วิชา หลักการไฟฟ้า และอิเล็กทรอนิกส์ เบื้องต้น

วงจรตวั ต้านทานไฟฟ้าแบบผสม แบบที่ 2 การตอ่ ตวั ตา้ นทานแบบน้ีใชว้ ธิ ีเอาตวั ตา้ นทานมาต่อ อนั ดับกนั ก่อน จากน้นั ก็เอาวงจรที่ต่ออนั ดบั ไวแ้ ต่ละวงจรน้ันมาต่อขนานร่วมกนั อีกทีหน่ึง วธิ ีหาค่า ความตา้ นทานรวมของวงจรทาได้โดยการหาค่าความตา้ นรวมในแต่ละส่วนที่ต่ออนั ดบั กนั อยกู่ ่อน โดยการเอาค่าของตวั ตา้ นทานแต่ละตวั มารวมกนั จากน้นั จึงเอาค่าความตา้ นทานรวมที่หาไดแ้ ต่ละชุดมา หาค่าความตา้ นทานรวมแบบขนานอีกคร้ังหน่ึง รูปที่ 8 การหาค่าความตา้ นทานรวมของวงจรผสม แบบท่ี 2 เม่ือจ่ายแรงดนั EB ใหก้ บั วงจรจะเกิดกระแสรวม (I T) ไหลผา่ นวงจรท้งั หมด โดยกระแสจะ แยกออกไป 2 ทางคอื ผา่ นทาง R1 กบั R2 (I T) และผา่ นทาง R3 กบั R4 (I 2) ค่าของกระแสทไ่ี หล ในวงจรท้งั หมดสามารถหาไดด้ งั น้ี I T = I 1 + I2 I 1 = EB / R1 + R2 I 2 = EB / R3 + R4 การหาค่าแรงดนั ตกคร่อมตวั ตา้ นทานต่าง ๆ ER1 = I 1 x R1 ER2 = I 2 x R2 ER3 = I 3 x R3 ER4 = I 4 x R4 47

การวิเคราะห์วงจรผสมแบบที่ 2 1. ถา้ R1 เพมิ่ คา่ แรงดนั ท่ีตกคร่อม R1 (ER1) จะเพมิ่ สูงข้ึน I 1 จะไหลไดน้ อ้ ยลง แรงดนั ที่ ตกคร่อม R2 (ER2) จงึ ลดต่าลงดว้ ย 2. ถา้ R3 เพม่ิ คา่ แรงดนั ทีต่ กคร่อม R3 (ER3) จะเพมิ่ สูงข้นึ I 2 จะไหลไดน้ อ้ ยลง แรงดนั ท่ี ตกคร่อม R4 (ER4) จึงลดต่าลงดว้ ย ------------------------------------------------ 48

บทที่ 8 ตวั เกบ็ ประจุไฟฟ้า CAPACITOR ตวั เก็บประจุไฟฟ้าท่ีมีชื่อเรียกเป็นภาษาองั กฤษวา่ คอนเดนเซอร์ (condenser) หรือ คาพาซิเตอร์ (capacitor) เป็ นตวั อุปกรณ์ท่ีมีคุณสมบตั ิสามารถเก็บสะสมกาลงั งานไฟฟ้าที่ไดร้ ับจากแหล่งจ่ายกาลงั เช่น แบตเตอรี่ เอาไวใ้ นรูปของสนามไฟฟ้าซ่ึงเรียกผลที่เกิดข้ึนน้ีวา่ ความจุไฟฟ้า หรือ คาพาซิแตนซ์ (capacitance) และสนามไฟฟ้าทเี่ กบ็ เอาไวน้ ้ีจะถูกจ่ายคืนออกมาไดใ้ นเวลาต่อมา โครงสร้างพน้ื ฐานของ ตวั เก็บประจุไฟฟ้าประกอบดว้ ยแผน่ โลหะตวั นา 2 ชิ้น วางใกลก้ นั แต่ไม่สัมผสั กนั โดยมีฉนวนคนั่ อยู่ ระหวา่ งแผน่ เพลตท้งั สอง เรียกวา่ ไดอิเล็กทริก (dielectric) คน่ั อยตู่ รงกลาง (ดูรูปท่ี 2) รูปที่ 1 ตวั เก็บประจุไฟฟ้าแบบต่างๆ การปรับแบบเป็ นชุด ข้วั ต่อ แผน่ ตวั นา ไดเลก็ ทริก แบบค่าคงท่ี แบบปรับค่าได้ (ข) สญั ลกั ษณ์ แผน่ ตวั นา ข้วั ต่อ (ก) โครงสร้าง รูปท่ี 2 โครงสรา้ งพน้ื ฐานคาพาซิเตอร์และสญั ลกั ษณ์ ในการสรา้ งคาพาซิเตอร์ใหม้ ีค่าความจุมากๆ จะใชว้ ธิ ีเพิ่มพ้นื ที่ของแผน่ โลหะตวั นาให้มากข้ึน และพยายามที่ใชฉ้ นวนทีม่ ีความบางมากๆ เพอื่ ทาใหแ้ ผน่ ตวั นาท้งั สองวางชิดกนั มากที่สุดโดยไม่สัมผสั กนั การเพม่ิ พน้ื ที่แผน่ ตวั นาบางๆ ซ่ึงนิยมใชเ้ ป็นแผน่ อะลูมินมั เป็ นแถบความยาวมากคลา้ ยแถบริบบนิ 2 แผน่ วางซอ้ นกนั โดยมีแถบไดอิเล็กทริก เช่น กระดาษหรือพลาสติกคน่ั อยู่ จากน้นั จะมว้ นแถบท้งั สาม เขา้ ดว้ ยกนั เป็ นรูปทรงกระบอกโดยมีขาเชื่อมอยกู่ บั แผน่ ตวั นาท้งั 2 แผ่นยนื่ ออกมาดา้ นนอกเพ่ือใชเ้ ป็ น ขาตอ่ กบั อุปกรณ์ตวั อื่น แลว้ นาไปหุม้ ดว้ ยฉนวนอีกคร้ังกจ็ ะไดต้ วั คาพาซิเตอร์ที่สมบูรณ์ (ดูรูปที่ 3) 49

รูปที่ 3 การเพมิ่ คา่ ความจคุ าพาซิคาเตอร์ 1 ค่าความจุของคาพาซิเตอร์ ค่าความจุของคาพาซิเตอร์เป็ นสิ่งกาหนดความสามารถในการเก็บประจุไฟฟ้าของคาพาซิเตอร์มี หน่วยความจเุ ป็ น ฟารัด (farad) คาพาซิเตอร์ที่มีค่าความจุหน่ึงฟารัดคือ คาพาซิเตอร์ท่ีมีความสามารถ เก็บประจุไฟฟ้าได้ 1 คูลอมบไ์ ดร้ ับแรงเคล่ือนไฟฟ้า 1 โวลต์ (1 คูลอมบค์ ือ ปริมาณอิเล็กตรอน จานวน 6.28 X 1018 ตวั ) ค่าความจุมาตรฐานของคาพาซิเตอร์ท่ีมีหน่วยเป็ นฟารัดหรือใชต้ วั ยอ่ F น้ัน เป็ นหน่วยที่ใหญ่มากเกินไปเมื่อนามาใช้งานในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ดังน้ันจึงลดขนาดค่าความจุ คาพาซิเตอร์ใหน้ อ้ ยลงกวา่ หน่วยมาตรฐานเป็ น 1 ในลา้ นส่วนของฟารัด (1 x 10- 6F) หรือ 1/1,000,000 F เรียกวา่ ไมโครฟารัด (microfarad) ใชต้ วั ยอ่ MFD, mfd, MF, mf, uf หรือ uf และกาหนดหน่วย ความจทุ ่เี ลก็ กวา่ ไมโครฟารัดอีก 1 ในลา้ นของหน่วยน้ี (1 x 10- 6 uf หรือ 1 x 10- 6 F) เรียกวา่ ไมโคร ไมโครฟารัด (micromicrofarad) ซ่ึงใช้ตวั ย่อ MMFD หรืออาจจะเรียกให้ง่ายคือ ฟิ โคฟารัด (picofarad) ใชต้ วั ยอ่ pF 1,000,000 uf 10-6 uf 1F = หรือ 1,000,000,000,000 uf 10-12uf 1,000,000 pF 10-6 uf 1 uf = หรือ 0.000001 F 10- 6uf 0.000001 uf 10-6 uf 1pF = หรือ 10-12uf 0.000000000001 F 50

ทางยโุ รปจะมีหน่วยความจยุ อ่ ยระหวา่ งไมโครฟารัด (uf) กบั พโิ คฟารดั (pF) เรียกวา่ นาโนฟา รัด ( nanofarad ) ใชต้ วั ยอ่ nF โดยคา่ ความจุ 1 nF จะมีค่าเท่ากบั 1000 pF หรือ 0.001 uf (10- 3 uf ) หรือ 0.000000001 F โดยทวั่ ไปการแสดงคา่ ของคาพาซิเตอร์ที่ใชห้ น่วยเป็ นไมโครฟารัด (uf) จะเร่ิม ต้งั แต่ 0.001 uf ( 1000 pF ) ข้นึ ไป ถา้ มีค่าต่ากวา่ น้ีนิยมแสดงค่าเป็ น pF ค่าความจุของคาพาซิเตอร์จะถูกกาหนดโดยองคป์ ระกอบต่างๆ ไดแ้ ก่ พน้ื ที่ของเพลต ระยะห่าง ระหวา่ งแผน่ เพลต และคุณสมบตั ขิ องไดอิเล็กทริกท่ใี ชค้ นั่ อยรู่ ะหวา่ งแผน่ เพลตท้งั สอง ความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งค่าความจุของคาพาซิเตอร์และองคป์ ระกอบตา่ งๆ ขา้ งตน้ สามารถเขียนเป็ นสูตรได้ ดงั น้ี C = 0.2235 KA ( n – 1 ) d โดยที่ C คือค่าความจขุ องคาพาซิเตอร์มีหน่วยเป็ นพโิ คฟารดั K คอื คา่ คงตวั ของฉนวน A คือพ้นื ทีเ่ พลตมีหน่วยเป็ นตารางนิ้ว d คือระยะห่างแผน่ เพลตมีหน่วยเป็ นนิ้ว n คือจานวนแผน่ เพลต จากสูตรท่แี สดงไวส้ ามารถหาคา่ ความจขุ องคาพาซิเตอร์ สมมตวิ า่ เป็ นแบบท่ีหนา 0.001 นิ้ว เป็นไดอิเล็กทริกคน่ั อยรู่ ะหวา่ งแผน่ เพลต 2 แผน่ ทมี่ ีขนาดเท่ากนั และมีพน้ื ท่ีแผน่ ละ 0.5 ตารางนิ้ว ซ่ึง มีวธิ ีคิดดงั ตอ่ ไปน้ี - ไมลาร์จะมคี า่ ตวั ของฉนวนเป็น 4 ดงั น้นั K = 4 -ความหนาของไมลาร์จะเป็นตวั กาหนดระยะห่างระหวา่ งของแผน่ เพลตท้งั สองของไมลาร์หนา 0.001 นิ้ว ระยะห่างระหวา่ งแผน่ เพลตคอื d จะมีค่า = 0.001 นิ้ว - n คอื จานวนแผน่ เพลตมีจานวน 2 แผน่ ดงั น้นั n = 2 - A คอื พน้ื ท่เี พลต 1 แผน่ ซ่ึงมีคา่ 0.5 ตารางน้ิว ดงั น้นั A = 0.5 C = 0.2235 KA (n - 1) d = 0.2235 4 x 0.5 (2 – 1) 0.001 = 0.2235 x 2000 x 1 = 447 pF 2 แบบและชนิดของคาพาซิเตอร์ คาพาซิเตอร์สามรถแยกออกตามลกั ษณะการใชง้ านได้ 2 แบบคอื แบบค่าคงท่ี (fixed value codenser) กบั แบบปรับคา่ ได้ (variable value condenser) โดยแต่ละแบบจะแบง่ แยกออกเป็นชนิด ตา่ งๆ ตามชนิดไดอิเล็กทริกท่ใี ชแ้ บบปรบั ค่าไดจ้ ะเพยี งไม่กี่ชนิด เช่น ชนิดใชอ้ ากาศหรือไมกาเป็ น 51

ไดอิเลก็ ทริก แต่ถา้ เป็นแบบค่าคงทจ่ี ะมีหลายชนิด เช่น เปเปอร์คาพาซิเตอร์ (paper capacitor) อิเลก็ ทรอไลติกคาพาซิเตอร์ (electrolytic capacitor) ไมกาคาพาซิเตอร์ (mica capacitor) เซรามิกคาพา ซิเตอร์ (ceramic capacitor) ฯลฯ คาพาซิเตอร์แบบปรับค่าได้ มีอยู่ 2 ชนิดคือ ชนิดแรกใชอ้ ากาศเป็นไดอิเล็กทริก มีลกั ษณะเป็น ใดอะลูมินมั ซอ้ นกนั อยู่ 2 ชุด ชุดแรกยดึ อยกู่ บั ท่ี อีกชุดหน่ึงยดึ กบั แกนหมุนเพอ่ื พาใหเ้ คลือบเขา้ มาซอ้ น ตรงวา่ งระหวา่ งใบของอะลูมินมั ชุดท่ี 2 เพอื่ เพ่มิ ค่าความจไุ ดเ้ รียกวา่ วาริเอเบิลคาพาซิเตอร์ ส่วนชนิดที่ 2 มีลกั ษณะเป็นใบโลหะ 2 ใบวางซอ้ นกนั ใชแ้ ผน่ ไมกาเป็นไดอิเลก็ ทริก มีหมุดเกลียวสาหรบั ใชไ้ ขควง ปรับเพอื่ ใหใ้ บท้งั สองเคล่ือนเขา้ ชิดกนั หรือห่างกนั เป็นการเพมิ่ หรือลดค่าความจเุ รียกวา่ ทริมเมอร์คาพา ซิเตอร์ คาพาซิเตอร์แบบค่าคงท่ี แบ่งแยกออกไดเ้ ป็ นหลายแบบตามไดอิเลก็ ทริกท่ใี ชโ้ ดยแต่ละแบบจะ มีคุณลกั ษณะทางดา้ นไฟฟ้า ขนาดคา่ ความจุ และรูปแบบทีแ่ ตกต่างกนั ไดอิเล็กทริกแตล่ ะชนิดจะมีค่า คงตวั ของไดอิเล็กทริก (dielectric constant) ใชต้ วั ยอ่ K เป็ นคา่ ที่ไดจ้ ากการเปรียบเทียบกบั ค่าคงตวั ไดอิเลก็ ทริกของอากาศแหง้ ซ่ึงมีคา่ เป็น 1 เพอื่ แสดงให้เห็นวา่ ไดอิเล็กทริกน้นั ๆ มีคุณสมบตั กิ วา่ อากาศ แหง้ หรือเลวกวา่ กี่เทา่ เช่น ไมลาร์มีค่าคงตวั ของไดอิเลก็ ทริกเป็ น 4 ดงั น้นั จงึ มีคุณสมบตั ิทมนแรง เคล่ือนไดส้ ูงกวา่ อากาศแหง้ 4 เท่า เป็นตน้ ตวั ถงั ข้วั กราวด์ เพลตชุดหมนุ สกรูหมนุ ปรับค่า เพลตชุดยดึ อยกู่ บั ที่ ข้วั ต่อใชง้ าน แกนหมนุ ข้วั ต่อใชง้ าน (ก) ทริมเมอร์ (ข) วาริเอเบิล รูปที่ 4 คาพาซิเตอร์แบบปรบั ค่าได้ ตารางที่ 1 คา่ คงตวั ของไดอิเล็กทริกชนิดตา่ ง ๆ วสั ดุใชเ้ ป็นไดอิเลก็ ทริก ค่าคงตวั ของไดอิเลก็ ทริก สุญญากาศ 1.0 อากาศแหง้ (dry air) 1.0001 อะลูมินมั ออกไซด์ (aluminum oxide) 7.0 ข้ผี ้งึ (beeswax) 3.0 วานิช (varnished) 4.0 เซลลูลอยด์ (celluloid) 4.0 แกว้ ทนไฟ (pyrex) 4.2 52

วสั ดุใชเ้ ป็นไดอิเล็กทริก คา่ คงตวั ของไดอิเลก็ ทริก แกว้ กระจกหนา้ ตา่ ง (glass) 7.6 ไมกา (mica) 7.5 ไมลาร์ (mylar) 4.0 กระดาษเหนียว (kraft) 1.0 ถึง 6.0 กระเบ้ือง (porcelain) 6.2 เซรามิก (ceramic) 12 ถึง 400,000 แทนทาลมั ออกไซด์ (tantalum oxide) 11.0 เทฟลอน (teflon) 2.0 โพลีสไตรีน (polystyrene) 2.5 โพลีคาบอเนต (polycarbonate) 2.7 คาพาซิเตอร์แบบไมกา เป็ นคาพาซิเตอร์ทใ่ี ชแ้ ผ่นไมกาบาง ๆ เป็ นไดอิเล็กทริกคน่ั อยรู่ ะหวา่ ง แผน่ ดีบกุ ซ่ึงใชเ้ ป็ นแผน่ ตวั นาเพอื่ จดั ค่าคาพาซิเตอร์ท่ีตอ้ งการ แผน่ ตวั นาจาจดั เป็ น 2 ชุด แต่ละชุดจะ เชื่อมต่อถึงกนั และมีขาตอ่ ยนื่ ออกไปใชเ้ ป็นข้วั ต่อของคาพาศิเตอร์และมกั จะหุม้ ดว้ ยเบกาไลต์ ค่าความจุ ของไมกาคาพาซิเตอร์จะอยรู่ ะหวา่ งประมาณ 50 ถึง 500 pF มีขนาดยาวประมาณ 3 / 4 น้ิวหรือนอ้ ย กวา่ และหนาประมาณ 1 / 8 นิ้ว (ดูรูปท่ี 5) รูปท่ี 5 ไมกาคาพาซิเตอร์ คาพาซิเตอร์แบบกระดาษ ทโี ครงสรา้ งเป็ นแผน่ ดีบกุ ยางยาวคลา้ ยริบบินวางซอ้ นกนั อยโู่ ดยมีเยอื่ กระดาษคนั่ เป็นไดอิเลก็ ทริก และมว้ นเป็นแทงกระบอกห่อหุม้ ดว้ ยข้ีผ้งึ หรือแคปซูลพลาสติก มีคา่ ความ จอุ ยใู่ นยา่ นปานกลางประมาณระหวา่ ง 0.001 ถึง 1.0 uF ขนาดโดยทวั่ ไปถา้ มีคา่ ความจุ 0.05 uF จะมี ขนาดยาว 1 น้ิวและมีเสน้ ผา่ นศูนยก์ ลาง 3 / 8 น้ิว (ดูรูปที่ 6) รูปที่ 6 คาพาซิเตอร์แบบใชก้ ระดาษ 53

