คาปาซิเตอร์ (Capacitor)

โดย : Admin

ตัวเก็บประจุ หรือ คาปาซิเตอร์ (Capacitor) คืออะไร

ตัวอย่างคาปาซิเตอร์ จากกลูเกิล

ตัวเก็บประจุ หรือ คาปาซิเตอร์ หรือ แค๊ปปาซิเตอร์  (Capacitor) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการเก็บประจุ(Charge) และสามารถคายประจุ(Discharge)ได้ ซึ่งนิยมนำมาประกอบในวงจรทางด้านไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป  ตัวอย่างเช่นวงจรกรองกระแส ( Filter ) วงจรผ่านสัญญาณ ( By-pass ) วงจรสตาร์ทเตอร์ (Starter) วงจรถ่ายทอดสัญญาณ (Coupling) ฯลฯ เป็นต้น


ตัวเก็บประจุแบ่งออกเป็น 3 ชนิดคือ แบบค่าคงที่ แบบเปลี่ยนแปลงค่าได้และแบบเลือกค่าได้ ตัวเก็บประจุเรียกอีกอย่างหนึ่งว่าคอนเดนเซอร์หรือเรียกย่อ ๆ ว่าตัวซี (C) หรือ แค๊ป (cap)  หน่วยของตัวเก็บประจุคือ ฟารัด (Farad)

ลักษณะโครงสร้าง .... ตัวเก็บประจุ (Capacitor) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการเก็บประจุ(Charge) และสามารถคายประจุ(Discharge) ได้โดยนำสารตัวนำ 2 ชิ้นมาวางในลักษณะขนานใกล้ ๆ กัน แต่ไม่ได้ต่อถึงกัน ระหว่างตัวนำทั้งสองจะถูกกั้นด้วยฉนวนที่เรียกว่าไดอีเล็กตริก (Dielectric) ซึ่งไดอิเล็กตริกนี้อาจจะเป็นไปได้หลายอย่าง เช่น อากาศ ไมก้า พลาสติก เซรามิคหรือสารที่มีสภาพคล้ายฉนวนอื่น ๆ เป็นต้น โครงสร้างและสัญลักษณ์ของตัวเก็บประจุแสดงดังรูป

ตัวอย่าง รูปโครงสร้างคาปาซิเตอร์ เมื่อค้นหาจากกลูเกิล
 


1)คือจุดที่ต่อใช้งานกับวงจร  2)คือสารตัวนำที่เป็นแผ่นเพลท 3)  หมายถึงฉนวน ในตัวอย่างนี้คืออากาศ
 

รูปแสดงการเกิดความจุจากการป้อนแรงเคลื่อนไฟฟ้า

ความจุทางไฟฟ้าเกิดจากการป้อนแรงเคลื่อนให้กับขั้วทั้งสองของจุดที่ต่อใช้งานของสารตัวนำซึ่งจะทำให้เกิดความต่างศักย์ทางไฟฟ้า สนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นบนสารตัวนำที่เป็นแผ่นเพลท จะทำให้เกิดค่าความจุทางไฟฟ้าขึ้น ซึ่งลักษณะนี้เรียกว่าการเก็บประจุ (Charge) เมื่อต้องการนำไปใช้งานเรียกว่าการคายประจุ (Discharge) ประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นบริเวณแผ่นเพลทมีหน่วยเป็นคูลอมป์ (Coulomb) ส่วนค่าความจุทางไฟฟ้ามีหน่วยเป็นฟารัด (Farad)

 

ปัจจัยที่มีผลต่อค่าการเก็บประจุ

1) พื้นที่หน้าตัดของสารตัวนำที่เป็นแผ่นเพลท เขียนแทนด้วยอักษร A ถ้าพื้นที่หน้าตัดมากแสดงว่าสามารถเก็บประจุได้มาก ถ้าพื้นที่หน้าตัดน้อยแสดงว่าเก็บประจุได้น้อย เพราะฉะนั้นจะเห็นได้ว่าในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปนั้นจะประกอบไปด้วยตัวเก็บประจุขนาดเล็กและขนาดใหญ่จำนวนมาก ตัวเก็บประจุที่มีขนาดใหญ่จะเก็บประจุได้มากเพราะมีพื้นที่หน้าตัดมากนั่นเอง
 

2)ระยะห่างระหว่างแผ่นเพลททั้งสอง เขียนแทนด้วยอักษร d ถ้าอยู่ในตำแหน่งที่ใกล้กัน ความจุจะมีค่ามาก ถ้าอยู่ในตำแหน่งที่ไกลกันความจุจะมีค่าน้อย

3) ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ ค่าคงที่ของไดอิเล็กตริกเป็นค่าที่ใช้แสดงถึงความสามารถในการที่จะทำให้เกิดเส้นแรงแม่เหล็กขึ้นเมื่อนำวัสดุต่างชนิดกันมาทำเป็นฉนวนคั่นระหว่างแผ่นเพลท ค่าคงที่ของไดอิเล็กตริกแต่ละตัวจะแตกต่างกันออกไป ดังนั้นตัวเก็บประจุที่ใช้ไดอิเล็กตริกต่างกันถึงแม้จะมีขนาดเท่ากัน ค่าความจุและอัตราทนแรงดันอาจแตกต่างกันออกไป สุญญากาศเป็นไดอิเล็กทริกที่มีประสิทธิภาพน้อยที่สุดเมื่อเทียบกับวัสดุชนิดอื่น การจ่ายแรงเคลื่อนไฟฟ้ามากเกินพิกัด อาจทำให้ไดอิเล็กตริกสูญสภาพจากฉนวนกลายเป็นตัวนำได้

 

 ตารางแสดงค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของวัสดุชนิดต่าง ๆ

 
สัญลักษณ์ของคาปาซิเตอร์  ที่พบเห็นบ่อยๆในวงจรไฟฟ้และอิเล็คทรอนิกส์

 

ชนิดของตัวเก็บประจุ

ตัวเก็บประจุที่ผลิตออกมาในปัจจุบันมีมากมาย เราสามารถแบ่งชนิดของตัวเก็บประจุตามลักษณะทางโครงสร้างหรือตามสารที่นำมาใช้เป็นไดอิเล็กตริก การแบ่งโดยใช้สารไดอิเล็กตริกเป็นวิธีการที่ค่อนข้างละเอียดเพราะว่าค่าไดอีเล็กตริกจะเป็นตัวกำหนดค่าตัวเก็บประจุตัวนั้น ๆ ว่าจะนำไปใช้งานในลักษณะใด ทนแรงดันเท่าใด แต่ถ้าหากแบ่งตามระบบเก่าที่เคยแบ่งกันมาจะสามารถแบ่งตัวเก็บประจุได้เป็น 3 ชนิดด้วยกันคือ
1. ตัวเก็บประจุแบบค่าคงที่(Fixed Capacitor)
2. ตัวเก็บประจุแบบปรับค่าได้ (Variable Capacitor)
3. ตัวเก็บประจุแบบเลือกค่าได้ (Select Capacitor)
 

ตัวเก็บประจุแบบค่าคงที่ (Fixed Capacitor)

ตัวเก็บประจุที่ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงค่าได้ โดยปกติจะมีรูปลักษณะเป็นวงกลมหรือเป็นทรงกระบอก ซึ่งมักแสดงค่าที่ตัวเก็บประจุ เช่น 5 พิโกฟารัด (pF) 10 ไมโครฟารัด ( F)   ส่วนแผ่นเพลทตัวนำมักใช้โลหะและมีไดอิเล็กตริกประเภท ไมก้า เซรามิค อิเล็กโตรไลติกคั่นกลาง เป็นต้น

การเรียกชื่อตัวเก็บประจุแบบค่าคงที่นี้จะเรียกชื่อตามไดอิเล็กตริกที่ใช้ เช่น ตัวเก็บประจุชนิดอิเล็กโตรไลติก ชนิดเซรามิค ชนิดไมก้า เป็นต้น ตัวเก็บประจุแบบค่าคงที่มีใช้งานในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปมีดังนี้คือ

       -  ชนิดอิเล็กโตรไลต์ (Electrolyte Capacitor)   คาปาซิเตอร์ชนิดนี้จะเป็นแบบที่นิยมใช้กันมากเพราะให้ค่าความจุสูง มีขั้วบวกลบ เวลาใช้งานต้องติดตั้งให้ถูกขั้ว โครงสร้างภายในคล้ายกับแบตเตอรี่ นิยมใช้กับงานความถี่ต่ำหรือใช้สำหรับไฟฟ้ากระแสตรง  ส่วนข้อด้วยคือกระแสรั่วไหลและความผิดพลาดสูงมาก

ตัวเก็บประจุชนิดนี้จะมีค่าความจุอยู่ในช่วง 1 uF - 30,000 uFขึ้นไป และมีการใช้งานที่แรงดันตามที่ระอยู่บนตัวมันอยู่แล้วเช่น 10V , 16V , 25V, 50V 100V

