVE TEMPERATURE COMPENSATING) จะทำให้เกิดการเสียหายในวงจร

วงจรใช้งานของตัวเก็บประจุ

            ในทางปฏิบัติ การต่อตัวเก็บประจุใช้งานนิยมต่อ 2 แบบ คือ

  1. แบบอนุกรม
  2. แบบขนาน

การต่อแบบอนุกรม

 

 

 

 

ภาพที่ 8.21  แสดงการต่อตัวเป็นประจุแบบอนุกรม

ผลการต่อตัวเก็บประจุแบบอนุกรม คือ

  1. ค่าความจุลดลง
  2. อัตราทนแรงดันไฟทนได้เท่ากับอัตราทนแรงดันไฟของตัวเก็บประจุแต่ละตัวรวมกันการคำนวณหาค่าความจุของตัวเก็บประจุ หาได้จากสูตร

                                     

 

 

                Ct  คือค่าความจุรวม

                C1 C2 C3   คือค่าความจุของตัวเก็บประจุแต่ละตัว

การต่อตัวเก็บประจุแบบนี้  ในทางปฏิบัติไม่นิยมต่อ นอกจากจำเป็นจริงๆ  ส่วนมากมักจะเลือกค่าที่ใกล้เคียงกันมาใช้แทนหรือถ้าหาค่าใกล้เคียงกันมาไม่ได้  จะใช้ค่าเท่ากันต่ออนุกรมกันเพื่อง่ายต่อการคำนวณตามสูตร  การคำนวณหาค่าความจุเท่ากันต่ออนุกรมกันตามตัวอย่าง

                                                 

 

 

                Ct         คือค่าความจุรวม

                        C          คือค่าความจุตัวใดตัวหนึ่ง

                         Cn        คือจำนวนตัวเก็บประจุที่นำมาต่อ

                        อัตราทนแรงดัน  =    อัตราทนแรงดันไฟของตัวเก็บประจุแต่ละตัวรวมกัน

ตัวอย่าง

  • ตัวเก็บประจุ 2 ตัว แต่ละตัวมีค่าความจุ 20 ไมโครฟารัด อัตราทนแรงดันไฟ 250 โวลต์ นำมาต่อกันแบบอนุกรม จะได้ค่าความจุ = 20 / 2  = 10 ไมโครฟารัด อัตราทนแรงดันไฟ จะได้ 250 + 250 = 500 โวลต์
  • ตัวเก็บประจุ 3 ตัว แต่ละตัวมีค่าความจุ 30 ไมโครฟารัด อัตราทนแรงดันไฟ 250 โวลต์ นำมาต่อกันแบบอนุกรม จะได้ค่าความจุ = 30 / 3 = 10 ไมโครฟารัด อัตราทนดันไฟ จะได้250 + 250 + 250 = 750 โวลต์

 

 

การต่อแบบขนาน

 

 

 

ภาพที่ 8.22 แสดงการต่อตัวเก็บประจุแบบขนาน

 

ผลการต่อตัวเก็บประจุแบบขนาน คือ

  • ค่าความจุเพิ่มขึ้นเท่ากับความจุของตัวเก็บประจุแต่ละตัวรวมกัน
  • อัตราทนแรงดันไฟเท่ากับตัวที่อัตราทนแรงดันไฟต่ำสุด

ตัวอย่าง ตัวเก็บประจุ 3 ตัว ต่อขนานกัน ตัวที่ 1 มีค่าความจุ 20 ไมโครฟารัด อัตราทน  แรงดันไฟ 150 โวลต์ ตัวที่ 2 มีค่าความจุ 10 ไมโครฟารัด อัตราทนแรงดันไฟ 450 โวลต์ ตัวที่ 3 มีค่าความจุ 20 ไมโครฟารัด อัตราทนแรงไฟ 600 โวลต์