แถบคา่ ทีป่ ลายดา้ นหน่ึงของคาพาซิเตอร์ระบใุ หร้ ู้วา่ ขาดา้ นน้นั ตอ่ อยกู่ บั แผน่ โลหะท่หี ุม้ ดา้ นนอก ซ่ึงจะตอ้ งต่อกบั กราวดห์ รือดา้ นทมี่ ีศกั ดาไฟฟ้าต่ากวา่ ของวงจรเพอื่ ให้เกดการชีลด์ โดยแผน่ โลหะดา้ น นอกคาพาซิเตอร์แบบน้ีไม่มีข้วั ถึงแมว้ า่ คาพาซิเตอร์แบบน้ีจะไม่คานึงวา่ ดา้ นใดลงกราวด์ แตค่ วรจาไว้ วา่ สญั ลกั ษณ์ของคาพาซิเตอร์ดา้ นทเ่ี ป็ นเสน้ โคง้ จะตอ้ งตอ่ กบั กราวดห์ รือดา้ นที่มีคา่ ศกั ดาไฟฟ้าตา่ คาพาซิเตอร์แบบพลาสติก คาพาซิเตอร์แบบใชฟ้ อยลโ์ ลหะส่วนมากจะใชพ้ ลาสติกเป็ น ไดอิเลก็ ทริกแทนเยอ่ื กระดาษ เช่น เทฟลอนและไมลาร์ (เป็นช่ือทางการคา้ ของ บ. ดูปองต)์ ซ่ึงมีขอ้ ดี คือ มีคา่ อินซูเลชนั รีซิสแตนซส์ ูงมากกวา่ 1000 MΩ มีการสูญเสียต่า มีอายกุ ารใชง้ านนานโดยไม่มกี าร เบรกดาวน์ทางแรงดนั เมื่อเปรียบเทียบกบั คาพาซิเตอร์แบบกระดาษ คาพาซิเตอร์แบบพลาสตกิ มีค่า ความจุอยปู่ ระมาณระหวา่ ง 0.001 ถึง 1.0 uF เหมือนกบั คาพาซิเตอร์แบบกระดาษ คาพาซิเตอร์แบบโพลีสไตรีน แถบอะลูมินมั ดา้ นแคโทด แถบอะลูมินมั ทม่ี องเห็น โพลีสไตรีนโปร่งแสง ผา่ นโพลีสไตรีนโปร่งแสง ไดอิเล็กทริกแบบโพลีสไตรีน แถบอะลูมนิ มั ดา้ นแอโนด รูปที่ 7 คาพาซิเตอร์แบบใชพ้ ลาสติก คาพาซิเตอร์แบบเซรามิก วสั ดุเซรามิกที่ใชเ้ ป็นไดอิเล็กทริกทาจากดินเผาท่คี วามร้อนสูงมาก โดยใชไ้ ททาเนียมไดออกไซด์ (titanium dioxide) หรือซิลิเคตหลายชนิดไดค้ ่าอิเลก็ ทริกคอนสแตนตส์ ูง มาก เซรามิกคาพาซิเตอร์แบบดิสกใ์ ชเ้ งนิ ฉาบไวท้ ่ีผวิ ท้งั สองดา้ นของเซรามิก เพอ่ื สร้างเป็ นแผน่ ตวั นา ดว้ ยค่าอิเล็กทริกคอนสแตนต์ 1200 ทีค่าความจุเป็ น pF สูงถึง 0.01 uF มีขนาดเล็กกว่าคาพาซิเตอร์ แบบกระดาษมาก เซรามิกคาพาซิเตอร์แบบทรงกระบอกทีลกั ษณะโครงสร้างเป็ นเซรามิกทรงท่อกลาง ถูกฉาบไว้ ดว้ ยโลหะเงนิ ที่ผวิ ดา้ นในและดา้ นนอกมีค่าความจุระหวา่ งประมาณ 1 ถึง 500 pF ใชง้ านคลา้ ยไมกาคา พาซิเตอร์แต่มีขนาดเลก็ กวา่ (ดูรูปท่ี 8) ไดอิเลก็ ทริกแบบเซรามิก 54

รูปท่ี 8 คาพาซิเตอร์แบบเซรามิก ชิปคาพาซเตอร์ เป็ นคาพาซิเตอร์ขนาดเล็กที่สุดมีรูปทรงส่ีเหลี่ยมขนาดทวั่ ไปประมาณ 1 / 4 น้ิว หรือเลก็ กวา่ ใชเ้ ซรามิกเป็ นไดอิเล็กทริก มีค่าความจุระหวา่ งประมาณ 10 ถึง 4 uF มีโครงสร้าง เป็นช้นั เซรามิกกบั โลหะตวั นาเคลือบวางซอ้ นกนั อยหู่ ลายช้นั สลบั กนั ไป ใชง้ านกบั แผน่ วงจรพมิ พแ์ บบ ยดึ ติดผวิ หนา้ และวงจรแบบฟิลม์ หนาหรือฟิลม์ บาง แผน่ ปิ ดเซรารมูปกิ แบบคาพาซิเตอร์เซรามิก แผน่ ตวั นาใชเ้ งนิ เคลือบ โครงสร้างภายใน ฐานเซรามกิ แผน่ ซอ้ นทบั กนั เงนิ ข้วั ตอ่ ตรงปลาย วาง หลอมละลายในเตาไฟ ซอ้ น รูปท่ี 9 คาพาซิเตอร์แบบชิป อิเล็กทรอไลคาพาซิเตอร์ เป็นคาพาซิเตอร์ที่ใหค้ า่ ความจุไดส้ ูงกวา่ แบบอื่นมีขนาดเลก็ และราคา ถูก คา่ ความจุท่ไี ดโ้ ดยทว่ั ไปจะอยรู่ ะหวา่ งประมาณ 1 ถึง 10,000 uF อิเลก็ ทรอไลติกคาพาซิเตอร์ส่วนใหญจ่ ะเป็นแบบอะลมู ินมั ฟอยล์ ข้วั อะลูมินมั ท้งั สองจะอยใู่ น อิเลก็ ทรอไลตข์ องบอแรกซ์ ฟอสเฟต หรือคาบอเนต โดยแถบอะลูมินมั ท้งั สองมีผา้ กอซทีจ่ ่มุ น้ายาอิเล็ก ทรอไลตจ์ นชุ่ม วางแทรกอยเู่ พอื่ สร้างฟิลม์ ออกไซดค์ าพาซิเตอร์แบบน้ีเรียกวา่ อิเล็กทรอไลตกิ แบบเปี ยก แตจ่ ะสามารถยดึ อยใู่ นตาแหน่งใดกไ็ ด้ การสร้างคาพาซิเตอร์แบบน้ีจะใชว้ ธิ ีป้อนแรงดนั กระแสตรงใหเ้ พอ่ื ใหเ้ กิดปฏิกิริยาสะสมช้นั บาง ๆ ของอะลูมินมั ออกไซดข์ ้นึ ตรงรอยต่อระหวา่ งฟอยลอ์ ะลูมินมั ดา้ นข้วั บวกกบั อิเลก็ ทรอไลต์ เน่ืองจาก ฟิ ลม์ ของออกไซดเ์ ป็ นฉนวนจงึ เกิดคา่ ความจุข้นึ ระหวา่ งอะลูมินมั ดา้ นข้วั บวกและอิเลก็ ทรอไลตใ์ น ผา้ กอซ แผน่ อะลูมินมั ดา้ นข้วั ลบจะแตะอยกู่ บั อิเล็กทรอไลต์ โดยทวั่ ไปแลว้ กระป๋ องท่เี ป็นตวั ถงั ของอิเลก็ ทรอไลตกิ คาพาซิเตอร์จะเป็นข้วั ลบของคาพาซิเตอร์ (ดูรูปท่ี 10) 55

รูปที่ 10 อิเลก็ ทรอไลติกคาพาซิเตอร์แบบอะลูมนิ มั ฟอยล์ ขอ้ เสียของอิเล็กทรอไลติกคาพาซิเตอร์อยทู่ ่กี ระแสรั่ว (leakge current) ตอ้ งการข้วั แรงดนั ที่ แน่นอน และค่าความจุจะลดลงตามอายกุ ารใชง้ าน การร่วั ของกระแสทไ่ี หลผา่ นอิเลก็ ทรอไลตกิ คาพาซิ เตอร์เกิดข้ึนเนื่องจากไดอิเลก็ ทริกท่ใี ชฟ้ ิลม์ ออกไซดน์ ้นั เป็ นฉนวนทีไ่ ม่สมบรู ณ์จงึ ทีค่ากระแสรว่ั สูงถึง ระหวา่ งประมาณ 0.1 ถึง 0.5 mA / uF เช่น ถา้ อิเล็กทรอไลตกิ คาพาซิเตอร์แบบอะลูมินมั ฟอยลท์ ม่ี ีคา่ ความจุ 10 uF จะมีกระแสรัว่ สูงถึง 5 mA แตถ่ า้ เป็นคาพาซิเตอร์แบบไมกาซ่ึงในทางปฏิบตั จิ ะไม่มี กระแสรั่วเลย ปัญหาเก่ียวกบั กระแสรว่ั น้ีทาใหเ้ กิดกระแสไหลผา่ นปนไปกบั กระแสสลบั ของสญั ญาณไป ยงั ภาคถดั ไปไดเ้ มื่อทาหนา้ ทค่ี ปั ปลิง ดงั น้นั คาพาซิเตอร์แบบอิเล็กทรอไลติกจึงมกั ใชใ้ นวงจรท่ีมีค่ารีซิส แตนซต์ ่า ซ่ึงปัญหากระแสรั่วไหลท่เี กิดข้ึนจะถูกละทง้ิ ไดเ้ พราะมีการดรอปของ I / R ต่า เนื่องจากอิเลก็ ทรอไลติกคาพาซิเตอร์มีการผนึกดว้ ยอีพอ็ กซี เพอื่ ป้องกนั การระเหยแหง้ ของน้ายา อิเล็กทรอไลตแ์ ละไม่ใหไ้ อทีร่ ะเหยออกมาไปจบั เป็ นคราบสกปรกกบั อุปกรณ์ตวั อื่น ดงั น้นั ถา้ ตอ่ แรงดนั กลบั ข้วั หรือป้อนแรงดนั ใหส้ ูงเกินกาหนดจะทาใหเ้ กิดการระเบิดได้ การสร้างอิเลก็ ทรอไลตกิ คาพาซิเตอร์ใหเ้ ป็ นแบบไม่มีข้วั เพอ่ื ใชก้ บั แรงดนั ไฟฟ้ากระแสสลบั ทา ไดโ้ ดยการนาอิเลก็ ทรอไลตกิ คาพาซิเตอร์มาตอ่ อนั ดบั กนั โดยใชด้ า้ นข้วั ที่เหมือนกบั ต่อกนั แต่คา่ ความจุ จะลดต่าลงตามสูตรการต่อตวั ตา้ นทานแบบขนานคอื 1 1 = 1 หรือ CT = 1 CT C1 + C2 C1 + C2 รูปที่ 11 การตอ่ อิเลก็ รทอไลติกคาพาซิเตอร์เพอ่ื ใหเ้ ป็นแบบนอนโพลาไลซ์ แทนทาลมั คาพาซิเตอร์ เป็นอิเลก็ ทรอไลติกคาพาซิเตอร์ชนิดหน่ึงท่ใี ชแ้ ทนทาลมั แทน อะลูมินมั ฟอยล์ บางคร้งั อาจใชไ้ ททาเนียม (Ti) มีขอ้ ดีคอื ใหค้ า่ ความจมุ ากโดยมีขนาดเลก็ เก็บใชง้ าน ไดน้ านมีกระแสร่วั ต่าเม่ือเทียบกบั อิเลก็ ทรอไลตกิ คาพาซิเตอร์แบบอะลูมินมั ฟอยลแ์ ต่มีราคาสูงกวา่ โครงสร้างของแทนทาลมั คาพาซิเตอร์มีท้งั แบบฟอยล์ (foil) แบบโซลิดชิป (solid chip) และแบบสลกั (slug) โซลิดแทนทาลมั จะมีออกไซดฟ์ ิลม์ ท่สี ร้างจากโรงงานผลิต ใชเ้ ป็ นไดอิเลก็ ทริกมีค่าไดอเิ ล็กทริก คอนสแตนต์ 11 เมื่อเปรียบเทียบกบั อะลูมินมั ออกไซดซ์ ่ึงมีค่าเพยี ง 7 มีท้งั แบบมีข้วั และไม่มีข้วั 56

รูปท่ี 12 แทนทาลมั คาพาซิเตอร์ 3 ลกั ษณะการอดั ประจุและคายประจขุ องคาพาซิเตอร์ เมื่อจา่ ยแรงเคลื่อนไฟฟ้าใหก้ บั แผน่ ตวั นาท้งั สองของคาพาซิเตอร์จะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลเขา้ ไป ประจใุ นตวั คาพาซิเตอร์ซ่ึงเรียกวา่ กระแสอัดประจุ หรือ กระแสชาร์จ (charging current) เกิดการเก็บ ประจไุ ฟฟ้าสะสมเอาไวใ้ นตวั คาพาซิเตอร์ในรูปของสนามแม่เหลก็ ไฟฟ้า โดยความสามารถในการที่จะ อดั ประจุหรือเก็บประจุไฟฟ้าไวไ้ ดม้ ากนอ้ ยเพยี งไรข้ึนอยกู่ บั ค่าความจุของตวั คาพาซิเตอร์ ถา้ มีความจุ มากจะเก็บประจไุ ฟฟ้าไดม้ าก และถา้ มีคา่ ความจนุ อ้ ยจะเกบ็ ประจุไฟฟ้าไดน้ อ้ ยและเวลาทีใ่ ชใ้ นการอดั ประจุจนเตม็ ข้นั ข้ึนอยคู่ ่าความตา้ นทานในวงจรทางเดินขอลกระแสค่าของคาพาซิเตอร์ เมื่อคาพาซิเตอร์ไดร้ บั การอดั ประจุเตม็ แลว้ และตดั แรงเคลื่อนไฟฟ้าจ่ายใหค้ าพาซิเตอร์ออกแต่ ถา้ มีวงจรไฟฟ้าต่อเชื่อมอยกู่ บั ขาท้งั สองคาพาซิเตอร์จะทาใหเ้ กิดการคายประจุหรือดิสชาร์จ (discharge) ทาให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลออกจากแผ่นตวั นาดา้ นหน่ึงผา่ นวงจรไฟฟ้าท่ีต่อคร่อมไปเขา้ แผน่ ตวั นาอีก ดา้ นหน่ึงของคาพาซิเตอร์เรียกว่า กระแสคาบประจุ หรือ กระแสดิสชาร์ จ โดยเวลาที่ใชใ้ นการคาย ประจุจนหมดข้นึ อยกู่ บั คา่ ความตา้ นทานของวงจรที่ต่อคร่อมอยกู่ บั คาพาซิเตอร์ และคา่ ของคาพาซิเตอร์ การอดั ประจคุ าพาซิเตอร์ ในรูปท่ี 13 แสดงให้เห็นถึงลกั ษณะการอดั ประจุของคาพาซิเตอร์โดย เร่ิมตน้ จากตอนแรกทย่ี งั ไม่จ่ายแรงเคล่ือนไฟฟ้ากบั แผน่ ตวั นาท้งั สอง จะไม่เกิดความต่างศกั ดาไฟฟ้าที่ แผน่ ตวั นาเนื่องจากจานวนอิเลก็ ตรอนกบั โปรตอนในอะตอมของแผน่ ตวั นาท้งั สองมีจานวนเท่ากนั (ดูรูปที่ 13 (ก)) เมื่อเปิ ดสวติ ชจ์ ่ายแรงเคล่ือนไฟฟ้าจากแบตเตอร่ี (EB) ใหก้ บั แผน่ ตวั นาโดยตอ่ ดา้ นข้วั บวก ใหก้ บั แผน่ นาที่อยทู่ างดา้ นบน และข้วั ลบตอ่ เขา้ ตวั นาดา้ นล่าง จะทาใหเ้ กิดปรากฎการณ์ข้นึ ดงั น้ีคอื ศกั ย์ บวกจากข้วั บวกของแบตเตอรี่จะดึงดูดอิเล็กตรอนในแผน่ ตวั นาดา้ นบนใหว้ งิ่ ไปเขา้ ยงั ดา้ นข้วั บวกของ แบตเตอรี่ ทาใหเ้ กิดศกั ยบ์ วกข้ึนท่แี ผน่ ตวั นาดา้ นบน เน่ืองจากเกิดการขาดอิเลก็ ตรอนจึงเกิดแรงดึงดูด กบั อิเล็กตรอนวงนอกในอะตอมของฉนวน เพอ่ื จะเอาทดแทนอิเลก็ ตรอนทีข่ าดหายไปในอะตอมของ แผน่ ตวั นาดา้ นบน แตเ่ นื่องจากแรงยดึ เหนี่ยวระหวา่ งอิเล็กตรอนวงนอกกบั นิวเลียสในอะตอมของฉนวน มีค่าสูงมากจึงไม่สามารถทาใหอ้ ิเล็กตรอนหลุดออกจากวงโคจรของอะตอมได้ จึงเกิดปรากฎการณ์ข้ึน แตเ่ พยี งแนวการโคจรของอิเล็กตรอนวงนอกจะโคง้ เขา้ ชิดกบั แผน่ ตวั นาดา้ นบน อนั จะทาใหฉ้ นวนดา้ นท่ี อยตู่ ดิ กบั แผน่ ตวั นาดา้ นล่างเกิดศกั ยเ์ ป็ นบวก จงึ ดึงดูดอิเลก็ ตรอนในอะตอมของแผน่ ตวั นาดา้ นล่างให้ เคลื่อนทม่ี าออกนั อยตู่ รงดา้ นท่ตี ดิ กบั ฉนวน ซ่ึงจะทาใหบ้ ริเวณอ่ืนของแผน่ ตวั นาดา้ นล่างเกิดศกั ยบ์ วก ข้นึ จึงดึงดูดอิเล็กตรอนจากข้วั ลบของแบตเตอรี่ใหเ้ คลื่อนีทเขา้ ไปในแผน่ ตวั นาดา้ นล่างจากลกั ษณะของ ปรากฏการณ์ดงั กล่าวจะทาใหเ้ หมือนกบั วา่ มีกระแสไหลผา่ นคาพาซิเตอร์ เพราะมีอิเลก็ ตรอนจากแผน่ ตวั นาดา้ นบนเคล่ือนออกไปเขา้ ข้วั บวกแบตเตอร่ี และมีอิเล็กตรอนจากข้วั ลบของแบตเตอร่ีเคล่ือนไปยงั แผน่ ตวั นาแผน่ ล่าง ท้งั ๆ ทอ่ี ิเลก็ ตรอนดา้ นล่างไม่สามารถเคลอ่ื นทผ่ี า่ นฉนวนไปเขา้ แผน่ ตวั นาดา้ นบน ได้ เพยี งแตทาใหต้ าแหน่งโคจรของอิเลก็ ตรอนวงนอกในอะตอมของฉนวนเคล่ือนไปชิดกบั แผน่ ตวั นา ทางดา้ นบนเทาน้นั กระแสอิเล็กตรอนทไ่ี หลเรียกวา่ กระแสอัดประจุ หรือ กระแสชาร์จ (ดูรูปท่ี 13 (ข)) 57