 

 

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



 

       - ชนิดแทนทาลั่มอิเล็กโตรไลด์ (Tantalum Electrolyte Capacitor) ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องการความผิดพลาดน้อยใช้กับไฟฟ้ากระแสตรงได้อย่างมีประสิทธิภาพ มักจะใช้ตัวเก็บประจุชนิดแทนทาลั่มอิเล็กโตรไลต์แทนชนิดอิเล็กโตรไลต์ธรรมดา เพราะให้ค่าความจุสูงเช่นกัน

โครงสร้างภายในประกอบด้วยแผ่นตัวนำทำมาจากแทนทาลั่มและแทนทาลั่มเปอร์ออกไซค์อีกแผ่น นอกจากนี้ยังมีแมงกานิสไดออกไซค์ เงิน และเคลือบด้วยเรซิน ดังรูป

	- ตัวเก็บประจุเซรามิค Ceramic Capacitors ตัวเก็บประจุชนิดนี้จะมีขนาดเล็ก ไม่มีขั้ว ค่าความจุต่ํา อยู่ในช่วง พิโก - นาโน (pF - nF )  มีค่าไม่เกิน 1 ไมโครฟารัด แต่โดยทั่วไปจะใช้งานที่แรงดันที่ 50V 100V 1000V ขึ้นอยู่กับขนาดของคาปาซิเตอร์    ปกติแล้ว ตัวเก็บประจุชนิดนี้จะใช้ในงานกรองความถี่พบมากในพวกเครื่องรับ-ส่งวิทยุ และวงจรทั่วไป  ***  การอ่านค่าต้องดูที่โค๊ด code
	- ตัวเก็บประจุโพลีเอสเตอร์ (ไมล่า) mylar capacitor ตัวเก็บประจุชนิดนี้จะมีขนาดใหญ่ชึ้นมา เป็นตัวเก็บประจุแบบไม่มีขั้ว ค่าความจุจะสูงกว่าแบบ เซรามิคขึ้นมา  อาจจะค่าอยู่ในช่วง นาโน -10 ไมโคร(nF - 10uF ) และการใช้งานจะอยู่ที่ 50V , 100V หรือมากกว่า การอ่านค่าจะเขียนอยู่ในรูปแบบ code การใช้งานจะคล้ายกับตัวเก็บประจุแบบเซรามิค
	- ชนิดฟีดทรู (Feed-through Capacitor) ลักษณะโครงสร้างเป็นตัวถังทรงกลมมีขาใช้งานหนึ่งหรือสองขา ใช้ในการกรองความถี่รบกวนที่เกิดจากเครื่องยนต์มักใช้ในวิทยุรถยนต์    - ชนิดโพลีสไตรีน (Polystyrene Capacitor) เป็นตัวเก็บประจุที่มีค่าน้อยระดับนาโนฟารัด (nF) มีข้อดีคือให้ค่าการสูญเสียและกระแสรั่วไหลน้อยมาก นิยมใช้ในงานคัปปลิ้งความถี่วิทยุและวงจรจูนที่ต้องการความละเอียดสูง จัดเป็นตัวเก็บประจุระดับเกรด A
	- ตัวเก็บประจุโพลี  Polyester capacitor ตัวเก็บประจุชนิดนี้อาจแบ่งได้หลายแบบเช่น โพลีเอสเตอร์ โพลีคาร์บอนเนต โพลีโพไฟลีน  ค่าความจุจะอยู่ในช่วง นาโน - ไมโคร เช่นเดียวกับ ตัวเก็บประจุไมล่าการใช้งานแรงดัน อยู่ในช่วง 50V - 100 V หรือมากกว่า   ซึ่งจะเขียนติดไว้ที่ตัวเก็บประจุอยู่แล้วและค่าตัวเก็บประจุ จะพิมพ์อยู่บนตัวเก็บประจุเลย โดยอาจจะเป็นค่า pF หรือ uF ขึ้นอยู่กับค่าความจุในการใช้งานส่วนมากจะใช้งานในระบบเสียง เสียงเครื่องเสียง ระบบความคุม เป็นต้น
	- ชนิดซิลเวอร์ไมก้า (Silver Mica Capacitor) เป็นตัวเก็บประจุที่มีค่า 10 พิโกฟารัด (pF) ถึง 10 นาโนฟารัด (nF) เปอร์เซ็นต์ความผิดพลาดน้อย นิยมใช้กับวงจรความถี่สูง จัดเป็นตัวเก็บประจุระดับเกรด A อีกชนิดหนึ่ง