สูตรการหาค่าความจุที่ต่อแบบขนาน คือ

                      Ct = C1 + C2 + C3 + ….. Ca

                      Ct คือค่าความจุรวม

                      C1 C2 C3 คือค่าความจุของตัวเก็บประจุแต่ละตัว

แทนค่า Ct = 20 + 10 + 20 = 50

อัตราทนแรงดันไฟ จะได้ = 150 โวลต์ (เท่ากับตัวที่มีอัตราทนแรงดันไฟต่ำสุด)

การทดสอบตัวเก็บประจุ  การทดสอบตัวเก็บประจุเพื่อต้องการทราบว่า คุณสมบัติของ ตัวเก็บประจุในการเก็บตัวประจุและคายประจุนั้นยังใช้งานได้หรือไม่ สามารถทำการทดสอบได้โดยการใช้โอห์มมิเตอร์ แต่ก่อนที่จะนำโอห์มมิเตอร์เข้าไปทดสอบตัวเก็บประจุ   จะต้องรู้อาการชำรุดของตัวเก็บประจุซึ่งมีดังนี้

  • ตัวเก็บประจุลัดวงจร
  • ตัวเก็บประจุรั่วหรือซึม
  • ตัวเก็บประจุขาด

นอกจากรู้อาการชำรุดหรือเสียของตัวเก็บประจุแล้ว ผู้ทดสอบต้องรู้ถึงการใช้เครื่องมือ   ในการทดสอบตัวเก็บประจุด้วยดังนี้

  • ตัวเก็บประจุที่ต่ออยู่ในวงจร การทดสอบตัวเก็บประจุที่ถูกใช้งานหรืออยู่ในวงจรต้องปลดขาใดขาหนึ่งของตัวเก็บประจุออกจากวงจรเพื่อทำการทดสอบ และถ้าตัวเก็บประจุนั้นถูกใช้งานใหม่ ๆ ก่อนที่จะทำการทดสอบด้วยโอห์มมิเตอร์ ให้ทำการคายประจุไฟฟ้าออกก่อน เพื่อป้องกันไม่ให้โอห์มมิเตอร์ชำรุด
  • ค่าความจุและอัตราทนแรงดันไฟของตัวเก็บประจุ ในการทดสอบตัวเก็บประจุเพื่อความแน่นอนในการทดสอบ ต้องคำนึงถึงค่าความจุของตัวเก็บประจุก่อนทดสอบ และเตรียมโอห์มมิเตอร์ให้ถูกต้อง เหมาะสมกับค่าความจุดังนี้
    • ค่าความจุตั้งแต่ 1000 ฟิกโกฟารัด – 1 ไมโครฟารัด เตรียมมิเตอร์ตำแหน่ง X10K
    • ค่าความจุตั้งแต่ 1 ไมโครฟารัด – 1000 ไมโครฟารัด เตรียมมิเตอร์ตำแหน่ง X1K
    • ค่าความจุตั้งแต่ 1000 ไมโครฟารัดขึ้นไป เตรียมมิเตอร์ตำแหน่ง X 10 หรือ X1
    • ถ้าตัวเก็บประจุมีค่าน้อยกว่า 1000 ฟิกโกฟารัด จะทดสอบด้วยโอห์มมิเตอร์ไม่ได้ ต้องทดสอบด้วยวิธีอื่น เช่น ทดสอบด้วยไฟสลับหรือไฟตรง
  • การใช้โอห์มมิเตอร์ทดสอบตัวเก็บประจุ จะต้องต่อเครื่องมือขนานกับตัวเก็บประจุ
  • การพิจารณาผลการทดสอบตัวเก็บประจุว่ามีการเก็บประจุและคายประจุดีหรือไม่นั้น ให้พิจารณาดังนี้
    • ถ้าทดสอบแล้วเข็มของมิเตอร์กระดิกขึ้นและค่อย ๆ ลดลงมาสุดสเกล แสดงว่าตัวเก็บประจุที่ทำการทดสอบนั้นดี แต่มีข้อสังเกตว่าเข็มของมิเตอร์กระดิกมากหรือน้อยแล้วแตความจุ ถ้าค่าความจุสูง เข็มจะกระดิกมาก ถ้าค่าความจุต่ำ เข็มจะกระดิกน้อย ในขณะที่เข็มกระดิกแล้วดูเข็มไม่ทันและจะทดสอบใหม่ ให้นำขาทั้งสองของตัวเก็บประจุแตะกันหรือจะสลับสายวัดก็ได้ ถ้าทดสอบด้วยโอห์มมิเตอร์ตำแหน่ง X10K ห้ามใช้มือจับสายวัดตรงส่วนที่เป็นตัวนำหรือจับขาของตัวประจุทั้งสองขา เพราะจะทำให้การทดสอบผิดพลาด
    • ถ้าเข็มของมิเตอร์กระดิกสุดสเกลและหยุดนิ่งอยู่ที่เดิมไม่ตีกลับ แสดงว่าตัวเก็บประจุนั้นเสียในลักษณะลัดวงจร
    • ถ้าเข็มของมิเตอร์กระดิกขึ้นสุดสเกลและลดลงแต่ไม่ถึงตำแหน่งเดิม แสดงว่าตัวเก็บประจุนั้นเสียในลักษณะรั่วซึม
    • ถ้าเข็มของมิเตอร์ไม่กระดิก แสดงว่าตัวเก็บประจุขาดหรือค่าความจุต่ำลง ทดสอบด้วยโอห์มมิเตอร์ไม่ได้ ต้องทดสอบด้วยวิธีอื่น