รูปท่ี 13 ลกั ษณะการอดั ประจขุ องคาพาซิเตอร์ การเคลื่อนท่ีของอิเล็กตรอนจะเกิดข้นึ เพยี งชว่ั ระยะเวลาหน่ึงเท่าน้นั คอื ในระยะแรกแผน่ ตวั นา จะยงั ไม่มีศกั ดาไฟฟ้าเกิดข้นึ กระแสที่ไหลเขา้ ไปอดั ประจุคาพาซิเตอร์จะมีคา่ มาก (ดูรูปท่ี 13 (ข)) แต่ ขณะท่ีอิเลก็ ตรอนจากข้วั ลบของแบตเตอรี่ไปยงั แผน่ ตวั นาดา้ นล่าง จะทาใหเ้ กิดศกั ยล์ บท่แี ผน่ น้ีสูงข้ึน เร่ือย ๆ ซ่ึงจะทาใหก้ ระแสอดั ประจขุ องคาพาซิเตอร์ไหลนอ้ ยลง (ดูรูปที่ 13(ค)) เมื่อถึงระยะทศี่ กั ยล์ บท่ี แผน่ ตวั นาดา้ นล่างสูงมากจนสามารถผลกั ดนั ไมใ่ หอ้ ิเล็กตรอนจากข้วั ลบของแบตเตอร่ีเคล่ือนมาเขา้ ยงั แผน่ ตวั นาดา้ นล่างไดอ้ ีก กระแสจงึ หยดุ ไหลเขา้ ไปอดั ประจุคอนเดนเซอร์ (ดูรูปท่ี 13 (ง)) ท่ภี าวะน้ี เรียกวา่ คาพาซิเตอร์ถกู อัดประจุ หรือ ชาร์จกระแสเตม็ ศกั ดาไฟฟ้าที่เกิดข้ึนตกคร่อมระหวา่ งแผน่ ตวั นาดา้ นบนกบั แผน่ ตวั นาดา้ นลา่ งของคาพาซิเตอร์ (EC) ในขณะน้ีจะมีคา่ เท่ากบั แรงเคลื่อนไฟฟ้าของ แบตเตอรี่ (EB) เม่ือหยดุ จา่ ยแรงเคลื่อนไฟฟ้าใหก้ บั คาพาซิเตอร์ ตวั คาพาซิเตอร์ ตวั คาพาซิเตอร์จะยงั คง รกั ษาความต่างศกั ดาไฟฟ้าทตี่ กคร่อมตนไวไ้ ดอ้ ีกระยะหน่ึง (ดูรูปท่ี 13 (จ)) การคายประจุของคาพาซิเตอร์ ถา้ ตอ่ ตวั ตา้ นทานคร่อมคาพาซิเตอร์ทไ่ี ดร้ ับการอดั ประจเุ ตม็ อยู่ จะเกิดการถ่ายเทปไฟฟ้าข้นึ ระหวา่ งแผน่ ตวั นาท้งั สองของคาพาซิเตอร์ เกิดกระแสไฟฟ้าไหลผา่ นตวั ตา้ นทานน้นั เรียกกระแสคายประจุหรือกระแสดิสชาร์จ ช่วงแรก (ช่วงเวลา T1 ถึง T5) คาพาซิเตอร์จะ คายประจุมากจนแรงเคล่ือนตกคร่อมลดต่าลงเหลือเพยี งประมาณ 37 % ของแรงเคลื่อนเดิม จากน้นั 58

กระแสประจุจะลดนอ้ ยลงเร่ือย ๆ (ช่วงเวลา T1 ถึง T5) จนกระทง่ั หยดุ ไหล (หลงั T5) เมื่อแผน่ ตวั นา ท้งั สองหมดความต่างศกั ดาไฟฟ้าแลว้ เวลาในการท่คี าพาซิเตอร์คายประจจุ นเหลือ 37 % ของค่าเดิมก็ เรียกวา่ ค่าคงตวั เวลา (time constant) เช่นกนั โดยหาไดจ้ ากผลคูณระหวา่ งค่าของคาพาซิเตอร์กบั ค่า ของตวั ตา้ นทานทนี่ ามาตอ่ คร่อม ดงั สูตร T=CxR เวลาในการท่คี าพาซิเตอร์ใชไ้ ปในการคายประจุต้งั แต่ตน้ จนหมดจะใชเ้ วลาเท่ากบั 5CR รูปท่ี 14 ลกั ษณะการคายประจขุ องคาพาซิเตอร์ ค่าคงตัวเวลาของคาพาซิเตอร์ เมื่อจ่ายแรงเคลื่อนใหค้ าพาซิเตอร์จะเกิดการอดั ประจุ และเมื่อ หยดุ จา่ ยแรงเคลื่อนใหค้ าพาซิเตอร์จะเกิดการคายประจุ โดยคา่ ของเวลาท่ใี ชไ้ ปในการทคี่ าพาซิเตอร์อดั ประจหุ รือคายประจุเพอื่ ใหเ้ กิดแรงเคลื่อนตกคร่อมคาพาซิเตอร์หรือลดลงจากเดิม 63% ของแหล่งจ่าย น้นั หาไดจ้ ากผลคูณระหวา่ งคา่ คาพาซิเตอร์กบั ค่าของความตา้ นทานในวงจรทต่ี อ่ อยกู่ บั คาพาซิเตอร์ใน ขณะน้นั เรียกวา่ ค่าคงตวั เวลาหาไดจ้ ากสูตร T = C x R ในรูปที่ 15 ไดแ้ สดงให้เห็นถึงคา่ คงตวั เวลา อดั ประจแุ ละคายประจขุ องคาพาซิเตอร์ ( ดูรูปท่ี 15 (ก)) เม่ือ S1 ออนเพอื่ จา่ ยแรงเคล่ือนไฟฟ้า 100 V ใหก้ บั คาพาซิเตอร์ทมี่ ีคา่ ความจุ 1 uF ผา่ นตวั ตา้ นทาน 3 MΩ ค่าคงตวั เวลา (T) ทท่ี าใหค้ าพาซิเตอร์ อดั ประจุแลว้ เกิดแรงเคล่ือนตกคร่อม 63 % ของแหล่งจา่ ย (63 V ) จะมีค่า 3 วนิ าที (T = 1 x 10- 6 x 3 106 = 3 S) และจะอดั ประจุจนเตม็ ไดแ้ รงเคล่ือนตกคร่อมคาพาซิเตอร์เทา่ กบั EB (100 V) ในเวลา 5 CR คอื 15 วนิ าที (5 x 3 = 15 S) ในรูปที่ 15 (ข) หลงั จากคาพาซิเตอร์อดั ประจเุ ตม็ แลว้ ท่ชี ่วงเวลา 15 S เมื่อ S1 ออฟและ S1 ออน คาพาซิเตอร์จะคายประจุผา่ นทางตวั ตา้ นทาน 3 MΩ โดยคา่ คงตวั เวลาท่ที าใหค้ าพาซิเตอร์คาย 59

ประจจุ นแรงดนั ท่ตี อคร่อมคาพาซิเตอร์ลดจากเดิม 36% ซ่ึงทาใหเ้ หลือแรงดนั ตกคร่อมท่ตี วั คาพาซิเตอร์ เพยี ง 37% ของคา่ เดิมจะหาไดจ้ ากการเอาคาพาซิเตอร์คูณกบั คา่ ตวั ตา้ นทานไดค้ า่ คงตวั เวลา คือ T = 1 x 10- 6 x 3 106 = 3S รูปที่ 15 กราฟแสดงค่าคงตวั เวลาของคาพาซิเตอร์ขณะอดั และคายประจุ จะเห็นวา่ ทช่ี ่วงเวลาน้ีกระแสคายประจุไหลมากจนทาใหศ้ กั ยต์ กคร่อมคาพาซิเตอร์ลดลงถึง 63% ภายในเวลา 3 วนิ าที หลงั จากน้นั กระแสคายประจุจะไหลนอ้ ยลงจนกระทง่ั คายประจหุ มดซ่ึง หมายความวา่ ไม่มีความต่างศกั ยร์ ะหวา่ งข้วั ท้งั สองของคาพาซิเตอร์ใชเ้ วลาอีก 4T (4 x 3 = 12s) รวม เวลาท้งั หมดต้งั แตค่ าพาซิเตอร์เร่ิมคายประจจุ นกระทงั่ หมดประจุคอื 3 + 12 = 15 วนิ าที ( ดูรูปที่ 15 (ข)) 4 ผลของคาพาซิเตอร์ต่อไฟกระแสสลับ เมื่อจ่ายแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระแสสลบั ใหก้ บั วงจรคาพาซิเตอร์ทีแ่ สดงไวใ้ นรูปที่ 16 ขณะท่ีมี สญั ญาณคร่ึงไซเกิลบวกป้อนใหค้ าพาซิเตอร์ จะทาใหเ้ กิดการอดั ประจมุ ีกระแสไหลผา่ นคาพาซิเตอร์ผา่ น ตวั ตา้ นทานทางปลายดา้ นบน ออกทางปลายดา้ นล่างเกิดแรงดนั ตกคร่อมตวั ตา้ นทานเหมือนกบั ที่ป้อนให้ คาพาซิเตอร์ และเม่ือสญั ญาณคร่ึงไซเกิลลบป้อนเขา้ มาใหค้ าพาซิเตอร์ทาใหเ้ กิดการอดั ประจุในทศิ ทาง ตรงกนั ขา้ ม มีกระแสไหลผา่ นตวั ตา้ นทานทางปลายดา้ นล่างออกทางปลายดา้ นบนไหล เขา้ ไปอดั ประจุ คาพาซิเตอร์ทาใหเ้ กิดแรงดนั ตกคร่อมตวั ตา้ นทานไดเ้ ป็นสญั ญาณคร่ึงไซเกิลลบเช่นเดียวกบั ทปี่ ้อนใหค้ า พาซิเตอร์ ลกั ษณะเช่นน้ีแสดงใหเ้ ห็นวา่ สญั ญาณกระแสสลบั สามารถผา่ นคาพาซิเตอร์ได้ เพราะการสลบั ข้วั บวกลบของสญั ญาณกระแสสลบั จะทาใหค้ าพาซิเตอร์ทาการอดั และคายประจุสลบั กนั ไปจงึ เกิด กระแสไหลผา่ นคาพาซิเตอร์ไดต้ ลอดเวลาทาใหเ้ กิดแรงเคล่ือนตกคร่อมตวั ตา้ นทานมีรูปร่างเหมือนกบั ท่ี ป้อนใหค้ าพาซิเตอร์ 60

รูปที่ 16 ลกั ษณะการผา่ นไฟกระแสสลบั ของคาพาซิเตอร์ ความต้านทานต่อไฟกระแสสลบั ของคาพาซิเตอร์ เม่ือป้อนแรงเคลื่อนกระแสสลบั ที่มีความถ่ี ตา่ งกนั หน่ึงออกเตฟ (หน่ึงเทา่ ) ใหก้ บั คาพาซิเตอร์ โดยมีขนาดแรงเคล่ือนเทา่ กนั จะเห็นวา่ สญั ญาณท่มี ี ความถี่ต่ากวา่ ( 50 Hz ) จะผา่ นคาพาซิเตอร์ไปตกคร่อมตวั ตา้ นทานไดม้ ีขนาดเล็กกวา่ คร่ึงหน่ึงของ ขนาดของสญั ญาณท้งั สองจะมีคา่ 10 V เท่ากนั กต็ ามเหตุทีเ่ ป็นเช่นน้ีเพราะสญั ญาณที่ความถ่ีสูงกวา่ จะใชเ้ วลาในการอดั และคายประจุทีม่ ีคา่ เท่ากนั ส้นั กวา่ ดงั น้นั ปริมาณของกระแสทีไ่ หลผา่ นคาพาซิเตอร์ ตอ่ หน่วยเวลาในขณะทไี่ ดร้ บั สญั ญาณความถี่สูงจึงมีค่ามากกวา่ ทาใหเ้ กิดสญั ญาณตกคร่อมตวั ตา้ นทานมี ขนาดใหญ่กวา่ สญั ญาณความถี่ต่า ผลของคา่ ความตา้ นทานทมี่ ีตอ่ ไฟกระแสสลบั ของคาพาซิเตอร์ซ่ึง จะทวสี ูงข้ึนเมื่อความถี่ลดต่าลงน้ี สามารถแสดงใหเ้ ห็นไดเ้ ป็นสูตรต่อไปน้ี XC = 1 2 π fC โดยที่ XC คอื ค่าความตา้ นทานต่อไฟกระแสสลบั ของคาพาซิเตอร์ (capacitive reactance) มีหน่วย เป็ นโอห์ม(Ω) 2 π คอื คา่ คงตวั มีคา่ เทา่ กบั 6.28 f คือคา่ ความถี่ของสญั ญาณกระแสสลบั ทีผ่ า่ นคาพาซิเตอร์มีหน่วยเป็ น เฮิรตซ์ (Hz) หรือ ไซเกิล ต่อวนิ าที (cps) C คอื ค่าความจขุ องคาพาซิเตอร์มีหน่วยเป็ นฟารดั (F) รูปที่ 17 ผลของคาพาซิเตอร์ต่อไฟกระแสสลบั ความถ่ีสูงและต่า 61

ลักษณะเฟสของกระแสะแรงเคลื่อนในวงจรคาพาซิเตอร์ เม่ือจา่ ยแรงเคลื่อนกระแสตรงใหก้ บั วงจรทีแ่ สดงไวใ้ นรูปท่ี 18 ซ่ึงมีโวลตม์ ิเตอร์ 2 ตวั ตอ่ คร่อมอยกู่ บั คาพาซิเตอร์ 1 ตวั และต่อคร่อมตวั ตา้ นทาน 1 ตวั จะเห็นวา่ จงั หวะแรกเขม็ ของโวลตม์ ิเตอร์ท่ีต่อคร่อมตวั ตา้ นทานจะช้ีแสดวค่าสูงสุดทนั ที ขณะสวติ ชอ์ อน จากน้นั จึงจะค่อย ๆ ลดต่าลงจนเป็น 0 V ในทีส่ ุด ส่วนโวลตม์ ิเตอร์ท่ตี อ่ คร่อมคาพาซิ เตอร์อยนู่ ้นั จะเปลี่ยนแปลงไปในทางตรงกนั ขา้ มคอื คา่ แรงดนั คอ่ ย ๆ ทวสี ูงข้ึนจากตาแหน่ง 0 ไปยงั คา่ สูงสุดซ่ึงมีคา่ เทา่ กบั แหล่งจา่ ย EB แรงเคลื่อนท่ตี กคร่อมตวั ตา้ นทานน้นั เป็ นแรงเคล่ือนท่ไี ดจ้ ากกระแสทีไ่ หลผา่ นคาพาซิเตอร์ ดงั น้นั แรงเคลื่อนท่ีตกคร่อมตวั ตา้ นทานจะแสดงเวลาในการเกิดกระแสท่ีไหลผา่ นคาพาซิเตอร์ ซ่ึงจะเกิด ก่อนและเกิดข้นึ ในทนั ทีทจี่ ่ายแรงเคลื่อน EB ใหก้ บั วงจร ส่วนแรงเคล่ือนที่ตกคร่อมคาพาซิเตอร์น้นั จะ เห็นวา่ เกิดข้นึ หลงั กระแสทไ่ี หลผา่ นคาพาซิเตอร์เพราะเขม็ มิเตอร์จะช้ีแสดงค่าชา้ กวา่ ซ่ึงแสดงไหเ้ ห็นได้ วา่ เฟสของกระแสท่ีไหลผา่ นคาพาซิเตอร์น้นั จะเร็วกวา่ เฟศของแรงเคล่ือนทตี่ กคร่อมคาพาซิเตอร์ในวงจร ทีม่ ีค่าความตา้ นทานต่อไฟกระแสสลบั ของคาพาซิเตอร์อยา่ งเดียวน้นั เฟสของกระแสจะนาหนา้ แรง เคล่ือนอยู่ 90 องศา ดงั น้นั เมอ่ื ป้อนสญั ญาณสลบั ใหผ้ า่ นคาพาซิเตอร์ ดงั วงจรทแี่ สดงไวใ้ นรูปที่ 19 เฟสของสญั ญาณที่ตกคร่อมตวั ตา้ นทานซ่ึงแสดงเฟสของกระแสคาพาซิเตอร์น้นั จะเร็วกวา่ เฟสของ สญั ญาณทีต่ กคร่อมคาพาซิเตอร์ ซ่ึงแทนเฟสของแรงเคล่ือน 90 องศา รูปท่ี 18 การทดลองเกี่ยวกบั เฟสของกระแสและแรงดนั คาพาซิเตอร์ รูปท่ี 19 ความเหล่ือมล้าทางเฟสของสญั ญาณทเ่ี กิดจากกระแสแรงดนั คาพาซิเตอร์ 5 การระบคุ ่าคาพาซิเตอร์ การระบคุ า่ ของคาพาซิเตอร์น้นั ใชห้ ลกั การคลา้ ยกบั การระบุค่าตวั ตา้ นทานคอื ถา้ คาพาซิเตอร์มี ขนาดใหญ่ เช่น อิเล็กทรอไลตกิ คาพาซิเตอร์ จะใชว้ ธิ ีระบุคา่ ลงไปโดยตรงท้งั คา่ ความจุ อตั ราแรงดนั ใช้ งาน และค่าความคลาดเคล่อื น แต่ถา้ เป็นคาพาซิเตอร์ขนาดเลก็ ที่มีคา่ ความจนุ อ้ ย เช่น แบบไมกาหรือ เซรามิก จะใชว้ ธิ ีระบคุ า่ เป็นระหัสตวั เลขดงั ต่อไปน้ี 62

