ตัวเก็บประจุ Capacitor คืออะไร เบื้องต้น

ตัวเก็บประจุ หรือชื่อในภาษาอังกฤษว่า Capacitor คาปาซิเตอร์ บ้างเรียกว่า คอนเดนเซอร์ ซี แคป คือ อุปกรณ์ อิเล็กทรอนิกส์ ชนิดหนึ่ง ที่ถูกออกแบบ มาใช้ทำหน้าที่ เก็บพลังงานในรูปแบบของสนามไฟฟ้า โดยส่วนใหญ่สามารถพบได้บนแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ต่างๆ ได้แทบทุกวงจร โดยเจ้าตัวเก็บประจุนี้ เป็นอุปกรณ์ ที่มีความสำคัญตัวหนึ่งเลยก็ว่าได้ครับ ดังนั้นในบทความนี้เราจะมาทำความรู้จัก ความเข้าใจกับอุปกรณ์ตัวนี้กันครับ

สัญลักษณ์ของ ตัวเก็บประจุ

ตัวเก็บประจุ ?

สำหรับใครที่สงสัยและอยากจะทำความเข้าใจเกี่ยวกับ Capacitor หรือ ตัวเก็บประจุ ว่าโครงสร้างและหลักการการทำงานของตัวเก็บประจุ เป็นอย่างไร สามารถศึกษาได้จากบทความนี้ได้เลย

Capacitor หรือ ตัวเก็บประจุ เป็นอุปกรณ์ที่สำคัญในวงจรไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ ทำมาจาก 2 แผ่นตัวนำ(parallel conductive plates) คั้นกลางด้วย Dielectric ซึ่งเป็นวัสดุที่เป็นฉนวน ประกอบเข้าด้วยกัน เหมือนแซนวิช ดังรูป

สำหรับ ฉนวน Dielectric สามารถทำมาจากวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้าทั้งหลายเช่น พลาสติก ยาง เซรามิค แก้ว

ฉนวนแต่ละชนิดซึงเราสามารถวัดค่าความเป็นฉนวนได้ไม่เท่ากันขึ้นอยู่กับวัสดุนั้นๆ

โดย

C ขนาดของตัวเก็บประจุ หน่วยคือ Farad

A พื้นที่หน้าตัดของแผ่นตัวนำ

d ระยะห่างระหว่างแผ่นตัวนำ

εr dielectric’s relative permittivity เป็นค่าคงที่ของฉนวน ขึ้นอยู่กับชนิดของฉนวนนั้นๆเช่น

เราจะเห็นได้ว่า ยิ่ง εr หรือ A มีค่ามากก็จะทำให้สามารถเพิ่มความจุของตัวเก็บประจุทำให้มีค่าความจุมากขึ้น ในทางตรงกันข้ามหาก มีระยะห่าง d ระยะห่างระหว่างแผ่นตัวนำมากก็จะทำให้ตัวเก็บประจุมีค่าน้อย

หลักการทำงาน

ของ Capacitor หรือ ตัวเก็บประจุ

ก็คือ เมื่อนำตัวเก็บประจุไปต่อเข้ากับวงจรหรือแหล่งจ่ายไฟครบวงจร เราจะสังเกตได้ว่ากระแสไฟฟ้าไม่สามารถไหลผ่านตัวเก็บประจุได้ (มองเป็น Open Circuit) ก็เพราะว่าในตัวเก็บประจุมี ฉนวนกั้นอยู่

ในขณะเดียวกันก็เกิดประจุไฟฟ้าที่ไหลข้ามฉนวนไม่ได้ก็ติดอยู่ที่แผนตัวนำ ทำให้ด้านนั้นมีประจุไฟฟ้าลบ(Electron)เยอะ ส่วนแผนตัวนำด้านตรงข้ามก็กลายเป็นประจุไฟฟ้าด้านบวกเพราะ Electron ไหลไปอีกด้านหนึ่งจำนวนมาก

การที่มีประจุติดอยู่ที่แผนตัวนำของ ตัวเก็บประจุ ได้ก็เพราะว่า แต่ละด้านมีประจุไฟฟ้าที่เป็นขั้วตรงกันข้ามกันทำให้เกิดสนามไฟฟ้า electric field ดึงดูดซึ่งกันและกัน (+ และ - ดึงดูดกัน) ซึ่งทำให้ตัวเก็บประจุสามารถเก็บพลังงานศักย์ หรือ แรงดัน (Voltage) ไว้ได้

ตัวเก็บประจุ แต่ละชนิด

สามรถแบ่งออกได้เป็น 3ชนิด ดังนี้

1. ตัวเก็บประจุแบบค่าคงที่(Fixed Capacitor)

คือตัวเก็บประจุที่ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงค่าได้ โดยปกติจะมีรูปลักษณะเป็นวงกลม หรือเป็นทรงกระบอก ซึ่งมักแสดงค่าที่ตัวเก็บประจุ เช่น 5 พิโกฟารัด (pF) 10 ไมโครฟารัด (

F) แผ่นเพลทตัวนำมักใช้โลหะและมีไดอิเล็กตริกประเภท ไมก้า เซรามิค อิเล็กโตรไลติกคั่นกลาง เป็นต้น การเรียกชื่อตัวเก็บประจุแบบค่าคงที่นี้จะเรียกชื่อตามไดอิเล็กตริกที่ใช้ เช่น ตัวเก็บประจุชนิดอิเล็กโตรไลติก ชนิดเซรามิค ชนิดไมก้า เป็นต้น ตัวเก็บประจุแบบค่าคงที่มีใช้งานในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปมีดังนี้คือ