 

 

 

บทสรุป

ตัวเก็บประจุเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดหนึ่ง ประกอบด้วยแผ่นโลหะ 2 แผ่นวางไว้ใกล้กันมีแผ่นกั้นระหว่างโลหะทั้งสอง แผ่นกั้นเรียกว่า ไดอิเล็กตริก (DI-ELECTRIC) อาจใช้กระดาษ น้ำมัน ไมกา แทนทาลัม น้ำยาเคมี ฯลฯ

การทำงานของตัวเก็บประจุคือ จะเก็บประจุไฟฟ้าไว้ในตัว ถ้าต่อแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงให้กับตัวประจุ ตัวเก็บประจุคายประจุที่เก็บไว้ทันทีถ้าเรานำปลายขาทั้งสองของตัวเก็บประจุแตะกัน

ค่าความจุของตัวเก็บประจุเรียกว่าค่าความจุ มีหน่วยเรียกเป็นไมโครฟารัด ฟิกโกฟารัด  ตัวเก็บประจุนอกจากจะบอกค่าความจุแล้ว ยังบอกอัตราทนแรงดันไฟ อัตราทนแรงดันไฟคือความสามารถในการเก็บประจุของตัวเก็บประจุ อัตราทนแรงดันไฟจะบอกเป็นโวลต์ทางไฟฟ้ากระแสตรง (DC.V)

