ตัวเก็บประจุ Capacitor

 ตัวเก็บประจุ (Capacitor) เป็นอุปกรณ์ที่เห็นทั่วไปในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ตัวเก็บประจุมีคุณสมบัติเก็บประจุไฟฟ้าใว้ในตัวของมันเองเปรียบเหมือนแบทเตอรี่ตัวหนึ่งในวงจร  ตัวเก็บประจุจะค่อยๆเก็บประจุเมื่อมีแรงดันจ่ายเข้าไปถึงจุดจุดหนึ่งเมื่อแรงดันลดลงตัวเก็บประจุจะคายประจุออกมาเป็นอย่านี้ไปเรื่อยๆ จึงนิยมนำตัวเก็บประจุไปใช้ในวงจรกรองกระแสตรง วงจรกรองความถี่ วงจรคับปิ้งสัญญาณ เป็นต้น

ลักษณะตัวเก็บประจุ

คุณสมบัติอีกอย่างหนึ่งของตัวเก็บประจุคือมันจะกันไฟฟ้ากระแสตรงและจะยอมให้ผ้านเฉพาะไฟฟ้ากระแสสลับเท่านั้น ตัวเก็บประจุ หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่าคอนเดนเซอร์ (Condenser) หรือเรียกสั้นๆว่า (C) 

โครงสร้างภายในตัวเก็บประจุประกอบไปด้วยแผ่นโลหะตัวนำสองแผ่นถูกขั้นไว้ด้วยสารไดอิเล็กตริกดังแสดงในรูปด้านล่าง

โครงสร้างพื้นฐานของตัวเก็บประจุ

สารไดอิเล็กตริกที่นิยมนำมาใช้ทำตัวเก็บประจุ ได้แก่ อากาศ กระดาษ น้ำมัน เซรามิก ไมก้า (mica) น้ำยาอิเล็กทรอไลต์ พลาสติก หรือเทฟลอน (teflon) สัญลักษณ์ทางไฟฟ้าของตัวเก็บประจุแสดงในรูปด้านล่าง

สัญลักษณ์ตัวเก็บประจุ 

 ตัวเก็บประจุ แต่ละตัวมีความสามารถในการสะสมความจุพลังงานมากน้อยไม่เท่ากันซึ่งค่าความจุมีหน่วยเป็นฟารัด (farad หรือตัวย่อ F) โดยตั้งชื่อให้เป็นเกียรติแก่นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ชื่อไมเคิล ฟาราเดย์ (MichaelFaraday) ค่าความจุของตัวเก็บประจุในทางกายภาพนั้นขึ้นอยู่กับปัจจัย 3 ประการคือ

• พื้นที่ส่วนที่ซ้อนกันของแผ่นตัวนำ

• ระยะห่างระหว่างแผ่นตัวนำ

• ชนิดของไดอิเล็กตริกที่นำมาใช้ทำตัวเก็บประจุ

พื้นที่ส่วนที่ซ้อนกันของแผ่นตัวนำ เป็นปัจจัยหนึ่งที่ใช้ในการกำหนดขนาดของค่าความจุ โดยถ้าเราวางแผ่นตัวนำซ้อนกันเต็มแผ่นตามรูปที่ (ก) ตัวเก็บประจุก็สามารถเก็บประจุไฟฟ้าได้มาก แต่ถ้าเราวางแผ่นตัวนำให้ซ้อนกันน้อย ดังรูปที่ (ข) ก็จะทำให้ตัวเก็บประจุสามารถเก็บประจุไฟฟ้าได้ลดน้อยลง ถ้าพื้นที่ของแผ่นตัวนำมีขนาดเล็กก็จะทำให้ตัวเก็บประจุสามารถเก็บประจุไฟฟ้าได้น้อย ในทางตรงกันข้าม ถ้าพื้นที่ของแผ่นตัวนำมีขนาดใหญ่ ก็จะทำให้ตัวเก็บประจุสามารถเก็บประจุไฟฟ้าได้มากด้วย

(ก) เมื่อแผ่นตัวนำซ้อนกันเต็มพื้นที่ ค่าความจุมาก          (ข) เมื่อแผ่นตัวนำซ้อนกันไม่เต็มพื้นที่ ค่าความจุน้อย

ลักษณะพื้นที่ส่วนที่อยู่ซ้อนกันของแผ่นตัวนำที่มีผลต่อค่าความจุ

ระยะห่างระหว่างแผ่นตัวนำ จะมีผลต่อปฏิกิริยาระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสอง โดยถ้าเราวางแผ่นตัวนำทั้งสองให้มีระยะห่างน้อย จะทำให้ค่าความจุเพิ่มมากขึ้น (ก) แต่ถ้าเราเลื่อนแผ่นตัวนำทั้งสองออกให้มีระยะห่างกันมากๆ จะมีผลทำให้ค่าความจุลดลง ดังรูป (ข)

(ก) ระยะห่างน้อย ค่าความจุมาก                              (ข) ระยะห่างมาก ค่าความจุน้อย

ระยะห่างระหว่างแผ่นตัวนำที่มีต่อค่าความจุ

ชนิดของไดอิเล็กตริกที่นำมาใช้ทำตัวเก็บประจุค่า เพอร์มิตติวิตี้หรือสภาพยอม (สัญลักษณ์คือ ε) ของสารไดอิเล็กตริก ซึ่งเป็นค่าเฉพาะตัวของสารไดอิเล็กตริก เป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่มีผลต่อค่าความจุของตัวเก็บประจุ ถ้าใช้สารไดอิเล็กตริกที่มีค่าเพอร์มิตติวิตี้มาก ก็จะได้ตัวเก็บประจุที่มีค่าความจุมากด้วย