 

ตัวเก็บประจุแบบปรับค่าได้ (Variable Capacitor)

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

 

 

ตัวเก็บประจุแบบเลือกค่าได้ (Select Capacitor)
          คือตัวเก็บประจุในตัวถังเดียว แต่มีค่าให้เลือกใช้งานมากกว่าหนึ่งค่าดังแสดงในรูป

หน่วยความจุของคาปาซิเตอร์

 

ค่าความจุของตัวเก็บประจุหมายถึงความสามารถในการเก็บประจุไฟฟ้าซึ่งมีหน่วยเป็นฟารัด (Farad) เขียนแทนด้วยอักษรภาษาอังกฤษด้วยตัวเอฟ(F)
ตัวเก็บประจุที่มีความสามารถในการเก็บประจุได้ 1 ฟารัดหมายถึงเมื่อป้อนแรงเคลื่อนจำนวน 1 โวลท์ จ่ายกระแส 1 แอมแปร์ ในเวลา 1 นาที ให้กับแผ่นเพลททั้งสอง สามารถเก็บประจุไฟฟ้าได้ 1 คูลอมบ์

ในงานไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์จะไม่ค่อยนิยมใช้ตัวเก็บประจุที่มีค่ามากเป็นฟารัด เพราะฉะนั้นค่าของตัวเก็บประจุที่พบในวงจรต่าง ๆ จึงมีค่าเพียงไมโคร นาโน และพิโกฟารัด ค่าต่าง ๆ สามารถแสดงค่าได้ดังนี

 

การอ่านค่าตัวเก็บประจุ และการแปลงค่าของตัวเก็บประจุ

ดังที่กว่าไปแล้วว่าหน่วยของตัวเก็บประจุคือ F (ฟารัส) แต่ตัวเก็บประจุที่ใช้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ จะมีค่าต่ําๆเป็น u(ไมโคร) n(นาโน) p(พิโก) ซึ่งหน่วยดังกล่าวสามารถแปลงกลับไปกลับมาได้ เช่น หากไปซื้อตัวเก็บประจุแล้วทาง ร้านบอกค่ามาเป็น n(นาโน) เราก็สามารถแปลงเป็น
p(พิโก) ได้ หรือ การอ่านค่าตัวเก็บประจุบางชนิดซึ่งอาจจะอ่านเป็นค่า n(นาโน) เราก็สามารถแปลง
มาเป็น p(พิโก) หรือ u(ไมโคร) ได้การเทียบหน่วยของตัวเก็บประจุ

1 ฟารัส (1F) = 1,000,000 ไมโครฟารัส (1,000,000uF)
1 ไมโครฟารัส(1uF) = 1,000 นาโนฟารัส(1,000nF)
1 นาโนฟารัส (1nF) = 1,000 พิโกฟารัส(1,000pF)

การอ่านค่าตัวเก็บประจุแบบต่างๆ โดยทั่วไปแล้วตัวเก็บประจุชนิด เซรามิก หรือ ไมล่า จะเขียน
โคด(code) รหัสแสดงการบอกค่าความจุของตัวเก็บประจุ โดยจะแสดงในรูปของจํานวนตัวเลข 3
ตัว เช่น 103 ในการแปลงค่า2หลักแรก(10) จะเป็นค่าคงที่ ส่วนหลักที่ 3(3) จะแทนจํานวนเลข ศูนย์(0) เท่ากับจํานวนนั้น และหน่วยที่ทําการ อ่านจากรหัสเหล่านี้จะเป็น พิโก (p) เสมอ เช่น

103 จะเขียนเป็น 10,000pF
221 จะเขียนเป็น 220pF
253 จะเขียนเป็น 25,000pF เป็นต้น

จากนั้นเราก็จะเแปลงเป็นหน่วยอื่นได้ตามที่ต้องการ

แต่จะมีวีแปลงจากรหัสเหล่านี้ไปอยู่ในรูปของ ไมโคร (uF) ได้โดยเราจะมองที่หลักสุดท้ายคือ
    ลงท้ายด้วย 1 จะเป็น 0.000 เช่น 231 จะเป็น 0.00023uF (230pF)
    ลงท้ายด้วย 2 จะเป็น 0.00 เช่น 232 จะเป็น 0.0023uF (2300pF)
    ลงท้ายด้วย 3 จะเป็น 0.0 เช่น 233 จะเป็น 0.023uF (23000pF)
    ลงท้ายด้วย 4 จะเป็น 0. เช่น 234 จะเป็น 0.23uF(230000pF)