ตัวเก็บประจุที่ใช้อยู่ในวงจรไฟฟ้าและวงจรอิเล็กทรอนิกส์มีดังนี้

      1. ตัวเก็บประจุแบบค่าคงที่ นิยมเรียกตามแผ่นกั้นดังนี้

    • ตัวเก็บประจุแบบกระดาษ มีค่าความต้านทานในการเป็นฉนวนสูงเหมาะสำหรับวงจรที่มีความถี่ต่ำ จะมีความจุอยู่ในช่วง .001 – 1 ไมโครฟารัด ปัจจุบันตัวเก็บประจุแบบกระดาษใช้ไมลาร์ (MILAR) หรือเทฟลอน (TAFLON)
    • ตัวเก็บประจุแบบไมกา (MICA) ใช้ได้ดีในวงจรความถี่สูง อายุใช้งานทนทาน มีค่าความจุตั้งแต่ 1 ฟิกโกฟารัด - .01 ไมโครฟารัดตัวเก็บประจุแบบเซรามิค (CERAMIC) ใช้ได้ดีในวงจรความถี่เสียงและความถี่วิทยุ มีค่าความจุตั้งแต่ 10 ฟิกโกฟารัด – 1 ไมโครฟารัด
    • ตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรลิติก (ELECTROLYTIC) เป็นตัวเก็บประจุแบบมีขั้วบวกขั้วลบ ใช้ในย่านความถี่ต่ำและวงจรจ่ายแรงดันไฟมีค่าความจุสูงกว่าแบบอื่นๆ ตั้งแต่ 1 ไมโครฟารัด – 50,000 ไมโครฟารัด
    • ตัวเก็บประจุแบบแทนทาลัม (TANTALALUM) ตัวเก็บประจุแบบนี้มีเสถียรภาพในการทำงานดี ใช้แทนแบบอิเล็กโทรลิติก มีการรั่วซึมน้อยเหมาะสมที่จะใช้ในวงจรกรองกระแส
    • ตัวเก็บประจุแบบโพลีเอสเตอร์ (POLYESTER) มีคุณสมบัติและการใช้งานเช่นเดียวกับแบบกระดาษ สร้างความจุได้ถึง 10 ไมโครฟารัด
    • ตัวเก็บประจุแบบโพลีสไตริน (POLYSTYRENE) เป็นตัวเก็บประจุชั้นดี มีการสูญเสียน้อยใช้ในวงจรถ่ายเทความถี่วิทยุ
    • ตัวเก็บประจุแบบซิลเวอร์ไมกา (SILVER MICA) ตัวเก็บประจุแบบนี้มีเสถียรภาพสูง ใช้ในวงจรความถี่เสียงและความถี่วิทยุ
    • ตัวเก็บประจุแบบฟีดทรู (FEED THROUGH) ตัวเก็บประจุแบบนี้ใช้กรองความถี่รบกวนจากเครื่องยนต์ เหมาะสำหรับวิทยุรถยนต์
    • ตัวเก็บประจุแบบโพลีคาร์บอนเนต (POLYPROPYLENE) เป็นตัวเก็บประจุที่ใช้โลหะเป็นแผ่นกั้น มีค่าความต้านทานสูง ไม่เกิดการเหนี่ยวนำในตัวมันเองใช้ในวงจรหักเหของเครื่องรับวิทยุโทรทัศน์และวงจรพัลซ์ (PULSE)

2.    ตัวเก็บประจุแบบเปลี่ยนค่าได้ แบ่งตามลักษณะการใช้มือ

    • ใช้เป็นตัวเลือกความถี่ในเครื่องรับวิทยุทั่วไป ปัจจุบันนิยมหุ้มด้วยพลาสติก เรียกว่า PVC
    • ใช้เป็นตัวปรับแต่งวงจร เปลี่ยนค่าความจุได้น้อย เรียกว่าแพดเดอร์หรือ ทริมเมอร์ (PADDER หรือ TRIMMER)

การอ่านค่าความจุและอัตราทนแรงดันไฟของตัวเก็บประจุ  ผู้ผลิตจะบอกค่าความจุและอัตราทนแรงดันไฟดังนี้

  • บอกเป็นตัวเลข เช่น 100mF 6.3V
  • บอกเป็นรหัสสี การอ่านค่าความจุและอัตราทนแรงดันไฟ จะอ่านตามวิธีการอ่านค่าและจำรหัสสีได้บอกเป็นรหัสตัวเลข เช่น 203 เลข 3 ในหลักหน่วยจะบอกจำนวนเลข 0 ค่าที่อ่านได้จะมีหน่วยเรียกเป็นฟิกโกฟารัด

 