การระบคุ ่าคาพาซิเตอร์แบบไมกา 1. แบบ 3 จดุ สี เป็ นการระบุคา่ คาพาซิเตอร์แบบไมกาวธิ ีเก่า ใชก้ ารนบั ตาแหน่งจุดสีเรียงไป ตามแนวช้ีของลูกศร โดยเริ่มจากดา้ นทา้ ยยอ้ นไปทางหวั ลูกศร ( ดา้ นปลายแหลม ) โดยจุดสีท่หี น่ึงจะใช้ เป็นคา่ ตวั เลขท่ี 1 จุดสีทส่ี องใชเ้ ป็นค่าตวั เลขที่ 2 และจุดสีที่สามเป็นค่าของจานวนศนู ย์ ค่าทอ่ี ่านไดจ้ ะ มีหน่วยเป็นพโิ คฟารดั (pF) มีอตั ราแรงดนั ใชง้ าน 5000 WVDC และอตั ราคลาดเคลื่อน 20 % 2. แบบ 5 จดุ สี เป็ นการะบคุ า่ วธิ ีเก่าของคาพาซิเตอร์แบบไมกาเช่นกนั แตกต่างกบั แบบ 3 จดุ สีเพยี งเพม่ิ จุดสีข้ึนมาทางดา้ นบนอีก 2 จดุ เพือ่ ระบุอตั ราความคลาดเคลอื่ น (ขวา) และแรงดนั ใชง้ าน (ซา้ ย) โดยแถวล่างที่มี 3 จดุ สีกจ็ ะยงั คงใชห้ ลกั การอ่านเหมือนแบบ 3 จดุ สีคือ จุดสีแรกทางทา้ ยลูกศร เป็นค่าที่ 1 จุดสีถดั ไปเป็นค่าท่ี 2 และจดุ สีที่ 3 ( ดา้ นปลายหวั ลูกศร ) เป็ นค่าของจานวนศนู ย์ รูปที่ 20 3. แบบ 6 จุดสีเก่า เป็ นการระบุคา่ ของคาพาซิเตอร์แบบไมกาซ่ึงใชว้ ธิ ีแบ่งจดุ สีออกเป็ น 2 แถว ๆ ละ 3 จดุ สีโดยแถวบนแสดงคา่ ลกั ษณะเดียวกบั แบบ 3 จุดสี คือจุดสีท่อี ยดู่ า้ นทา้ ยลูกศรเป็ นค่า ของตวั เลขที่ 1 ถดั มาเป็นตวั เลขที่ 2 และดา้ นหวั ลูกศรเป็นจานวนศนู ย์ ส่วนจดุ สีแถวล่างดา้ นทา้ ยลูกศร 63

จะแสดงคา่ แรงดนั ใชง้ าน จดุ สีกลางจะปล่อยวา่ งไว้ ส่วนจดุ สีทางริมดา้ นหวั ลูกศรจะแสดงค่าอตั รา คลาดเคลื่อน 4 แบบ 6 จุดสีใหม่ เป็ นมาตรฐานการระบุคา่ คาพาซิเตอร์แบบไมกาของ EIA โดยเร่ิมอ่านจาก จดุ ท่อี ยทู่ างแถวบนดา้ นทา้ ยลูกศรเรียงไปตามแนวช้ีของหวั ลูกศร จุดสีท่ีเป็ นการระบุมาตรฐานของคาพา ซิเตอร์ ถา้ ใชส้ ีขาวเป็นมาตรฐาน EIA ( ปัจจุบนั ใชส้ ีเงนิ ) และถา้ ใชส้ ีดาเป็นมาตรฐาน MIL ที่ยดุ น้ีไม่ มีสีใหผ้ า่ นไป ส่วนจดุ ทสี่ องจะเป็นค่าของตวั เลขท่ี 2 และจดุ สีแถวล่างที่อยใู่ ตจ้ ดุ สีที่สามนบั เป็ นจดุ สีที่ส่ี ใชแ้ สดงค่าจานวนศูนยห์ รือตวั คูณ ส่วนสีถดั ไปทีอ่ ยตู่ รงกลางแสดงค่าอตั ราความคลาดเคล่ือน และจดุ สี สุดทา้ ยเป็นการระบชุ ้นั ของคาพาซิเตอร์ ตารางที่ 2 คา่ รหสั สีของตวั ตา้ นทานและคาพาซิเตอร์แบบไมกา สี คา่ ตวั เลข ค่าตวั คูณหรือ คา่ คลาดเคล่ือน %* อตั ราแรงดนั * ท่ี 1 และ 2 จานวนศนู ย์ ดา 0 1 20 น้าตาล 1 10 1 100 แดง 2 10 2 200 สม้ 3 10 3 300 เหลือ 4 10 4 400 เขียว 5 10 5 500 น้าเงิน 6 10 6 600 ม่วง 7 10 7 700 เทา 8 10 8 800 ขาว 9 10 9 900 ทอง 0.1 5 1000 เงิน 0.01 10 2000 ไม่มีสี 20 500 *สีแสดงค่าคลาดเคลื่อนนอกจากสีทองหรือเงิน และสีแสดงอตั ราแรงดนั ใชส้ าหรบั คาพาซิเตอร์ เทา่ น้นั การระบุค่าของคาพาซิเตอร์แบบเซรามิก การะบุค่าคาพาซิเตอร์แบบเซรามิกมีท้งั แบบรหัส ตวั เลข แบบจุดสี และแบบคาดสีซ่ึงอาจจะใช้ 3 สีหรือ 5 สี สาหรับแบบจุดหรือคาด 5 สีน้ัน สีแรก จะระบคุ ่าสมั ประสิทธ์ิอุณหภมู ิและสีสุดทา้ ย ( สีท่ีหา้ ) จะระบคุ ่าอตั ราความคลาดเคลื่อนซ่ึงแสดงไวใ้ น ตารางที่ 3 แถบ 3 สีทอ่ี ยตู่ รงกลางคา่ คาพาซิเตอร์เป็นพโิ คฟารดั โดยมีความหมายของรหสั สีเหมือนกบั ของตวั ตา้ นทานและของคาพาซิเตอร์แบบไมกา การแสดงอตั ราความคลาดเคล่ือนถา้ ค่าคาพาซิแตนซ์สูง กวา่ 10 pF จะระบุเป็นหน่วย pF 64

ตารางที่ 3 คา่ รหสั สีของคาพาซิเตอร์แบบเซรามิก สี ค่าตวั คูณหรือ คา่ ความคลาดเคลื่อน คา่ สมั ประสิทธ์ิ จานวนศนู ย์ สูงกวา่ 10 pF% ต่ากวา่ 10 pF,pF อุณหภูมิ ppm/ºC ดา x 1 20 2.0 0 น้าตาล 10 1 - 30 แดง 100 2 1 - 80 สม้ 1000 - 150 เหลือ - 220 เขยี ว 5 0.5 - 330 น้าเงิน - 470 ม่วง - 750 เทา x 0.01 0.25 30 ขาว x 0.1 10 1.0 500 รูปท่ี 21 ลกั ษณะการระบคุ ่าคาพาซิเตอร์เซรามิกแบบตา่ ง ๆ 65

รูปท่ี 21 (ต่อ) ลกั ษณะการระบคุ า่ คาพาซิเตอร์เซรามิกแบบต่าง ๆ การระบคุ ่าคาพาซิเตอร์รหัสตวั เลข การระบคุ า่ คาพาซิเตอร์แบบน้ีใชห้ ลกั การเหมือนกบั ของตวั ตา้ นทาน ใชก้ บั คาพาซิเตอร์ขนาดเลก็ ซ่ึงอาจจะเป็นเซรามิกหรือแบบอ่ืน ๆ กไ็ ด้ ระบดุ ว้ ยตวั เลขอาจจะ ตวั เดียว สองตวั หรือสามตวั โดยตวั แรกและตวั ที่สองจะแสดงคา่ ของคาพาซิเตอร์หลกั ท่ีหน่ึงและหลกั ท่ี สองโดยตรง ส่วนตวั เลขตวั ที่สามจะแสดงจานวนศนู ยท์ ี่จะตอ่ ทา้ ยตวั เลขท้งั สองตวั ขา้ งตน้ โดยมีหน่วย เป็น pF ถา้ เป็นตวั เลขจุดทศนิยมจะอ่านค่าออกมามีหน่วยเป็ น uF โดยตรง รูปที่ 22 การระบุคา่ คาพาซิเตอร์แบบรหสั ตวั เลข รูปที่ 23 การใชแ้ ถบสีระบคุ ่าคาพาซิเตอร์แบบโพลีเอสเตอร์และเซรามิก 66

การระบคุ ่าคาพาซิเตอร์แบบคาดสี คาพาซิเตอร์บางแบบ เช่น แบบโพลีเอสเตอร์หรือแบบเซรา มิกของฟิลิปสจ์ ะใชว้ ธิ ีระบุค่าโดยการคาดแถบสีอาจจะเป็น 3,4 หรือ 5 แถบ โดยแถบสีท่ี 1 และ 2 จะแสดงค่าความจุเป็นตวั เลขหลกั แรกและหลกั ทีส่ อง ส่วนแถบสีท่ี 3 แสดงจานวนศูนย์ คา่ ท่อี ่านไดม้ ี หน่วยเป็ น pF แถบสีท่ี 4 แสดงคา่ อตั ราความคลาดเคลื่อนมี 2 สีคือ ดา = 20% และขาว = 10% ส่วนแถบสีที่ 5 เป็ นคา่ แรงดนั ใชง้ าน มีใช้ 4 สีดว้ ยกนั คือ น้าตาล = 100 V, แดง = 250 V, เหลือง = 400 V และน้าเงนิ = 630 V ( ดูรูปที่ 23 ) ตารางท่ี 4 ค่ามาตรฐานตวั ตา้ นทานและคาพาซิเตอร์คามเปอร์เซ็นตค์ ลาดเคล่ือน ความคลาดเคลอ่ื น 20% ความคลาดเคลื่อน 10% ความคลาดเคลอ่ื น 5% 10 10 10 11 12 12 13 15 15 15 16 18 18 20 22 22 22 24 27 30 33 33 33 36 39 43 47 47 47 51 56 56 62 68 68 68 75 82 82 91 100 100 100 67

แม่เหลก็ MAGNET 1. การแบ่งประเภทของแม่เหล็ก แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คอื 1.1 แม่เหล็กธรรมชาติ คอื หินบางชนิดทม่ี ีอานาจดึงดูดเหล็กซ่ึงเกิดข้ึนเองตามธรรมชาติ 1.2 แม่เหลก็ ประดิษฐ์ คือแม่เหลก็ ท่ีมนุษยส์ ร้างข้ึน แบง่ ออกเป็ น 2 ชนิด ไดแ้ ก่ - แม่เหลก็ ถาวร ( Permanent magnet ) - แม่เหลก็ ชวั่ คราว ( Temporary magnet ) รูปท่ี 1 ลกั ษณะของเสน้ แรงแม่เหล็ก 2. คณุ สมบตั ขิ องแม่เหล็ก 2.1 ถา้ นาแม่เหล็กมาแขวนดว้ ยเชือก ใหด้ า้ นยาวของแม่เหล็กขนานไปกบั พ้นื แทง่ แม่เหลก็ จะช้ีอยใู่ น แนวทศิ เหนือ – ใต้ ปลายดา้ นท่ชี ้ีไปทางทศิ เหนือ เรียกวา่ ข้วั เหนือ (N) และปลายที่ช้ีไปทางทิศใตเ้ รียกวา่ ข้วั ใต้ (S) หลกั การน้ีไดน้ ามาใชท้ าเขม็ ทศิ เพอื่ ใชเ้ ดินทางไปสู่จุดหมายไดใ้ นเม่ือภมู ิประเทศน้นั ๆ ไม่มีสิ่ง ใดเป็ นท่สี งั เกตบง่ บอกทศิ ทางแน่นอน เช่น การเดินป่ า การเดินเรือในทะเล และการบนิ 2.2 รอบ ๆ แท่งแม่เหลก็ จะมีเสน้ แรงแม่เหล็กซ่ึงมองไม่เห็น ส่งออกมาจากข้วั เหนือส่งผ่านอากาศไป เขา้ ยงั ข้วั ใต้ ส่วนภายในแทง่ แม่เหลก็ น้นั จะมีเสน้ แรงเดินทางผา่ นจากข้วั ใตไ้ ปข้วั เหนือ 2.3 ถา้ นาแม่เหล็ก 2 แท่งมาวางใกลก้ นั จะเกิดแรงกระทาซ่ึงกนั และกนั ดงั น้ี - ถา้ ข้วั แม่เหลก็ ท้งั สองเหมือนกนั เช่น ข้วั ใตก้ บั ข้วั ใต้ หรือข้วั เหนือกบั ข้วั เหนือ จะเกิดการ ผลกั กนั - ถา้ ข้วั แม่เหล็กท้งั สองตา่ งกนั คือ ข้วั เหนือกบั ข้วั ใตจ้ ะเกิดการดึงดูดซ่ึงกนั และกนั 2.4 แม่เหลก็ จะสามารถดึงดูดสารเฟอร์โรแมกเนตกิ ได้ 2.5 ถา้ ตดั แท่งแม่เหลก็ ออกเป็ นทอ่ น ๆ หลาย ๆ ท่อน แตล่ ะทอนกย็ งั คงรกั ษาคุณสมบตั ิของแม่เหล็ก เอาไวค้ ือ จะมีข้วั เหนือและข้วั ใต้ และมีทิศทางของเสน้ แรงแม่เหลก็ เหมือนกบั แท่งเดิม 68

ทิศเหนือ ทศิ ใต้ (ก) เมื่อแขวนแทง่ แมเ่ หล็กจะช้ีแนวทิศเหนือใต้ แท่งแมเ่ หลก็ (ข) ทศิ ทางของเส้นแรงแมเ่ หล็ก รูปที่ 2 คุณสมบตั ขิ องแม่เหลก็ สารตา่ ง ๆ สามารถแบ่งตามคุณสมบตั ิทางแม่เหล็กได้ 2 ชนิดคือสารที่เป็ นแม่เหล็กกบั สารที่ไม่ เป็นแม่เหล็ก สารแม่เหล็ก ( Magnetic substance ) หมายถึงประเภทของสารทมี่ ีคุณสมบตั ิสามารถทาเป็ น แม่เหล็กไดด้ ีและมีอานาจดึงดูดกบั แม่เหลก็ อยา่ งแรง สารท่ีไม่เป็ นแม่เหล็ก (nonmagnetic substance ) เป็นสารทมี่ ีคุณสมบตั ิโมเลกุลไม่จดั เรียงตวั กนั เม่ือถูกชกั นาดว้ ยเส้นแรงแม่เหล็ก จึงไม่สามารถสร้างให้ เป็ นแม่เหล็กได้ 69

3. การแบ่งชนิดสารตามผลต่อเส้นแรงแม่เหล็ก สารไดอาแมกเนติก เป็ นสารที่มีคุณสมบตั ิเกิดแรงผลกั กบั แม่เหล็กดว้ ยกาลงั อ่อน ๆ ( พลวง ทองแดง ปรอท เงิน สงั กะสี ) สารเฟอร์โรแมกเนตกิ เป็นสารทม่ี ีคุณสมบตั ิดึงดูดกบั แม่เหล็กดว้ ยกาลงั สูง จึงใชท้ าอุปกรณ์ ประเภทแม่เหลก็ ( เหลก็ นิกเกิล โคบอลต์ ) การทจี่ ะทาสารเฟอร์โรแมกเนตกิ ใหเ้ ป็ นแม่เหล็กน้นั วธิ ีแรกคืออาศยั อานาจแม่เหล็กจากภายนอก ไปกระทาให้โมเลกุลของสารแม่เหล็กเรียงตวั กนั เป็ นระเบียบ โดยการใชแ้ ท่งแม่เหล็กมาถูในทิศทาง เดียวกนั ซ้าๆ เพอ่ื ใหเ้ กิดการเหนี่ยวนาดงั กล่าว อีกวธิ ีหน่ึงในการทาสารแม่เหล็กใหเ้ กิดข้ึนมาก็ทาให้โดยการใชส้ นามแม่เหล็กซ่ึงเกิดจากการ ไหลของกระแสไฟฟ้ามาเหน่ียวนาสารแม่เหล็ก โดยจา่ ยกระแสไฟฟ้าใหไ้ หลผา่ นขดลวดตวั นาหุม้ ฉนวน ซ่ึงพนั รอบสารแม่เหล็กน้นั ๆ กท็ าใหส้ ารแม่เหลก็ ทีล่ วดตวั นาพนั รอบอยนู่ ้นั เกิดอานาจดึงดูดเป็ นแม่เหล็ก ข้นึ มาได้ ส่วนการทจี่ ะทาใหแ้ ม่เหลก็ หมดอานาจดึงดูดน้นั กต็ อ้ งหาทางใหโ้ มเลกลุ ของแม่เหล็กจดั ตวั ใหม่ ไม่เรียงเป็ นระเบยี บเหมือนเดิม อานาจแม่เหล็กที่มีอยเู่ ดิมก็จะหมดไปเน่ืองจากสนามแม่เหล็กของแต่ละ โมเลกลุ หกั ลา้ งกนั เอง ซ่ึงการกระทาดงั กล่าวอาจทาไดโ้ ดยทาให้แม่เหล็กน้นั เกิดการสั่นสะเทือนแรง ๆ หรือโดยการใหค้ วามร้อนกบั แม่เหล็ก และอาจใชไ้ ฟฟ้ากระแสสลบั ป้อนผา่ นขดลวดตวั นาหุม้ ฉนวนซ่ึง พนั รอบแทง่ แม่เหลก็ อานาจแม่เหลก็ ท่เี กิดจากกระแสไฟฟ้าสลบั จะกลบั ข้วั เปลี่ยนทิศททางอยตู่ ลอดเวลาชกั นาโมเลกุลของแท่งแม่เหล็กใหอ้ ดั ตวั กนั ใหม่ไม่เป็นระเบยี บเหมือนเดิมคือสูญเสียอานาจแม่เหล็กไปน้นั เอง อานาจแม่เหล็กซ่ึงแพร่กระจายข้วั เหนือ (N) ไปยงั ข้วั ใต้ (S) น้ันเรียกว่า เส้นแรงแม่เหล็ก ( magnetic line of force ) ส่วนบริเวณท่ีแม่เหล็กสามารถส่งกาลงั ไปถึงน้นั เรียกวา่ สนามแม่เหล็ก ( magnetic field ) และสนามแม่เหล็กจะมีกาลงั สูงทีบ่ ริเวณข้วั แม่เหล็ก ในการท่ีเสน้ แรงแม่เหลก็ จะแพร่กระจายเขา้ ไปในสารบางอยา่ งน้นั อาจเกิดแรงตา้ นซ่ึงเรียกวา่ รีลกั แตนซ์ (reluctance) ข้ึนมา แต่สาหรับสารแม่เหล็ก ( สารท่ีสามารถทาเป็ นแม่เหล็กไดด้ ี ) ค่ารีรัก แตน้ ซจ์ ะต่า ซ่ึงหมายความวา่ ในสารแม่เหล็กใด ๆ ก็ตามเส้นแรงแม่เหล็กสามารถจะแพร่กระจ่ายเขา้ ไป ได้ง่าย ( ดีกว่าจะแพร่กระจ่ายเป็ นเส้นแรงไปในอากาศ ) ด้ังน้ันจากคุณลักษณะข้อน้ีในวงจร อิเลก็ ทรอนิกส์บางอยา่ งถา้ เราไม่ตอ้ งการให้เสน้ แรงแม่เหล็กแพร่ออกไปยงั วงจรส่วนอื่น ก็ทาไดโ้ ดยใช้ โลหะที่เป็ นสารแม่เหล็กจดั วางในลกั ษณะคลุมอุปกรณ์น้นั ไว้ เส้นแรงแม่เหล็กจะไหลเวียนอยใู่ นสาร แม่เหลก็ ทีน่ ามาปกคลุมไวน้ ้นั การกระทาดงั กล่าวน้ีเรียกวา่ การชีลด์ (shield) ซ่ึงอาจจดั ใหม้ ีข้นึ ในส่วนของ วงจรขยายหรือการเหน่ียวนาถ่ายทอดสัญญาณ ต่าง ๆ เช่น การชีลด์ของเครื่องรับวิทยุ การชีลด์ของ เพาเวอร์ทรานฟอร์เมอร์โดยใชส้ ารแม่เหลก็ ห่อหุม้ เป็ นตน้ 70