ภาพแสดงตัวเก็บประจุแบบค่าคงที่

ชนิดอิเล็กโตรไรต์ (Electrolyte Capacitor) เป็นที่นิยมใช้กันมากเพราะให้ค่าความจุสูง มีขั้วบวกลบ เวลาใช้งานต้องติดตั้งให้ถูกขั้ว โครงสร้างภายในคล้ายกับแบตเตอรี่ นิยมใช้กับงานความถี่ต่ำหรือใช้สำหรับไฟฟ้ากระแสตรง มีข้อเสียคือกระแสรั่วไหลและความผิดพลาดสูงมาก

รูปแสดงตัวเก็บประจุชนิดอิเล็กโตรไลด์

ชนิดแทนทาลั่มอิเล็กโตรไลด์ (Tantalum Electrolyte Capacitor) ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องการความผิดพลาดน้อยใช้กับไฟฟ้ากระแสตรงได้อย่างมีประสิทธิภาพ มักจะใช้ตัวเก็บประจุชนิดแทนทาลั่มอิเล็กโตรไลต์แทนชนิดอิเล็กโตรไลต์ธรรมดา เพราะให้ค่าความจุสูงเช่นกัน โครงสร้างภายในประกอบด้วยแผ่นตัวนำทำมาจากแทนทาลั่มและแทนทาลั่มเปอร์ออกไซค์อีกแผ่น นอกจากนี้ยังมีแมงกานิสไดออกไซค์ เงิน และเคลือบด้วยเรซิน ดังรูปที่ 5

รูปแสดงตัวเก็บประจุชนิดแทนทาลั่มอิเล็กโตรไลด์

ชนิดไบโพล่าร์ (Bipolar Capacitor) นิยมใช้กันมากในวงจรภาคจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงเครื่องขยายเสียง เป็นตัวเก็บประจุจำพวกเดียวกับชนิดอิเล็กโตรไลต์ แต่ไม่มีขั้วบวกลบ บางครั้งเรียกสั้น ๆ ว่า ไบแคป

รูป แสดงตัวเก็บประจุชนิดไบโพล่าร์

ชนิดเซรามิค (Ceramic Capacitor) เป็นตัวเก็บประจุที่มีค่าไม่เกิน 1 ไมโครฟารัด (

F) นิยมใช้กันทั่วไปเพราะมีราคาถูก เหมาะสำหรับวงจรประเภทคัปปลิ้งความถี่วิทยุ ข้อเสียของตัวเก็บประจุชนิดเซรามิคคือมีการสูญเสียมาก

รูปแสดงตัวเก็บประจุชนิดเซรามิค

ชนิดไมล่าร์ (Mylar Capacitor) เป็นตัวเก็บประจุที่มีค่ามากกว่า 1 ไมโครฟารัด (

F) เพราะฉะนั้นในงานบางอย่างจะใช้ไมล่าร์แทนเซรามิค เนื่องจากมีเปอร์เซ็นต์ความผิดพลาดและการรั่วไหลของกระแสน้อยกว่าชนิดเซรามิค เหมาะสำหรับวงจรกรองความถี่สูง วงจรภาคไอเอฟของวิทยุ, โทรทัศน์ ตัวเก็บประจุชนิดไมล่าร์จะมีตัวถังที่ใหญ่กว่าเซรามิคในอัตราทนแรงดันที่เท่ากัน

รูปแสดงตัวเก็บประจุชนิดไมล่าร์

ชนิดฟีดทรู (Feed-through Capacitor) ลักษณะโครงสร้างเป็นตัวถังทรงกลมมีขาใช้งานหนึ่งหรือสองขา ใช้ในการกรองความถี่รบกวนที่เกิดจากเครื่องยนต์มักใช้ในวิทยุรถยนต์

รูปแสดงตัวเก็บประจุชนิดฟีดทรู

ชนิดโพลีสไตรีน (Polystyrene Capacitor) เป็นตัวเก็บประจุที่มีค่าน้อยระดับนาโนฟารัด (nF) มีข้อดีคือให้ค่าการสูญเสียและกระแสรั่วไหลน้อยมาก นิยมใช้ในงานคัปปลิ้งความถี่วิทยุและวงจรจูนที่ต้องการความละเอียดสูง จัดเป็นตัวเก็บประจุระดับเกรด A

รูปแสดงตัวเก็บประจุชนิดโพลีสไตรีน

ชนิดซิลเวอร์ไมก้า (Silver Mica Capacitor) เป็นตัวเก็บประจุที่มีค่า 10 พิโกฟารัด (pF) ถึง 10 นาโนฟารัด (nF) เปอร์เซ็นต์ความผิดพลาดน้อย นิยมใช้กับวงจรความถี่สูง จัดเป็นตัวเก็บประจุระดับเกรด A อีกชนิดหนึ่ง

รูปแสดงตัวเก็บประจุชนิดซิลเวอร์ไมก้า

2. ตัวเก็บประจุแบบปรับค่าได้ (Variable Capacitor)

ค่าการเก็บประจุจะเปลี่ยนแปลงไปตามการเคลื่อนที่ของแกนหมุน โครงสร้างภายในประกอบด้วย แผ่นโลหะ 2 แผ่นหรือมากกว่าวางใกล้กัน แผ่นหนึ่งจะอยู่กับที่ส่วนอีกแผ่นหนึ่งจะเคลื่อนที่ได้ ไดอิเล็กตริกที่ใช้มีหลายชนิดด้วยกันคือ อากาศ ไมก้า เซรามิค และพลาสติก เป็นต้น

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

3. ตัวเก็บประจุแบบเลือกค่าได้ (Select Capacitor)