ตัวอย่าง 203 = 20000 PE ทำให้เป็นไมโครฟารัดได้ = .02 mF (20000 / 1,000000) แบบนี้ อัตราทนแรงดันไฟจะกำหนดเป็นมาตรฐานคือ 50V

          การเลือกตัวเก็บประจุใช้งาน ต้องคำนึงถึง

  • ชนิดของตัวเก็บประจุ การเลือกชนิดตัวเก็บประจุจะใช้แบบใดก็ได้ ยกเว้นวงจรกั้นกลาง (BUFFER) จะไม่ใช้แบบฟิล์มแทนกระดาษ เนื่องจากแรงดันไฟสูง ในวงจรใช้งานแบบทริมเมอร์หรือแพดเดอร์ ถ้าเป็นแกนอากาศ ควรหาแบบแกนอากาศแทน
  • อัตราทนแรงดันไฟของตัวเก็บประจุ ควรจะเลือกอัตราทนแรงดันไฟที่สูงไว้เพื่อความปลอดภัย แต่จะมีผลต่อขนาดและราคา
  • ค่าคลาดเคลื่อน ผู้ผลิตจะกำหนดค่าคลาดเคลื่อนไว้ที่ตัวเก็บประจุเป็นเปอร์เซ็นต์ เช่น ค่าความจุ 10 PF ± 10% ผู้ผลิตรับประกันว่าตัวเก็บประจุนี้มีค่าตั้งแต่ 9 DF – 11 DF ตามอัตราทนแรงดันไฟที่กำหนด 50 V ในอุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียสเท่านั้น ถ้านำไปใช้ในวงจรที่มีอุณหภูมิสูงกว่านี้ จะทำให้ค่าเปลี่ยนแปลงไป ดังนั้น ควรหลีกเลี่ยงการนำตัวเก็บประจุไปใช้ในที่มีอุณหภูมิสูงกว่าที่กำหนดไว้

วงจรบางวงจรออกแบบให้ใช้ตัวเก็บประจุแบบอเนกประสงค์ โดยใช้แบบทั่วไปอาจเอาตัวเก็บประจุแบบเซรามิคมาแทนไมกา หรือไมกาแทนเซรามิคถ้าตัวเก็บประจุแบบมีการชดเชยอุณหภูมิ ตัวที่นำมาใช้ก็ต้องเป็นแบบมีการชดเชยอุณหภูมิเช่นเดียวกัน

การทดสอบตัวเก็บประจุ เป็นการทดสอบว่าตัวเก็บประจุนั้นมีคุณสมบัติในการเก็บประจุได้หรือไม่   เป็นการทดสอบอาการดีเสียของตัวเก็บประจุนั่นเอง  การทดสอบตัวเก็บประจุนิยมใช้มัลลิมิเตอร์ ในตำแหน่งวัดค่าความต้านทาน อาการดีหรือเสียของตัวเก็บประจุคือ

    • ถ้าทดสอบแล้วเข็มตีขึ้นแล้วกลับตำแหน่งเดิม แสดงว่าตัวเก็บประจุดี
    • ถ้าทดสอบแล้วเข็มกระดิกในทุกตำแหน่ง แสดงว่าตัวเก็บประจุเสียในลักษณะขาด
    • ถ้าทดสอบแล้วเข็มมิเตอร์กระดิกขึ้นแล้วค้างอยู่ที่เดิม แสดงว่าตัวเก็บประจุเสียในลักษณะลัดวงจร
    • ถ้าทดสอบแล้วเข็มมิเตอร์กระดิกขึ้นและกระดิกกลับแต่ไม่ถึงตำแหน่งเดิม แสดงว่า   ตัวเก็บประจุเสียในลักษณะรั่วหรือซึม

     

• อาจารย์พันธ์ศักดิ์ พลอินทร์ • แผนกวิชาช่างอิเล็กทรอนิกส์ • วิทยาลัยเทคนิคสัตหีบ