รูปท่ี 3 การชีลดส์ นามแม่เหล็ก 4. รายละเอียดเพิ่มเตมิ เกยี่ วกบั แม่เหลก็ ในวชิ าแม่เหล็กน้นั ยงั มีรายละเอียดปลีกยอ่ ยอีกหลายอยา่ งซ่ึงเกินความจาเป็ นท่ีจะกล่าวถึงในท่ีน้ี แต่กม็ ีความหมายบางอยา่ งในเรื่องของแม่เหล็กทคี่ วรรู้ไวค้ ือ 1. ความสามารถของสารใด ๆ ทีจ่ ะยอมใหเ้ สน้ แรงแม่เหลก็ ผา่ นไดม้ ากหรือนอ้ ยเรียกวา่ เพอร์ มิอะบิลิตี (permeability) เขียนสญั ญาณลกั ษณ์แทนวา่ µ (อ่านวา่ มิว – mu) เพอร์มิอะบลิ ีของ กาหนด เป็นตวั เลขโดยคดิ เทียบกบั เพอร์มิอะบลี ิตขี องสูญญากาศท่มี ีคา่ เทา่ กบั 1 2. ความสามารถของสารแม่เหลก็ ทจี่ ะรักษาคุณสมบตั ิการเป็ นแม่เหล็กไวไ้ ดน้ านเพยี งใดหลงั จาก ทาให้เป็ นแม่เหล็กแลว้ เรียกว่า รีเทนติวิตี (retentivity) และอานาจแม่เหล็กท่ีเกิดข้ึนหลงั จากถูก สนามแม่เหลก็ ท่สี ่งมาชกั นาน้นั หมดไปแลว้ เรียกวา่ อานาจแม่เหลก็ ตกค้าง (reisidual magtism) 5. แม่เหล็กไฟฟ้า เม่ือปี ค.ศ. 1819 นกั ฟิ สิกส์ชาวเดนมาร์กชื่อ ฮานส์ คริสเตียน เออสเตด (Hans Christian Oersted) ไดค้ น้ พบการเกิดอานาจแม่เหล็กของเส้นลวกตีวนาเม่ือมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ซ่ึงเแนการ คน้ พบอยา่ งบงั เอิญขณะที่นาเช็มทิศไปวางใกลก้ บั สายไฟฟ้าตรงไหลผ่าน เขาไดส้ ังเกตเห็นเข็มทิศเกิด การเบีย่ งเบนทศิ ทางไปจากเดิม และได้ืดลองไม่จา่ ยกระแสไฟฟ้าไหลผา่ นสายไฟเสน้ น้นั เขม็ ทศิ จะเคลื่อน กลบั มาอยใู่ นแนวปกติตามเดิม การคน้ พบคร้ังน้ีนับเป็ นรากฐานท่ีสาคญั ท่ีทาให้เกิดการพฒั นาระบบ อุตสาหกรรมใหม้ ีความเจริญรุ่งเรืองข้นึ มาไดม้ ากจนถึงปัจจบุ นั น้ี จากการคน้ พบของเออสอตดเราลองมาพิจารณาทิศทางการเบี่ยงเบนของเขม็ ทิศ ขณะท่ีวางไน ตาแหน่งต่าง ๆ ของเสน้ ลวดตวั นา เมื่อมีไฟฟ้ากระแสตรงไหลผา่ นจะเห็นว่า ถา้ นาเข็มทิศวางทางดา้ น นอกของเสน้ ลวด แนวเขม็ ทิศจะช้ีเอาดา้ นข้วั เหนือ (N) ข้นึ ดา้ นบน แต่ถา้ วางดา้ บนข้วั เหนือจะช้ีเขา้ ดา้ น ในเม่ือวางดา้ นขา้ งดา้ นในข้วั เหนือจะช้ีลงล่าง และจะช้ีจากในออกดา้ นนอกเมื่อวา่ ดา้ นใตข้ องเสน้ ลวด (ดูรูปที่ 4) 71

รูปท่ี 4 การทดสอบทศทางเสน้ แรงแม่เหล็กโดยใชเ้ ขม็ ทศิ จากการทดลองดงั แสดงในรูปท่ี 4 จะเห็นไดว้ า่ สนามแม่เหล็กที่เกิดข้ึนรอบ ๆ เส้นบวดจะมีเสน้ แรวแม่เหล็กเวยี นเป็ นวงกลมรอบเสน้ ลวดในทิศทางทวนเช็มนาฬิกา เมื่อเทียบกบั ทิศทางการไหลของ กระแสนิยมทไี่ หลเขา้ จากดา้ นซา้ ยไปดา้ นขวา หรือมีทศิ ทางเวยี นตามเขม็ นาฬิกาเม่ือเทียบกบั ทิศทางการ ไหลของกระแสนิยม เพอ่ื ใหห้ าทศิ ทางเสน้ แรงแม่เหลก็ ไดส้ ะดวกข้ึนอาจใชก้ ฎมือขวาหาทิศทางเสน้ แรง แม่เหลก็ รอบเส้นลวดโดยใชม้ ือขวากาเสน้ ลวดให้น้ิวหัวแม่มือช้ีทิศทางการไหลของกระแสอิเล็กตรอน ทศิ ทางทปี่ ลายนิ้วช้ีไปคือทิศทางเส้นแรงแม่เหล็กท่ีเวียนรอบเส้นลวด (ถา้ เป็ นกระแสอิเล็กตรอนใชม้ ือ ซา้ ย) (คูรูปที่ 5) รูปที่ 5 การใชม้ ือซา้ ยเพอื่ หาทศิ ทางเสน้ แรงแม่เหล็ก 6. การเกิดอานาจแม่เหลก็ ชองเส้นลวดตวั นา เมื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าตรงให้กับเส้นลวดตวั นาท่ีเหยียดตรงซ่ึงปักทะลุอยู่บนกระดาษ ซ่ึงมี ผงตะไบเหล็กโรยอยรู่ อบ ๆ จะเห็นว่าขณะท่ีมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเส้นลวดผงตะไบเหล็กจะเกิดการ จดั เรียงตวั กนั เป็นวงรอบเสน้ ลวดโดยบริเวณที่อยใู่ กลเ้ สน้ บวดจะมีผงตะไบเหล็กอดั กนั แยหู่ นาแน่นมาก (ดูรูปท่ี 6) 1. เกิดเส้นแรงแม่เหล็กพองออกรอบเส้นลวดเป็ นวงกลม โดยความเขม้ สนามแมเ้ หล็กจะมี ค่าสูงสุดตรงบริเวณท่ีติดกบั เส้นลวด และจะมีค่าลดต่าลงเป็ นสดั ส่วนโดยกลบั กบั ค่ากาลังสองของ ระยะห่างจากเสน้ ลวด 72

2. เสน้ แรงแม่เหล็กท่พี องออกรอบเสน้ ลวดจะมีทิศทางเป็นมุมฉากกบั กระแสที่ไหลผ่านเส้นลวด และมีแนวหมุนเวยี นของเสน้ แรงตามเขม็ หรือทวนเขม็ นาฬิกา โดยข้ึนอยกู่ บั ทิศทางการไหลของกระแส ในเสน้ ลวด(ดูรูปท่ี 4) และอานาจแม่เหลก็ จะทวขี ้นึ ตามปริมาณของกระแสที่ไหลผา่ นเสน้ ลวด รูปท่ี 6 การเกิดอานาจแม่เหลก็ รอบเสน้ ลวดตวั นา ลักษณะการเกิดเส้นแรงแม่เหล็กของคอยล์ เมื่อนาเสน้ ลวดที่เคลือบดว้ ยฉนวนมาขดเป็ นวง ซอ้ นกนั ตดิ กนั หลาย ๆ วงซ่ึงเรียกวา่ คอยล์ (Coil) หรือ โซลนี อยด์ (solenoid) แลว้ จ่ายกระแสไฟฟ้า ใหไ้ หลผา่ นจะเกิดเสน้ แรงแม่เหลก็ พองออกโดยรอบเส้นลวดแต่ละวงน้ันเสริมกนั เกิดจานวนเสน้ แรง แม่เหลก็ ทวขี ้ึนตามจานวนรอบของคอยล์ ผลรวมของเสน้ แรงแม่เหล็กที่ไดจ้ ากคอยลท์ ้งั หมดจะพงุ ออก จากแกนกลางของคอยลท์ ี่ปลายอีกดา้ นหน่ึง เม่ือเปรียบเทียบทิศทางของเส้นแรงแม่เหล็กที่พงุ่ ออกจากคอยล์กบั เส้นแรงแม่เหล็กของแท่ง แม่เหล็กถาวรจะเห็นว่า จุดที่เส้นแรงแม่เหล็กพงุ่ ออกมาจากคอยลเ์ ป็ นเสมือนข้วั เหนือ (N) ของแท่ง แม่เหล็กถาวรและปลายด้านท่ีรับเส้นแรงแม่เหล็กเขา้ ของคอยล์น้ันจะเปลียบเสมือนข้วั ใต้ (S) ข้วั แม่เหล็กหรือทิศทางเส้นแรงแม่เหล็กของคอลยน์ ้ัน สามารถกาหนดไดโ้ ดยทิศทางการไหลของ กระแสและทศิ ทางการพนั ขดลวดของคอยล์ ซ่ึงถา้ เรารูท้ ศิ ทางการไหลของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านคอยล์ จะสามารถหาข้วั แม่เหล็กไดจ้ ากกฏมือขวา คือเอามือขวากาให้ปลายนิ้วมือท้งั หมดช้ีไปในแนวเดียวกบั ทิศทางทีก่ ระแสไหลผา่ นเสน้ ลวดในคอยล์ น้ิวหวั แม่มือซ่ึงช้ีไปทางปลายดา้ นหน่ึงของคอยลจ์ ะแสดงให้ เห็นว่าปลายดา้ นน้นั คือ ด้านที่เส้นแรงแม่เหล็กพุ่งออกหรือเป็ นข้วั เหนือ แต่ถ้าพิจารณาการไหลของ กระแสอิเล็กตรอน จะใชม้ ือซา้ ย รูปท่ี 7 เสน้ แรงแม่เลก็ ที่เกิดจากแท่งแม่เหล็กถาวรและคอยล์ 73

รูปที่ 8 การหาข้วั แม่เหลก็ ไฟฟ้าโดยใชก้ ฎมือขวาและกฎมือซา้ ย 7. กระแสเหนี่ยวนา เม่ือนาเส้นลวดตวั นาไปเคล่ือนท่ีตดั กบั เส้นแรงแม่เหล็ก หรือเสน้ แรงแม่เหล็กเคลื่อนท่ีตดั กบั เส้นลวดตวั นา จะเกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนาไหลในเส้นลวดตวั นาน้นั โดยค่าของกระแสท่ีไหลใน เส้นลวดตวั นาจะข้ึนอยู่กับความเร็วในการเคล่ือนท่ีตดั กันระหว่างเส้นแรงแม่เหล็ก ความเขม้ ของ สนามแม่เหล็กจานวนรอบของเส้นลวด และทิศทางการไหลของกระแสจะข้ึนอยกู่ ับทิศทางในการ เคล่ือนท่ีตดั กนั ระหวา่ งเสน้ ลวดตวั นากบั เสน้ แรงแม่เหล็ก ปรากฎการณ์ทาใหเ้ ราสามารถนาไปสร้างเป็ น เครื่องกาเนิดไฟฟ้าท้งั กระแสตรงและกระแสสลบั เพอื่ จา่ ยกระแสไฟฟ้าไปใชง้ านต่าง ๆ ได้ การหาทิศทางกระแสเหนี่ยวนา ในการหาทิศทางไหลของกระแสเหน่ียวนาในเส้นลวดตวั นา ขณะเกิดการเคล่ือนที่ตดั กนั ระหว่างเสน้ ลวดตวั นากบั เสน้ แรงแม่เหล็กน้ัน สมยั ก่อนนิยมพิจารณาจาก การไหลของกระแสอิเล็กตรอนโดยใช้กฎมือซ้ายของเฟลมมิง โดยใชว้ ิธีกางนิ้วหวั แม่มือ นิ้วช้ี และ นิ้วกลางให้ต้งั ฉากซ่ึงกนั และกัน เมื่อใชน้ ้ิวช้ีช้ีไปในแนวเส้นแรงแม่เหล็กจากข้วั เหนือไปใต้ และ นิ้วหวั แม่มือช้ีไปทางทเ่ี สน้ ลวดตวั นาเคล่ือนที่ตดั แรงแม่เหล็ก หรือทิศทางท่เี สน้ แรงแม่เหลก็ เคล่ือนที่ตดั กบั เสน้ ลวดตวั นาน้ิวกลางจะช้ีแสดงทศิ ทางการไหลของกระแสเหน่ียวนาซ่ึงเป็นกระแสอิเล็กตรอน โดย ปลายเสน้ ลวดดา้ นท่ีกระแสเหน่ียวนาไหลออกจะมีศกั ยเ์ ป็นลบ และปลายอีกดา้ นมีศกั ยเ์ ป็ นบวก ความตา่ ง ศกั ดาไฟฟ้าที่เกิดข้ึนท่ีปลายท้งั สองของเส้นเป็ นแรงเคล่ือนไฟฟ้าเหนี่ยวนา (Induced voltage) ซ่ึง เกิดข้ึนพร้อมกบั กระแสเหนี่ยวนา รูปท่ี 9 การหาทิศทางกระแสเหน่ียวนาโดยใชก้ ฎมือซา้ ย 74

ในการพจิ ารณาทิศทางการไหลของกระแสเหน่ียวนาน้นั ยคุ หลงั ไดม้ ีการพจิ ารณาจากการไหล ของกระแสนิยมซ่ึงมีทิศทางตรงกนั ขา้ มกบั กระแสอิเล็กตรอน ดงั น้นั จงึ ตอ้ งใชก้ ฎมือขวาเพอื่ นามาหา ทิศทางการไหลของกระแสเหนี่ยวนาที่เป็นกระแสนิยมซ่ึงจุดท่ีกระแสไหลออกจากปลายเสน้ ลวดตวั นา จะมีศกั ยเ์ ป็นบวกและปลายดา้ นทกี่ ระแสไหลเขา้ มีศกั ยล์ บ โดยใชห้ ลกั การกางน้ิวช้ี นิ้วกลาง และ น้ิวหวั แม่มือช้ีไปในทิศทางเหมือนกบั การใชก้ ฎมือซา้ ย โดยน้ิวกลางจะแสดงทศิ ทางการไหลกระแส เหน่ียวนาเช่นกนั แตเ่ ป็ นกระแสนิยม รูปท่ี 10 การทศิ ทางกระแสเหน่ียวนาโดยใชก้ ฎมือขวา 8 กฎแรงเคล่ือนเหนี่ยวนาของฟาราเดย์ แรงเคลื่อนเหนี่ยวนาท่เี กิดจากฟลกั ซ์แม่เหล็กตดั กบั วงรอบของคอยล์ จะข้ึนอยกู่ บั จานวนรอบ ของคอยล์ ความเร็วในการเคลื่อนตดั กนั ระหวา่ งเสน้ ลวดกบั ฟลกั ซแ์ ม่เหล็ก โดยค่าแรงเคล่ือนเหนี่ยวนา ท่เี กิดข้ึนจะข้นึ อยกู่ บั ส่วนประกอบตอ่ ไปน้ี 1. จานวนฟลกั ซ์หรือจานวนเสน้ แรงแม่เหล็กที่ตดั กบั เสน้ ลวดตวั นา ถา้ จานวนเสน้ แรงแม่เหล็ก มีมากจะไดแ้ รงเคลื่อนเหน่ียวนามาก 2. จานวนรอบของคอยล์ คอยลท์ ม่ี ีจานวนรอบมากจะไดค้ ่าแรงเคลื่อนเหน่ียวนาสูงคือ ผลรวม ของแรงเคล่ือนเหนี่ยวนาที่ไดจ้ ากคอยลแ์ ต่ละวงรอบซ่ึงต่ออนั ดบั กนั อยู่ 3. อตั ราความเร็วในการเคล่ือนท่ีตดั ความเร็วของฟลกั ซ์ท่ีเคล่ือนตดั คอยล์ ถา้ เร็วจะใหแ้ รง เคลื่อนเหนี่ยวนาทส่ี ูง ส่วนประกอบขา้ งตน้ เป็ นพน้ื ฐานสาคญั ทจี่ ะนาไปใชง้ านหลายอยา่ ง ในเส้นลวดตวั นาทุกชนิด ท่มี ีกระแสไหลผา่ นจะเกิดแรงเคลื่อนเหนี่ยวนาข้ึน ถา้ มีการเปลี่ยนแปลงของกระแสที่ไหลในเส้นลวด หรือสนามแม่เหลก็ ท่ีอยรู่ อบเสน้ ลวด คา่ ของแรงเคลื่อนเหน่ียวนาสามารถหาไดจ้ ากกฎของฟาราเดย์ ( Farady’s Law ) ดงั น้ี V ind = N dø dt V ind คอื แรงเคล่ือนทีเ่ หน่ียวนามีหน่วยเป็ นโวลต์ 75