ตัวอย่าง ถ้าเราใช้ไดอิเล็กตริกชนิดเซรามิก (ceramic) แทนไดอิเล็กตริกชนิดอากาศ เราจะได้ตัวเก็บประจุที่มีค่าความจุเพิ่มเป็น 3 เท่าของไดอิเล็กตริกชนิดอากาศ เป็นต้น

ตารางค่าคงตัวไดอิเล็กตริกของสารไดอิเล็กตริกชนิดต่างๆ 

 ตัวเก็บประจุ (Capacitor) ตัวเก็บประจุสามารถแบ่งลักษณะตามโครงสร้างออกได้ 3 ประเภท

1 ตัวเก็บประจุแบบค่าคงที่ (Fixed Capacitor)

2 ตัวเก็บประจุแบบปรับค่าได้ (Variable Capacitor)

3 ตัวเก็บประจุแบบเลือกค่าได้ (Select Capacitor)

ตัวเก็บประจุแบบค่าคงที่ (Fixed Capacitor)

ลักษณะตัวเก็บประจุแบบค่าคงที่

คือ ตัวเก็บประจุที่มีค่าความจุคงที่ไม่สามารถเปลี่ยนแปรงค่าได้ โดยปกติจะมีลักษณะรูปทรงเป็นวงกรม สี่เหลี่ยมผืนผ้า หรือ ทรงกระบอกจะมีค่าความจุเป็นนาโนฟารัด (nF) พิโกฟารัด (pF) ไมโครฟารัด (uF) ส่วนมากจะแบ่งชนิดตามประเภทของวัสดุฉนวนที่นำมาใช้ทำไดอิเล็กตริกได้ดังนี้

• ตัวเก็บประจุชนิดกระดาษ (paper capacitor)

• ตัวเก็บประจุชนิดไมก้า (mica capacitor)

• ตัวเก็บประจุชนิดเซรามิก (ceramic capacitor)

• ตัวเก็บประจุชนิดฟิล์มพลาสติก (plastic - film capacitor)

• ตัวเก็บประจุชนิดอิเล็กโทรลิติก (electrolytic capacitor)

• ตัวเก็บประจุชนิดแทนทาลัม (tantalum capacitor)

ตัวเก็บประจุชนิดเปลี่ยนแปรค่าได้ (variable capacitor)

จะมีลักษณะโครงสร้างที่ประกอบด้วยแผ่นโลหะ 2 ชุด แต่ละชุดของแผ่นโลหะจะเป็นแผ่นที่วางซ้อนกันอยู่ คือชุดที่หนึ่งสามารถเคลี่อนที่ได้โดยการหมุนแกนที่เรียกว่า โรเตอร์ (rotor) และชุดของแผ่นโลหะที่ยึดติดอยู่กับที่ ซึ่งเรียกว่าสเตเตอร์ (stator) บริเวณรอยต่อลอยอยู่ได้เพราะใช้ฉนวนเบกาไลต์หรือกระเบื้องเป็นตัวยึดตรึงไว้กับตัวถังของตัวเก็บประจุนี้ ดังรูปด้านล่าง

(ก) รูปร่างตัวเก็บประจุแปรค่าได้                            (ข) สัญลักษณ์ตัวเก็บประจุแปรค่าได้

ตัวเก็บประจุเปลี่ยนแปรค่าได้จะใช้อากาศเป็นไดอิเล็กตริกเป็นส่วนใหญ่ และค่าความจุของตัวเก็บประจุชนิดนี้จะมีค่าความจุเปลี่ยนแปรได้เมื่อเราหมุนแกนของโรเตอร์ ถ้าหมุนให้แผ่นโลหะทั้งสองวางซ้อนกันมากที่สุด ค่าความจุของตัวเก็บประจุจะมีค่ามาก แต่ถ้าหมุนให้แผ่นโลหะทั้งสองวางซ้อนกันน้อยที่สุด ค่าความจุของตัวเก็บประจุจะมีค่าน้อยโดยทั่วไปตัวเก็บประจุชนิดเปลี่ยนแปรค่าได้ จะมีค่าความจุประมาณ 10 ถึง 400 ฟิโคฟารัด การนำไปใช้งานนิยมใช้ในวงจรจูนเนอร์ของเครื่องรับวิทยุหรือเครื่องรับโทรทัศน์

ตัวเก็บประจุชนิดปรับค่าได้ (adjustable capacitor)

ในบางครั้งตัวเก็บประจุชนิดปรับค่าได้ จะเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า ทริมเมอร์ (trimmer) ซึ่งจะมีโครงสร้างภายในที่ประกอบขึ้นมาจากแผ่นโลหะบางๆ วางซ้อนกันหลายๆ แผ่น และใช้เซรามิกหรือไมก้าเป็นไดอิเล็กตริกคั่นกลางระหว่างแผ่นโลหะ ส่วนตรงกลางจะมีสกรูขันไว้เพื่อใช้ปรับแผ่นโลหะที่วางซ้อนกันให้ระยะชิดกันหรือระยะห่างกันได้ ดังรูป

(ก) ลักษณะตัวเก็บประจุชนิดปรับค่าได้                                       (ข) สัญลักษณ์ตัวเก็บประจุชนิดปรับค่าได้     

ตัวเก็บประจุชนิดปรับค่าได้

อ้างอิงข้อมูลจาก : http://edltv.thai.net/courses/136/50scM3-KO060202.pdf