** แต่ในตัวเก็บประจุเซรามิคอาจจะเป็นตัวเลขตัวเดียว เช่น 1 2 แสดงถึงค่า 1pF 2PF ได้เลย

การอ่านค่าความจุสามารถกระทำได้ตามวิธีที่อธิบายดังกล่าว แต่ในปัจจุบันตัวเก็บประจุได้ผลิตออกมามากมาย วิธีการอ่านก็มีหลากหลายวิธีมาก ดังนั้นจะขอแสดงรูปและอธิบายวิธีการอ่านแต่ละตัวพอสังเขป เพื่อเป็นแนวทางในการศึกษาต่อไป นอกจากนี้ตัวเก็บประจุได้แสดงค่าผิดพลาดและอัตราทนแรงดันไว้บนตัวเป็นอักษรภาษาอังกฤษเอาไว้แต่ละตัวมีความหมายดังนี้คือ

          ตารางแสดงอักษรที่บอกค่าผิดพลาดและอัตราทนแรงดันบนตัวเก็บประจุ

อักษรตัวที่ 1	ค่าความผิดพลาด (%)	อักษรตัวที่ 2	อัตราทนแรงดัน (VDC)
D	5	A	50
F	1	B	125
G	2	C	160
H	2.5	D	250
J	5	E	350
K	10	G	700
M	20	H	1,000

 

ตัวเก็บประจุนี้มีความจุ 100 uF ค่าผิดพลาด 5 เปอร์เซ็นต์ อัตราทนแรงไฟ 40 V ผลิตที่ประเทศเยอรมัน MF หมายถึง ไมโครฟารัด D ค่าผิดพลาด 5 เปอร์เซ็นต์ W-GERMANY ประเทศผู้ผลิต  ------------------------------ ตัวเก็บประจุนี้มีความจุ 0.01 uF B อัตราทนแรงดัน 125 V 103 มีความหมายดังนี้คือ 1 หมายถึงตัวตั้งตัวที่ 1 0 หมายถึงตัวตั้งตัวที่ 2 3 หมายถึงเติม 0 ไป 3 ตัว อ่านค่าได้ 10,000 pF หรือ 0.01uF K ค่าผิดพลาด 10 เปอร์เซ็นต์ ----------------------------- ตัวเก็บประจุนี้มีความจุ 0.05 uF ค่าผิดพลาด 10 เปอร์เซ็นต์ 503 มีความหมายดังนี้คือ 5 หมายถึงตัวตั้งตัวที่ 1 0 หมายถึงตัวตั้งตัวที่ 2 3 หมายถึงเติม 0 ไป 3 ตัว อ่านค่าได้ 50,000 pF หรือ 0.05uF A อัตราทนแรงดัน 50 V

ตัวเก็บประจุนี้มีความจุ 150 uF อัตราทนแรงไฟ 100 V uF หมายถึง ไมโครฟารัด   ------------------------------ ตัวเก็บประจุนี้มีความจุ 0.1 uF ค่าผิดพลาด 0.1 เปอร์เซ็นต์ uFหมายถึง ไมโครฟารัด 63 หมายถึงอัตราทนแรงดันไฟ 63 V B ค่าผิดพลาด 0.1 เปอร์เซ็นต์ ------------------------------ ตัวเก็บประจุนี้มีความจุ 0.02 uF ค่าผิดพลาด 10 เปอร์เซ็นต์ อัตราทนแรงไฟ 60 V กรณีที่มีจุดทศนิยมนำหน้าให้อ่าน หน่วยออกมาเป็นไมโครฟารัด K ค่าผิดพลาด 10 เปอร์เซ็นต์

 

ในกรณีที่ตัวเก็บประจุแสดงค่าเป็นแถบสีนิยมใช้กับตัวเก็บประจุชนิดแทนทาลั่มซึ่งจะมีแบบ 3 แถบสี และ 5 แถบสี วิธีการก็จะคล้าย ๆ กับการอ่านค่าแถบสีของตัวต้านทาน โดยจะแสดงรูปและอธิบายวิธีการอ่านแต่ละตัวพอสังเขป เพื่อเป็นแนวทางในการศึกษาต่อไปดังนี้
 

 

 

 

 

 

เนื้อหาโดย: 9engineer.com (https://9engineer.com/)