N คือจานวนรอบของคอยล์ d ø คอื อตั ราส่วนของความเร็วในการเคล่ือนท่ตี ดั กนั ระหวา่ งฟลกั ซ์แม่เหลก็ กบั เสน้ ลวด dt ตวั นามี หน่วย เป็ น เวเบอร์ / วนิ าที 9 กฎของเลนซ์ กฎของเลนซ์ ( Lenz’ Law ) เป็ นกฎที่คิดข้ึนมาเพ่ือใชห้ าทิศทางของเสน้ แรงแม่เหล็กท่ีเกิดจาก กระแสเหนี่ยวนา ทิศทางของกระแสหรือแรงเคล่ือนเหนี่ยวนาในเสน้ ลวด โดยระบุไวว้ า่ “ทิศทางของเส้นแรงแม่เหลก็ ท่เี กิดขึน้ จากไหลของกระแสเหน่ียวนาจะเป็ นไปในแนวทางต่อต้านกับ ทิศทางเส้นแรงของสนามแม่เหลก็ ทม่ี ากระทาให้เกิดกระแสเหน่ยี วนานัน้ รูปท่ี 11 ลกั ษณะเสน้ แรงสนามแม่เหลก็ ที่กระทาและท่เี กิดจากกระแสเหน่ียวนา รูปท่ี 11 เป็ นการอธิบายกฎของเลนซ์โดยแสดงทิศทางเส้นแรงแม่เหล็กของกระแสเหน่ียวนาใน วงแหวนโลหะที่ถูกกระทาโดยสนามแม่เหล็กจากคอยลท์ ี่อยดู่ า้ นล่างซ่ึงมีกระแสไฟฟ้าไหลผา่ นอยเู่ สน้ แรง ของสนามแม่เหล็กจากคอยล์ชุดล่างจะเคล่ือนที่ข้ึนสู่ดา้ นบนไปตดั กบั แหวนโลหะ จะทาให้เกิดกระแส เหน่ียวนาไหลในวงแหวนโลหะตามทศิ ทางเสน้ แรงแม่เหลก็ เวยี นตามเขม็ นาฬิกาซ่ึงเป็ นทศิ ทางท่ตี รงกบั ขา้ ม กบั เส็นแรงสนามแม่เหลก็ จากคอยล์ ----------------------------------------------- 76

บทท่ี 10 ตัวเหนย่ี วนา และหม้อแปลงไฟฟ้า INDUCTOR & TRANSFORMER ตวั เหน่ียวนาหรือตวั อินดกั เตอร์ (inductor) ซ่ึงนิยมเรียกยอ่ วา่ L น้นั เป็ นอุปกรณ์ไฟฟ้า อิเลก็ ทรอนิกส์ชนิดหน่ึงท่ใี ชง้ านมากเป็นอนั ดบั ท่สี ามของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ตวั อื่น โดยเฉพาะเคร่ือง อุปกรณ์ท่ีทางานเกี่ยวกบั ดา้ นการรบั ส่งคลื่นแม่เหลก็ ไดแ้ ก่ เคร่ืองรบั ส่งวทิ ยุ ตวั เหนี่ยวนาเสน้ ลวดตวั นา อาจเรียกอีกอยา่ งหน่ึงวา่ คอยลซ์ ่ึงระบใุ หเ้ ห็นชดั ถึงโครงสรา้ งวา่ เป็ นอุปกรณ์ทสี่ ร้างจากการนาเสน้ ลวด ตวั นา เช่น เงนิ ทองแดงหรืออะลูมิเนียมท่เี คลือบดว้ ยฉนวนมาขดใหเ้ ป็นวงกลมซอ้ นติดกนั หลาย ๆ วง โดยอาจจะพน้ บนแกนสารแม่เหล็กหรือไม่มีแกนกไ็ ด้ เพอ่ื ใหเ้ กิดผลทางดา้ นแม่เหลก็ กระแส และแรงเคล่ือน เช่น เกิดอานาจแม่เหล็กเมอ่ื มีกระแสไฟฟ้าไหลผา่ นจา่ ยการแสไหลไปตา้ นกระแสที่ ไหลตวั จ่ายกนะแสออกจากตวั ไปเสริมกระเดิมทล่ี ดต่าลงและเกิดกระแสเหนี่วยนาเมื่อมีเสน้ แรงแม่เหลก็ เคลื่อนตดั ผา่ น เป็นตน้ การกาหนดค่าของตวั เหน่ียวนากาหนดเป็ นเฮนรี่ (H) ซ่ึงมีคา่ หน่ึงเฮนรี่ หมายถึง ความสามารถของตวั เหนี่ยวนาในการทีจ่ ะสรา้ งแรงเคล่ือนเหน่ียวนาออกมา 1 โวลต์ เมื่อเกิด การเปล่ียนแปลงการไหลของกระแสที่ผา่ นตนอยู่ 1 แอมแปร์ ในเวลา 1 วนิ าที คุณสมบตั เิ ช่นน้ี เรา เรียกวา่ อินดกั แตนซ์ ( inductance) หรือ ความเหนีย่ วนา รูปที่ 1 ตวั เหนี่ยวนาและสญั ลกั ษณ์ รูปท่ี 1 (ตอ่ ) ตวั เหน่ียวนาและสญั ลกั ษณ์ 77

1. การเหน่ียวนาตังเองของคอยล์ คุณสมบตั ขิ องตวั การเหนี่วนาอยตู่ รงท่ีมีความตอ่ ตา้ นการเปล่ียนแปลงของกระแสที่ไหลผา่ นตน เช่น ถา้ กระแสเพม่ิ มากข้นึ กจ็ ะสร้างกระแสข้ึนไหลออกไปดา้ นกระแสที่กาลงั จะเพมิ่ เขา้ มาหรือถา้ กระแส ลดลงกจ็ ะสรา้ งกระแสไหลออกไปเสริม กระแสทเ่ี กิดข้ึนจากตวั เหน่ียวนาเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของ กระแสทไี่ หลผา่ นน้ีเรียกวา่ กระแสเหนีย่ วนา (induce current) และแรงทเ่ี คลื่อนท่เี กิดข้ึนท่ีปลายท้งั ท้งั สองของตวั เหน่ียวนาขณะทีเ่ กิดกระแสเหน่ียวนาไหลน้นั เรียกอีกอยา่ งหน่ึงวา่ แรงเคล่ือนเหนยี่ วนา ( induce voltage) หรือ แรงเคลื่อนย้อนกลบั ( back EMF ) ค่าของอินดกั เตอร์ (L) คา่ แรงเคลื่อน เหน่ียวนา (VL ) หรือคา่ ของเวลาในการท่เี กิดการเปล่ียนแปลงกระแส (di/dt) สามารถหาไดถ้ า้ รูค้ า่ 2 ใน 3 อยา่ งดงั สูตร L = VL VL = di di / dt = VL di dt L dt ค่าอนิ ดักแตนซ์ของคอยล์ ค่าอินดกั แตนซข์ องคอยลข์ ้ึนอยกู่ บั ส่ิงต่าง ๆ ดงั ต่อไปน้ี 1. จานวนรอบของคอยล์ (N) ถา้ จานวนรอบมากค่าอินดกั แตนซ์ (L) จะมีค่ามาก เพราะ แรงเคล่ือนทเ่ี หน่ียวนาจะมีข้ึนมาก ถา้ คอยลเ์ พมิ่ ค่าโดยสดั ส่วนกบั N2 จานวนรอบทีท่ วขี ้ึนเป็ น 2 เท่าในบริเวณเดียวกนั และมีคา่ ความยาวเท่าเดิมจะไดค้ า่ อินดกั แตนซ์สูงข้นึ เป็ น 4 เท่า 2. พื้นทีห่ น้าตัดของแกนคอยล์ (A) ถา้ เป็ นแกนชนิดเดียวกนั พน้ื ทห่ี นา้ ตดั แกนคอยลท์ มี่ าก ซ่ึงหมายความวา่ วงรอบของคอยลใ์ หญข่ ้ึนจะเป็นการเพมิ่ คา่ อินดกั แตนซ์ (L) จะสูงข้นึ อยา่ งเป็นสดั ส่วน กบั พน้ื ทห่ี นา้ ตดั ของแกนคอยล์ (A) หรือเป็ นกาลงั สองของเสน้ ผา่ นศนู ยก์ ลางของคอยล์ 3. คามนาเส้นแรงแม่เหล็กของแกนคอยล์ คา่ ความนาเสน้ แรงสมั พนั ธห์ รือ Ur ของคอยลแ์ ทน อากาศมคี า่ เป็ น 1 เมื่อใชแ้ กนเป็ นสารแม่เหล็ก คา่ อินดกั แตนซ์ (L) จะเพมิ่ ข้ึนโดย Ur เนื่องจากมี ความนาเสน้ แรงแม่เหล็กไดด้ ีกวา่ แกนอากาศ 4. ความยาวของคอยล์ จะเป็นคา่ กาหนดของตวั ดกั แตนซด์ ว้ ยเช่นกนั โดยคอยลท์ ี่มีขนาดยาวจะมี ค่าอินดกั แตนซ์นอ้ ยกวา่ คอยลท์ มี่ ีขนาดส้นั เมือ่ มจี านวนรอบเทา่ กนั เพราะสนามแม่เหลก็ ถูกรวบไวไ้ ดน้ อ้ ย ในทางปฏบิ ตั ิความยาวของคอยลจ์ ะตอ้ งมีคา่ มากเสน้ ศนู ยก์ ลางคอยลเ์ กิน 10 เท่าข้นึ ไปจาก เหตผุ ลดงั กล่าวคา่ อินดกั แตนซ์ของคอยลส์ ามารถหาไดดงั สูตร L = Ur xN2 x A x 1.26 x 10- 6 H I L คือค่าอินดกั แตนซข์ องคอยมีหน่วยเป็น เฮนร่ี A คือพน้ื ท่ีวงในของคอยลเ์ ป็นตารางเมตร I คือความยาวของคอยลเ์ ป็นเมตร 1.26 x 10- 6 คือตวั ประกอบคา่ คงตวั ของคา่ ความนาเสน้ แรงแม่เหล็กท่ีแทจ้ ริงของอากาศ หรือสุญญากาศ ของหน่วย SI 78

1 ผลของอินดกั เตอร์ต่อแรงเคล่ือนไฟฟ้ากระแสตรง เมื่อจ่ายแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระแสตรง (VL) ใหอ้ ินดกั เตอร์ (L) โดยสวิตช์ ON จะมีกระแสไฟฟ้า (IL) ไหลผา่ นคอยลข์ ณะทม่ี ีกระแสไหลผา่ นเขา้ ในขดลวดของ L จะเกิดสนามแม่เหลก็ พองออกจาก วงรอบ L แตล่ ะวงตามคา่ ของกระแส IL ท่ีไหลผา่ น  H = (N X I) /1  (mmf) สนามแม่เหล็กท่ี เกิดข้ึนจะเคลื่อนท่ไี ปตดั กบั วงรอบของ L วงอื่นๆ ทาใหเ้ กิดแรงเคลื่อนเหนี่ยวนาตนเอง (Vind) ปรากฏ ข้นึ ที่แต่ละวงรอบของ L โดยแรงเคลื่อนเหนี่ยวนาน้ีจะขบั ดนั ใหเ้ กิดกระแสเหน่ียวนาตนเอง (lind) จาก กฎของเลนซ์กระแสน้ีจะไหลผา่ นวงจรในทศิ ทางตรงกนั ขา้ มกบั กระแสที่ทาใหเ้ กิดแรงเคล่ือนเหน่ียวนา EL ดงั น้นั จงึ อาจเติมเคร่ืองหมายลบไวท้ หี่ นา้ Vind หรือ lind เป็น - Vind และ – lind ซ่ึงหาไดจ้ าก สูตร Vind = - L di di เรียกแรงเคล่ือนน้ีวา่ แรงเคลื่อนยอ้ นกลบั หรือแรงเคล่ือนปะทะ (counter EMF) กระแส lind ที่ ไหลออกไปตา้ นการไหลของ L จะทาใหเ้ กิดการหน่วงเหนียวเวลาในการเพม่ิ คา่ ของ IL จาก 0 ถึง สูงสุดโดยเวลาทใี่ ชไ้ ปน้นั จะข้นึ อยกู่ บั ค่าคงตวั เวลาของวงจร (T = L/R) โดยเวลาท่ี IL ไหลถึงค่าสูงสุด จะมีค่า 5T (T = 63% ของ IL ) และคา่ IL สูงสุดจะหาไดจ้ ากอตั ราส่วนระหวา่ งแรงเคลื่อนที่ป้อนให้ L(V L) กบั ค่าความตา้ นทานต่อกระแสตรงของ L (R L) จากสูตร IL= VL /R ในรูปท่ี 2 แสดงใหเ้ ห็นเวลาในการเกิดกระแสทไ่ี หลผา่ นวงจรทมี่ ีเพยี งตวั ตา้ นทานอยา่ งเดียวกบั วงจรที่มี L ต่ออยจู่ ะเห็นวา่ กระแสจะไหลผา่ น R ทนั ทีและมีคา่ คงท่ี  H = (N X I ) / 1  ส่วนวงจร L กระแสจะถูกหน่วงเวลาตามคา่ T ของวงจรก่อนจะไหลสู่ค่าสูงสุด เม่ือสวติ ช์ OFF IR ลดลงเป็น 0 ทนั ทีแต่ IL ยงั มีไหลอีกชว่ั ขณะก่อนลดลงสู่ 0 ใชเ้ วลาคงตวั 5T เช่นกนั สวติ ช์ สวิตชอ์ อน สวติ ชอ์ อฟ เวลา สวิตช์ สวติ ชอ์ อน สวติ ชอ์ อฟ เวลา (วินาที) รูปท่ี 2 เปรียบเทียบเวลาในการเกิดกระแสของวงจร R กบั L 79

เมื่อสวติ ช์ OFF ตดั กระแสท่ีจา่ ยให้ L เวลาในการลดลงของกระแสจากค่าสูงสุดลงเป็ น 0 จะ ส้นั กวา่ ตอนสวติ ช์ ON เน่ืองจากอตั ราส่วนระหวา่ ง L/R มีคา่ นอ้ ย จงึ เกิดผลทาใหค้ ่าแรงเคลื่อน เหน่ียวนาตนเอง (Vind) ตกคร่อม L มากและอาจมีค่าสูงกวา่ แรงเคล่ือนของแหล่งจ่าย (di/dt มาก) พสิ ูจน์ปรากฏการณ์น้ีไดโ้ ดยใชห้ ลอดนีออนตอ่ คร่อม L ดงั แสดงในรูปท่ี 3 หลอดนีออนทใี่ ช้ ตอ้ งการแรงเคลื่อน 90 V เพอื่ ใหเ้ กิดไอออไนเซชนั ทาใหเ้ ห็นแสงสวา่ ง แหล่งจา่ ยทีใ่ ชม้ ีแรงเคล่ือนเพยี ง 8 V แตข่ ณะท่ี OFF สวติ ชแ์ รงเคลื่อนเหนี่ยวนาตนเองทเ่ี กิดข้ึนจะมีค่าสูงเกิน 90 V เนื่องจากเวลาใน การลดลงของกระแสที่ผา่ น L มีความเร็วมากทาใหเ้ ห็นหลอดนีออนติดสวา่ ง รูปที่ 3 ลกั ษณะการเกิดแรงเคล่ือนเหน่ียวนา ผลของแรงเคลื่อนยอ้ นกลบั จะทาใหข้ ณะ OFF สวติ ชต์ ดั กระแสออกจากวงจรท่ีมีอุปกรณ์ ขดลวดเหนี่ยวนาอาจทาใหเ้ กิดการตรงบริเวณหนา้ สมั ผสั ของสวติ ชห์ รือท่ตี วั อุปกรณ์ที่ตอ่ ร่วมบางวงจร จึงตอ้ งป้องกนั โดยใชอ้ ุปกรณ์เช่น คาพาซิเตอร์ ตวั ตา้ นทาน หรือไดโอดต่อคร่อมขดลวดเหน่ียวนาเพอ่ื ลดขนาดของแรงเคล่ือนยอ้ นกลบั ใหต้ ่าลงจนไม่เกิดอนั ตรายกบั อุปกรณ์ท่ตี อ่ ร่วมอยู่ (ดงั รูปท่ี 4) รูปที่ 4 วธิ ีลดค่าแรงยอ้ นกลบั 2 ผลของอินดกั เตอร์ต่อแรงเคล่ือนไฟฟ้ากระแสสลบั จากทไ่ี ดอ้ ธิบายไปแลว้ เมื่อจา่ ยแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระตรงใหก้ บั L จะเกิดการหน่วงเหนี่ยวทาให้ เวลาในการเปล่ียนแปลงของกระแสจาก 0 ถึงคา่ สูงสุดชา้ ลง โดยกระแสเหน่ียวนาตนเองซ่ึงไหลมาตา้ น เอาไว้ แต่เมื่อกระแสเปล่ียนแปลงถึงคา่ สูงสุดแลว้ จะไหลคงท่ี เม่ือมีการเปล่ียนแปลงของแรงเคลื่อน VL จะทาให้เกิดการเปล่ียนแปลง IL อินดักเตอร์จะแสดงคุณสมบตั ิออกมา คือ พยายามท่ีจะขดั ขวาง 80

การเปลี่ยนแปลงของกระแสท่ีไหลในวงจร โดยถ้ากระแส IL ลดต่าลงจะสร้างกระแสเหน่ียวนาไหล ออกมาเสริมในทศิ ทางเดิม และถา้ กระแส IL เพม่ิ ข้ึนก็จสร้างกระแสเหนี่ยวนาตนเองไหลมาต่อตา้ นใน ทิศทางตรงกนั ขา้ ม เพอ่ื พยายามทจ่ี ะคงคา่ กระแสเดิมเอาไว้ เม่ือจ่ายแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระแสสลับให้กับวงจร นอกจากกระแสท่ีจ่ายให้อินดักเตอร์จะ เปลี่ยนแปลงคา่ ตลอดเวลาแลว้ ยงั กลบั ทิศทางาลบั กนั ไปอีกดว้ ยทาใหอ้ ินดกั เตอร์เกิดความตา้ นทานต่อ ทิศทางการไหลของกระแสที่จ่ายอยตู่ ลอดเวลา ยง่ิ ถา้ ความถี่ในการกลบั ทิศทางของไฟฟ้ากระแสสลบั มี ค่าสูงข้ึง คา่ ของกระแสเหน่ียวนาตนเองทไี่ หลมาตอ่ ตา้ นน้นั จะสูงข้ึนตามอตั ราส่วน di/dt ทาให้เกิดการ ขดั ขวางมากข้ึนความขดั ขวางการไหลผ่านของไฟฟ้ากระแสสลบั ท่ีทวีสูงข้ึนตามค่าความถ่ีของไฟฟ้า กระแสสลบั น้ีเรียกวา่ อินดกั ตีฟรีแอกแตนซ์ (inductive reactance) หรือ ค่าความต้านทานต่อไฟ กระแสสลบั ของขดลวด หาไดจ้ ากสูตร XL = 2 ¶ fL XL คอื ค่าความตา้ นทานตอ่ ไฟกระแสสลบั ของ L มีหน่วยเป็ นโอหม์ ( Ω) 2 ¶ คือคา่ คงตวั = 6.28 f คอื ค่าความถ่ีของกระแสสลบั ที่ผา่ น L มีหน่วยเป็นเฮิรตซ์ (Hz) L คือคา่ อินดกั แตนซข์ องขดลวดมีหน่วยเป็ นเฮนรี (H) รูปท่ี 5 ผลของ L ตอ่ ความถ่ีต่างๆ หลกั การทางขดลวดเหนียวนาสามารถนาไปสร้างเป็นอุปกรณ์เครื่องใชไ้ ฟฟ้า – อิเล็กทรอนิกส์ ตา่ งๆ ไดม้ ากมาย เช่น กระดิ่งไฟฟ้า มอเตอร์ เครื่องกาเนิดไฟฟ้า ลาโพง ฯลฯ 3 ความเหน่ียวนาร่วม ความเหนี่ยงนาร่วม (LM) คือผลที่เกิดต่อกนั ระหว่างขดลวด 2 ชุดข้ึนไปที่วางอยใู่ กลก้ นั แต่ไม่ ต่อถึงกนั โดยตรง จะมีการเชื่อมโยงถึงกนั ทางฟลกั ซ์แม่เหล็ก ซ่ึงจะเปล่ียนแปลงตามการเปล่ียนแปลง กระแสของขดลวดชุดที่ 1 (L1) เกิดการตดั กบั ขดลวดชุดที่ 2 (L2) ทาให้เกิดแรงเคลื่อนเหน่ียวนาข้ึนท่ี ขดลวดท้งั สองชุด และสามารถเกิดกระแสเหนี่ยวนาไหลในขดลวดชุดที่ 2 ผ่านตวั ตา้ นทานโหลด (RL) ซ่ึงต่ออยทู่ างดา้ น (L2) ได้ โดยกระแสเหนี่ยวนาท่ีไหลใน L2 จะเกิดผลกระทบต่อสนามแม่เหล็กและ กระแสเหนี่ยวนา (L1) ดว้ ย ถา้ มีการเปลี่ยนแปลงกระแส 1 แอมแปร์ขดลวด (L1) แลว้ เกิดแรงเคลื่อน 81

เหนี่ยวนาข้ึนท่ีขดลวด (L2) มีค่า 1 โวลตแ์ สดงว่าค่าความเหน่ียวนาร่วม (LM)ระหวา่ งขดลวดท้งั สองมีค่า1 เฮนรี (H) LM = K (L1)(L2) ค่าความเหนี่ยวนาร่วม (LM) จะมีมากหรือนอ้ ยข้ึนอยกู่ บั คา่ สมั ประสิทธ์ิของการคปั ปลิง (K) และ คา่ ของขดลวดท้งั สองชุดหาไดจ้ ากสมการ LM คือคา่ ความเหน่ียวนาร่วมมีหน่วยเป็ นเฮนรี K คอื คา่ สมั ประสิทธ์ิของการคปั ปลิง (L1) คืออินดกั แตนซข์ อง (L1) มีหน่วยเป็ นเฮนรี (L2) คอื ค่าอินดกั แตนซ์ (L2) มีหน่วยเป็ นเฮนรี รูปที่ 6 ความเหน่ียวนาร่วมระหวา่ งขดลวด 2 ชุด ค่าสัมประสิทธ์ิของการคปั ปลิง ปริมาณของฟลกั ซแ์ ม่เหล็กจากขดลวดชุดหน่ึงทีไ่ ปเชื่อมโยงกบั อีกชุดหน่ึงน้นั คิดเป็นคา่ สมั ประสิทธ์ิของการคปั ปลิง (coeffcient of coupling) ใชต้ วั ยอ่ K โดยถา้ ฟ ลกั ซแ์ ม่เหลก็ ท้งั หมดเคล่ือนผา่ นทกุ วงรอบของขดลวดชุดที่ 2 นนั่ หมายความวา่ ค่าสมั ประสิทธ์ิของ การคปั ปลิงเป็น 1 แตถ่ า้ ฟลกั ซ์แม่เหลก็ เพยี งคร่ึงหน่ึงเทา่ น้นั ทเ่ี คลื่อนผา่ นขดลวดชุดที่ 2 คา่ สมั ประสิทธ์ิ หาไดจ้ ากสมการตอ่ ไปน้ี K = ปริมาณฟลกั ซท์ เี่ ชื่อมโยงระหวา่ ง L1 กบั L2 ฟลกั ซ์แม่เหล็กท้งั หมดทสี่ ร้างโดย L1 K จะไม่มีหน่วยเพราะเป็ นอตั ราส่วนระหวา่ งฟลกั ซแ์ ม่เหลก็ 2 คา่ ค่าสมั ประสิทธ์ิของการคปั ปลิงท่ีไดจ้ ะข้ึนอยกู่ บั ตวั ประกอบตา่ งๆ เช่น ระยะห่างระหวา่ งคอยล์ จานวนรอบ ชนิดของแกน และ มุมของคอยลท์ ีก่ ระทาตอ่ กนั เป็ นตน้ รูปท่ี 7 จะแสดงใหเ้ ห็นความแตกตา่ งของคา่ สมประสิทธ์ิการ คปั ปลิง เช่นรูปท่ี 7 (ก) คอยล์ L1 และ L2 พนั อยบู่ นแกนอากาศ ใหค้ า่ ต่าเพยี ง 0.1 รูปท่ี 7 (ข) จานวน 82

รอบของคอยล์ L1 เพมิ่ ข้ึน จงึ ใหค้ า่ สูงข้ึนเป็ น 0.3 รูปที่ 7 (ค) คอยลท์ ้งั สองพนั อยบู่ นแกนเหล็กเดียวกนั ฟลกั ซแ์ ม่เหลก็ ท้งั หมดจาก L1 จะเคล่ือนไปตดั ผา่ น L2 จงึ ไดค้ า่ K สูงสุดคือ 1 ส่วนรูปที่ 7 (ง) ตาแหน่งของคอยล์ L1 กบั L2 วางต้งั ฉากซ่ึงกนั และกนั จึงไม่เกิดการคปั ปลิงคา่ K จงึ เป็ น 0 รูปท่ี 7 ลกั ษณะการจดั ค่าสมั ประสิทธ์ิการคปั ปลิงแบบตา่ งๆ 4 หม้อแปลงไฟฟ้า หมอ้ แปลงไฟฟ้า (transformer) เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกสช์ นิดหน่ึงที่ใชห้ ลกั การ เหนี่ยวนาร่วมโดยใชข้ ดลวด 2 ชุดข้ึนไปพนั อยใู่ กลก้ นั หรือทบั กนั บนแกน ซ่ึงอาจเป็นวสั ดุทไ่ี ม่ใช่สาร แม่เหลก็ เช่น พลาสติก กระดาษ หรือเบกกาไลต์ เรียกวา่ แกนอากาศ หรือวสั ดุทเ่ี ป็ นสารแม่เหลก็ เช่น แกนเหลก็ แกนผงเหล็กอดั หรือเฟอไรตอ์ ยา่ งใดอยา่ งหน่ึงตามจดุ ประสงคใ์ นการใชง้ าน โดยมีขนาดและ รูปร่างทแ่ี ตกตา่ งกนั ออกไป (ดูรูปที่ 8) รูปท่ี 8 หมอ้ แปลงไฟฟ้าแบบตา่ งๆ และสญั ลกั ษณ์ การใชง้ านหมอ้ แปลงไฟฟ้าเป็นไปกวา้ งขวางมากเพราะเป็นอุปกรณ์ทท่ี างานดา้ นการเหน่ียวนา จึงสามารถนามาใชเ้ ป็นอุปกรณ์เพมิ่ หรือลดแรงเคล่ือนไฟฟ้ากระแสสลบั สาหรบั ภาคจา่ ยกาลงั ของ เครื่องใชอ้ ิเล็กทรอนิกส์ตา่ งๆ เรียกวา่ เพาเวอร์ทรานฟอร์เมอร์ (power tranformer) ใชเ้ ป็นวงจรเลือกรับ คลื่นวทิ ยเุ รียกวา่ อาร์เอฟทรานฟอร์เมอร์ (RF tranformer) ใชค้ ปั ปลิงสญั ญาณระหวา่ งภาคเรียกวา่ คปั ปลิง ทรานฟอร์เมอร์ (coupling transformer) ใชป้ รบั ค่าอิมพแี ดนซท์ างดา้ นส่งและดา้ นรบั ใหเ้ หมาะสม กนั เพอ่ื ทาใหเ้ กิดการถ่ายทอดสญั ญาณเตมิ ที่เรียกวา่ แมตชิงทรานฟอร์เมอร์ (matching transformer) เป็นตน้ หมอ้ แปลงไฟฟ้าจะมีขดลวดชุดหน่ึงรบั กาลงั จากแหล่งกาเนิดแรงเคลื่อนหรือสญั ญาณ กระแสสลบั เรียกวา่ ขดปฐมภมู ิ (primary winding) ส่วนขดลวดชุดอื่นอาจจะมีอีกชุดเดียวหรือหลายชุดก็ 83

ไดท้ ี่ทาหนา้ ทรี่ บั การถ่ายทอดกาลงั ผา่ นทางฟลกั ซ์แม่เหลก็ ของขดลวดชุดท่ี 1 เรียกวา่ ขดทตุ ิยภูมิ (secondry winding) คา่ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนาทเ่ี กิดข้ึนในขดทตุ ิยภูมิจะมีควาามสมั พนั ธก์ บั แรงเคลื่อนไฟฟ้า กระแสสลบั ทีป่ ้อนใหข้ ดปฐมภูมิและจานวนรอบของขดลวดท้งั สองชุด ถา้ จานวนรอบของขดทตุ ยิ ภูมิ นอ้ ยกวา่ จะไดค้ า่ แรงเคลือนเหน่ียวนาต่ากวา่ ของขดปฐมภมู ิ และถา้ จานวนรอบจะไดแ้ รงเคล่ือน เหน่ียวนาที่สูงกวา่ ท่ีจา่ ยดา้ นขดปฐมภมู ิ แตถ่ า้ จานวนรอบเท่ากบั แรงเคล่ือนเหนี่ยวนาจะมีค่าเท่ากบั แรง เคล่ือนจากแหล่งจา่ ย การหาคา่ จานวนรอบหรือคา่ แรงเคล่ือนของขดลวดท้งั สองชุดหาไดจ้ ากสูตร พน้ื ฐาน ดงั น้ี Vp = np Vs ns Vp คือค่าของแรงเคลื่อนกระแสสลบั ทปี่ ้อนใหข้ ดปฐมภมู ิมีหน่วยเป็ นโวลต์ Vs คือค่าของแรงเคล่ือนกระแสสลบั เหน่ียวนาทเี่ กิดข้นึ ในขดทุติยภูมิมีหน่วยเป็ นโวลต์ np คอื จานวนรอบของขดลวดปฐมภมู ิ ns คือจานวนรอบของขดลวดทตุ ยิ ภมู ิ ถา้ รู้จานวนรอบของขดลวดท้งั สองชุด เช่น สมมติวา่ ขดปฐมภมู ิจานวน 100 รอบ ขดทุติยภูมิมี จานวน 50 รอบ ถ้าป้อนแรงเคลื่อนกระแสสลบั ใหข้ ดปฐมภูมิมีค่า 200 โวลต์ สามารถคิดหา คา่ แรงเคล่ือนเหน่ียวนาทขี่ ดทุตยิ ภูมิไดต้ ามสูตร e1 = n1 e2 n2 แปลงสูตรเพอ่ื หา e1 จะได้ e2 = e1 x n2 n1 n1 = 100 รอบ, n2 = 50 รอบ, e1 = 200 V แทนค่า e2 = 200 x 50 = 100 V 100 ในกรณีกาหนดค่าแรงเคล่ือน Vp , Vs และจานวนรอบของขดลวดชุดปฐมภูมิไว้ ตอ้ งการรู้ว่า จะตอ้ งพนั ขดทุติยภมู ิกี่รอบ หาไดด้ งั ต่อไปน้ี กาหนดให้ขดปฐมภูมิมีจานวน 100 รอบ เม่ือป้อนแรงเคล่ือนกระแสสลบั 220 V ใหจ้ ะตอ้ ง พนั ขดทุตยิ ภูมิก่ีรอบ จึงตะเกิดแรงเคลื่อนเหน่ียวนา 110 V จากสูตร Vp = np Vs ns แปลงสูตร ns = np x Vs Vp np = 100 รอบ, Vp = 200 V, Vs = 110 V, ns คือ ตวั ทตี่ อ้ งการทราบค่า 84

แทนค่า ns = 100 x 100 200 = 50 รอบ ขณะตอ่ โหลด กระแสทีไ่ หลทางดา้ นขดทตุ ิยภมู ิจะข้นึ อยกู่ บั ค่าแรงเคล่ือนเหนี่ยวนาทขี่ ดทุติยภูมิ หาไดจ้ าก Is = Vs /Rs และกาลงั ไฟฟ้าทใ่ี ชก้ บั โหลดจะไดจ้ าก P = I2s x RL หรือ Is x Vs จากกฎของ เลนซ์กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนาที่ไหลในขดทุติยภูมิจะสร้างสนามแม่เหล็กซ่ึงมีทิศทางตรงกนั ขา้ มกบั การ เปล่ียนแปลงของฟลกั ซจ์ ากขดปฐมภมู ิ แหล่งจ่ายตอ้ งขบั ดนั ใหเ้ กิดกระแสไหลทางดา้ นขดปฐมภูมิสูงข้ึน เพอื่ คงค่าแรงเคล่ือนเหน่ึยวนาตนเองที่ตกคร่อมขดปฐมภูมิและขดทุติยภูมิดวย้ สภาพความเหน่ียวนาร่วม สมมติวา่ ถา้ กระแสที่ไหลทางขดทุติยภูมิสูงเพ่มิ ข้ึนเป็ น 2 เท่า เน่ืองจากค่าความตา้ นทานโหลดลดลง คร่ึงหน่ึง กระแสทางขดปฐมภูมิจะทวีข้ึนเป็ น 2 เท่าดว้ ยเพ่อื ทาให้ไดก้ าลงั ไฟฟ้าทางด้านขดทุติยภูมิ เพียงพอตามตอ้ งการ ผลกระทบต่อแหล่งจ่ายจะเกิดข้ึนเหมือนกบั ขดปฐมภูมิต่อกับโหลดโดยตรง นอกจากแรงเคลื่อนเหนี่ยวนาท่ีป้อนใหโ้ หลดจะถูกเพม่ิ ข้ึนหรือลดลงจากค่าแรงเคล่ือนของแหล่งจ่ายท่ี ป้อนใหข้ ด ปฐมภูมิ อัตราส่วนของกระแส ถา้ ไม่มีการสูญเสียเกิดข้ึนท่ีหมอ้ แปลงไฟฟ้ากาลังไฟฟ้าที่เกิดข้ึนท่ีขด ทุตยิ ภูมิจะมีค่าเท่ากบั กาลงั ไฟฟ้าท่ขี ดปฐมภมู ิ ดงั สมการ Vs Is = Vp Ip หรือ Is = Vp Ip Vs อตั ราส่วนของกระแสในหมอ้ แปลงไฟฟ้าจะเป็ นส่วนกลยั กบั อตั ราส่วนของแรงเคล่ือนไฟฟ้าการ เพมิ่ แรงดนั ให่สูงข้ึนทางดา้ นทุติยภูมิจะทาให้ค่ากระแสลดลงและขดทุติยภูมิจะไม่สร้างกาลงั เพียงแต่ นาไปจากขดปฐมภมู ิ ดงั น้นั กระแสจะเพมิ่ ข้ึนหรือลดลงข้ึนอยกู่ บั กระแส Is ซ่ึงกาหนดโดยตวั ตา้ นทาน โหลดท่ีต่อรับแรงเคลื่อนทางดา้ นขดทุตยิ ภมู ิ อธิบายใหเ้ ขา้ ใจไดด้ งั ตวั อยา่ งตอ่ ไปน้ี ตัวอย่าง หมอ้ แปลงไฟฟ้าทีม่ ีอตั ราส่วนรอบ 1 : 6 ทางดา้ นขดทุติยภูมิมีแรงเคลื่อนเหน่ียวนา 720 V ตกคร่อม โหลด 7200 จงหาค่าของกระแส Is และ Ip การหาค่ากระแส I จากสูตร Is = Vs 720 V RL 7200 Is = 0.1 A การหาค่ากระ IP ดว้ ยอตั ราส่วนรอบ 1:6 หมายความวาอตั ราส่วนของกระแสจะเป็ น 1:6 ดว้ ย ดงั น้นั IP = 6 x IS = 6 x 0.1 85

IP = 0.6 A ตัวอย่าง หมอ้ แปลงไฟฟ้าทมี่ ีอตั ราส่วนรอบ 20 : 1 มีอตั ราส่วนแรงเคล่ือนใหต้ กคร่อม RL ท่ีมีคา่ 0.6 : 6 จง หาค่าของกระแส Is และกระแส IP การหาค่ากระแส Is จากสูตร Is = Vs = 6 RL 0.6 Is = 10 A การหาค่ากระแส IP จะได้ IP = 1 x Is = 1 x 10 20 20 IP = 0.5 A ------------------------------------ 86

บทท่ี 11 ไฟฟ้ากระแสสลบั ALTERNATING CURRENT ไฟฟ้ากระแสสลบั คือไฟฟ้าทส่ี รา้ งข้ึนจากหลกั การเกิดแรงเคลื่อนชกั ของขดลวดตวั นาท่ี เคล่ือนท่ตี ดั กนั กบั เสน้ แรงของสนามแม่เหล็ก ลกั ษณะของเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลบั จะใชว้ ธิ ีรับเอา กาลงั จากตน้ กาเนิดกาลงั เช่น มอเตอร์ พลงั งานจากน้าในเขื่อนก้นั น้า พลงั งานจากลม และพลงั งาน จากเครื่องจกั รไอน้า หรือเคร่ืองยนต์ เป็ นตน้ มาทาใหข้ ดลวดท่ีพนั อยบู่ นทุน่ หมุนเคลอ่ื นทีต่ ดั กบั เสน้ แรงของสนามแม่เหล็กทส่ี ่งออกมาจากขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า หรือแม่เหลก็ ถาวรทยี่ ดึ อยบู่ นโครงรอบ นอก ทาใหเ้ กิดกระแสไฟฟ้าไหลข้นึ ภายในขดลวด ซ่ึงถา้ วงจรไฟฟ้าเขา้ ทีป่ ลายท้งั สองของขดลวดจะเกิด กระแสไฟฟ้าไหลผา่ นงวจรน้นั โดยกระแสไฟฟ้าจะไหลออกจากปลายดา้ นหน่ึงของขดลวดผา่ น วงจรไฟฟ้าแลว้ ไหลกลบั เขา้ ไปยงั ปลายอีกดา้ นหน่ึงครบวงจร แต่เนื่องจากขดลวดจะเคลื่อนท่ตี ดั กบั เสน้ แรงแม่เหล็ก 2 ทิศทาง คอื ตดั ขณะเคลื่อนทอ่ี ยทู่ างดา้ นบนและตดั ในขณะเคลอื่ นทีอ่ ยทู่ างดา้ นล่าง ซ่ึง ทิศทางทีต่ ดั จะตรงกนั ขา้ มจงึ เกิดกระแสไหลในขดลวด 2 ทิศทางดว้ ย ดงั น้นั กระแสทไี่ หลออกไปจ่าย ใหก้ บั วงจรไฟฟ้าที่ตอ่ อยู่ (โหลด ) จึงไหล 2 ทศิ ทางคือไหลจากปลายดา้ นหน่ึงผา่ นงวจรไฟฟ้าไปเขา้ ยงั ปลายอีกดา้ นหน่ึง และไหลออกปลายดา้ นน้นั ยอ้ นกลบั มาเขา้ ยงั ปลายเดิมกลบั ไปกลบั มาเช่นน้ีสลบั กนั ไป โดยความเร็วในการทก่ี ระแสไหลกนั น้ีข้นึ อยกู่ บั ความเร็วรอบทขี่ ดลวดหมุนตดั กบั สนามแม่เหล็ก กระแสไฟฟ้าท่ีเกิดข้นึ ลกั ษณะเช่นน้ีเรียกวา่ ไฟฟ้ากระแสสลบั โดยความถี่ในการทก่ี ระแสไฟฟ้าไหล สลบั กนั เรียกวา่ ความถข่ี องไฟฟ้ากระแสสลบั คิดเป็ นจานวนรอบต่อวนิ าที ไฟฟ้าท่ใี ชต้ ามบา้ นเรือนจะ ใชไ้ ฟฟ้ากระแสสลบั น้ีโดยมีคา่ แรงเคลื่อนไฟฟ้า 220 V และความถี่ 50 Hz รูปท่ี 1 ลกั ษณะการสรา้ งไฟฟ้ากระแสสลบั 87

1 ลักษณะการสร้างไฟฟ้ากระแสสลบั ช่วงเวลาที่ 1,2,3 เม่ืออาร์เมเจอร์หมุนพาใหเ้ สน้ ขดที่พนั อยเู่ คล่ือนจากตาแหน่งท่ี 1 ตดั เฉียงเขา้ ไปใน แนวเสน้ แรงแม่เหล็กท่ตี าแหน่งท่ี 2 และตดั เป็ นมุมฉากที่ตาแหน่งท่ี 3 ทาใหม้ ีกระไฟฟ้าไหลในเสน้ ขดลวดเคล่ือนมาถึงตาแหน่ง 2 และไหลมากทส่ี ุดทตี่ าแหน่ง 3 ช่วงเวลาท่ี 3,4,5 จากมุมทเ่ี สน้ ลวดตดั กบั แนวเสน้ แรงแม่เหลก็ เป็ นมุมฉาก ทต่ี าแหน่ง 3 จะลาดลง เม่ือขดลวดเคลื่อนมาถึงตาแหน่ง 4 และตดั เป็นแนวเดียวกบั เสน้ แรงแม่เหลก็ ทต่ี าแหน่ง 5 ดงั น้นั กระแส ท่ไี หลในเสน้ ลวดจะลดนอ้ ยลงที่ตาแหน่ง 4 และจะหยดุ ไหลที่ตาแหน่งท่ี 5 ช่วงเวลาท่ี 5,6,7 ช่วงเวลาน้ีขดลวดจะเริ่มเคล่ือนเขา้ ตดั กบั แนงของเสน้ แรงแม่เหลก็ อีกคร้งั แต่มี ทิศทางตดั ตรงกนั ขา้ มกบั ช่วงโดยจากตาแหน่ง 5 มาถึงตาแหน่ง 6 การตดั จะลาดเฉียงเขา้ มาจากดา้ นซา้ ย มาทางดา้ นขวาและจากตาแหน่ง 6 มาถึงตาแหน่ง 7 มุมการตดั จะมีคา่ มากข้นึ จนเป็น 90 องศาท่ี ตาแหน่ง 7 ดงั น้นั จะเกิดมีกระแสไหลในเสน้ ลวดอีกโดยทที ิศทางสวนกบั ตอนแรก กระแสจะเพม่ิ มาก ข้ึนจนสูงสุดทต่ี าแหน่ง 7 ช่วงเวลาที่ 7,8,9 จากตาแหน่ง 7 สู่ตาแหน่ง 8 มุมการตดั ระหวา่ งเสน้ แรงกบั เสน้ ลวดจะลดลงทาให้ กระทไ่ี หลในเสน้ ลดวลดนอ้ ยลงจนกระทง่ั หยดุ ไหล เม่ือเสน้ ลวดเคล่ือนไปถึงตาแหน่ง 9 เพราะแนว การตดั ระหวา่ งเสน้ ลวดกบั เสน้ แรงแม่เหลก็ เป็นแนวเดียวกนั รูปที่ 2 การสร้างไฟฟ้ากระแสสลบั ที่ช่วงเวลาต่างๆ 88

2. เฟสและความถีข่ องไฟฟ้ากระแสสลับ ในรูปที่ 2 เป็ นการแสดงใหเ้ ห็นการเกิดไฟฟ้ากระแสสลบั ท่ีตาแหน่งการหมุนตดั กนั ระหวา่ งเสน้ ลวกตวั นากบั เสน้ แรงแม่เหลก็ ท่มี ุมต่างๆ ของตาแหน่งเสน้ ลวด จะเห็นวา่ ท่ีตาแหน่ง 1 ซ่ึงเป็นมุมอา้ งอิง 0 องศา น้นั แนวการเคลอ่ื นท่ีของเสน้ ลวดจะเป็นแนวเดียวกบั เสน้ แรงแม่เหล็ก จงึ ไม่มีกระแสไฟฟ้า ไหลในเสน้ ลวด แตท่ ่ีตาแหน่ง 2 เสน้ ลวดทามุม 45 องศา กบั ตาแหน่งท่ี 1 กระแสจะไหลไดเ้ ป็น 71 % ของคา่ กระแสสูงสุดในทิศทางหน่ึงซ่ึงถือวา่ เป็นทิศทางดา้ นบวก และที่ตาแหน่ง 3 มุมของเสน้ ลวดจะเป็น 90 องศา ซ่ึงจะมีกระแสไหลสูงสุดทางดา้ นบวก ตาแหน่งท่ี 4 มุม 135 องศา กระแสไหล ลดต่าลงเหลือเพยี ง 71 % ค่ากระแสสูงสุด แต่ยงั คงไหลอยทู่ ิศทางเดิมและเม่ือเสน้ ลวดเคล่ือนมาอยทู่ ่ี ตาแหน่ง 5 ซ่ึงเป็นมุม 180 องศา จะไม่มีกระแสไหลในเสน้ ลวด ท่ตี าแหน่ง 6 ซ่ึงเป็ นตาแหน่งของ มุม 225 องศา เสน้ ลวดจะเร่ิมเคลื่อนเขา้ ตดั กบั เสน้ แรงแม่เหลก็ อีก แตม่ ีทิศทางตรงกนั ขา้ มกบั ตอนแรก จงึ มีกระแสไฟฟ้าไหลในเสน้ ลวดแต่มีทศิ ทางกลบั กนั จึงแสดงคา่ เป็ นลบ ที่ตาแหน่งของกระแสจะเป็ น 71 % ของคาลบสูงสุด เม่ือเสน้ ลวดมาถึงตาแหน่ง 7 มุมเป็น 270 องศา กระแสทไี่ หลในทิศทางลบ ของเสน้ ลวดจะมีค่าสูงสุด จากน้นั เมื่อมาถึงตาแหน่ง 8 (315 องศา) กระแสจะลดลงเป็น 71 % และ เป็น 0 เมื่อเสน้ ลวดเคล่ือนถึงตาแหน่ง 9 (360 องศา) ในการระบตุ าแหน่งค่าแรงดนั และกระแสของ ไฟฟ้ากระแสสลบั ทีร่ ะดบั ต่างๆ จะใชว้ ธิ ีระบเุ ป็ นคา่ มุมหรือเฟสดงั ที่อธิบายแลว้ และใชเ้ วกเตอร์ ( vector ) มาแทนมุมของไฟฟ้ากระแสสลบั ทตี่ าแหน่งเฟสตา่ งๆ โดยใชท้ ิศทางของเวกเตอร์แสดงเฟสและความ ยาวของเวกเตอร์จะแทนคา่ ของแรงเคล่ือนไฟฟ้ากระแสสลบั รูปที่ 3 ความถี่และความยาวคล่ืนของไฟฟ้ากระแสสลบั จาก 2 แหล่งกาเนิด ความถ่ีของไฟฟ้ากระแสสลบั คิดจากความถี่ในการหมุนของเครื่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลั บต่อหน่วยเวลามาตรฐานซ่ึงใชเ้ ป็นวนิ าที โดยการหมุน 1 รอบ (อาจเรียก 1 เฮิรตซ์) ไฟฟ้า กระแสสลบั ทีใ่ ชใ้ นประเทศไทยใชม้ าตรฐานสร้างคลื่นไฟฟ้ากระแสสลบั ออกมา 50 คล่ืน (50 ไซเกิล) 89

หรือ 50 เฮิรตซ์ ในเวลา 1 วนิ าที เรียกวา่ ไฟฟ้ากระแสสลบั ความถ่ี 50 Hz (เฮิรตซ์) และมีค่า แรงเคล่ือนไฟฟ้า 220 โวลต์ รูปท่ี 3 แสดงลกั ษณะความถ่ีและความยาวคลน่ื ของไฟฟ้ากระแสสลบั จาก 2 แหล่ง โดยรูปที่ 3 (ก) เป็นคล่ืนไฟฟ้ากระแสสลบั 1 คลื่น (1 ไซเกิลหรือ 1 เฮิรตซ์) ทไี่ ดต้ ากการหมุนเครื่องกาเนิดไฟฟ้า กระแสสลบั 1 รอบในหน่วยเวลา t และช่วงเวลาในการเกิดคล่ืนกระแสสลบั 1 คล่ืน จากจุดเร่ิมตน้ บวกจนถึงจดุ สิ้นสุดลบ เรียกวา่ คาบ (period) ใชส้ ญั ลกั ษณ์ T แต่ถา้ เทยี บเป็ นหน่วยของระนะทางจะ เรียกเป็นความยาวคลื่นใชส้ ญั ลกั ษณ์เป็นอกั ษรกรีก λ ซ่ึงอ่านวา่ แลมดา (lamda) ค่าความยาวคลื่นหาได้ จากสูตร λ= V F λ คอื ความยาวคลื่นของไฟฟ้ากระแสสลบั มีหน่วยเป็ น เมตร V คือความเร็วของคลื่นไฟฟ้ากระแสสลบั ซ่ึงมีความเร็วเท่ากบั คลื่นแสง คือ 186,000 ไมล์ / วนิ าที F คอื ความถี่ของไฟฟ้ากระแสสลบั มีหน่วยเป็ นเฮิรตซ์ ถา้ t มีคา่ เป็น 1 วนิ าที หมายความวา่ เคร่ืองกาเนิดไฟฟ้าหมุน 1 รอบในเวลา 1 วนิ าที เพอ่ื สร้างคล่ืนไฟฟ้ากระแสสลบั ได้ 1 คลื่น ดงั น้นั ความถ่ีหรือจานวนคลื่นต่อหน่วยเวลาของรูปที่ 3 (ก) จงึ มีคา่ เท่ากบั 1 ไซเกิลหรือ 1 เฮิรตซ์ เราสามารถหาความถี่ไฟฟ้ากระแสสลบั ความถ่ีไฟฟ้ากระแสสลบั ไดถ้ า้ รูค่าเวลาในการสร้างไฟฟ้ากระแสสลบั 1 คล่ืน จากสูตร F= 1 t F คือความถีข่ องไฟฟ้ากระแสสลบั มีหน่วยเป็น เฮิตรซ์ t คือคาบเวลาในการสรา้ งคล่ืนไฟฟ้ากระแสสลบั น้นั 1 คล่ืนมีหน่วยเป็ นวนิ าที รูปท่ี 3 (ข) เป็นคลื่นไฟฟ้ากระแสสลบั จากอีกแหล่งกาเนิดหน่ึงซ่ึงหมุนเร็วกวา่ แหล่งกาเนิด ไฟฟ้าของรูปที่ 3 (ก) จะเห็นวา่ ช่วงความยาวคลื่นหรือคาบเวลา (t) ของรูปท่ี 3 (ข) จะส้นั กวา่ ของรูป ที่ 3 (ก) มาก แสดงใหเ้ ห็นวา่ มีความถ่ีสูงกวา่ ถา้ มีค่าเทา่ กบั 1 วนิ าที (1 S ) เช่นกนั คล่ืนในรูปท่ี 3 (ข) จะมีความถ่ี 6 เฮิรตซ์ และคาบเวลาของคล่ืนจะหาไดจ้ ากสูตร t =1 F แทนคา่ t = 1 6 = 0.17 วนิ าที (S) 90

3 ค่าแรงดันต่างๆ ของไฟฟ้ากระแสสลบั แรงเคล่ือนและกระแสของไฟฟ้ากระแสสลบั จะมีลกั ษณะเป็นคล่ืนรูปไซน์ ซ่ึงเปล่ียนแปลงค่า และทิศทางอยตู่ ลอดเวลาในแตล่ ะไซเกิล เพอื่ ใหไ้ ดค้ า่ ตอ้ งการสาหรับเปรียบเทียบกบั คลื่นแตล่ ะคลื่นจึง ไดก้ าหนดคา่ ต่างๆ ออกมาเป็ นคา่ สูงสุด (peak value) คา่ สูงสุดยอดตอ่ ยอด (peak to peak value) ค่าเฉลี่ย (average value) คา่ เกิดผล (effective value) หรือคา่ เฉลี่ยรากที่ 2 (root mean square) ค่าสูงสุด เป็ นคา่ สูงสุดของกระแสหรือแรงดนั ของไฟฟ้ากระแสสลบั ท่ีทศิ ทางหน่ึงทศิ ทางใด เช่นค่าสูงสุดทางดา้ นบวก ซ่ึงเป็นคา่ ท่ีเปรียบเทียบระหวา่ งระดบั ศนู ยก์ บั คา่ สูงสุดที่แปรเปลียนไป ทางดา้ นหน่ึงกบั ค่าสูงสุดกบั ทางดา้ นลบ ค่าท่ีเปรียบเทียบระหวา่ งระดบั ศนู ยก์ บั ค่าสูงสุดทแ่ี ปรเปลี่ยนไป อีกดา้ นหน่ึง ซ่ึงตรงขา้ มกบั ดา้ นบวก คา่ สูงสุดท้งั ดา้ นบวกกบั ดา้ นลบน้ีจะเท่ากบั เพยี งแตม่ ีทิศทางหรือ ศกั ดาตรงกนั ขา้ มกนั เทา่ น้นั ค่าสูงสุดยอดต่อยอด เป็ นค่าระหวา่ งคา่ สูงสุดทางดา้ นบวกกบั ค่าสูงสุดทางดา้ นลบ ซ่ึงเป็ น 2 เท่าของสูงสุดดา้ นหน่ึงดา้ นใด ค่าเฉลีย่ เป็ นคา่ เฉล่ียทางคณิตศาสตร์ของคา่ สูงสุดดา้ นหน่ึงดา้ นใดซ่ึงมีค่าเป็ น0.637ของคา่ สูงสุด ค่าเกิดผล หรือ ค่าเฉลี่ยรากท่ี 2 เป็ นคา่ ท่ที าใหเ้ กิดผลงานเทา่ กบั ไฟฟ้ากระแสตรงท่ีมีคา่ เดียวกนั มีคา่ 0.707 ของค่าสูงสุดและเป็ นคา่ ที่อ่านไดจ้ ากมิเตอร์วดั ไฟฟ้ากระแสสลบั นิยมเรียกวา่ ค่าเฉลี่ยรากที่ 2 ( RMS ) รูปท่ี 4 ค่าแรงดนั ตา่ งๆ ของไฟฟ้ากระแสสลบั ------------------------------------------------------------------------------------------- 91

บทท่ี 12 วงจรเรโซแนนซ์ (วงจรจูน) resonance circuit วงจรเรโซแนนซ์เป็นวงจรผสมที่ต่อร่วมกนั อยรู่ ะหว่างคาพาซิเตอร์กบั วงจรเหน่ียวนาซ่ึงมีความ สาคณั และใชม้ ากพอสมควรในวงจรอิเลก็ ทรอนิกส์แบบอะนาลอก ดว้ ยผลต่อสญั ญาณกระแสสลบั ของ ขดลวดและคาพาซิเตอร์ ซ่ึงแตกต่างกนั ไปในทางตรงกนั ขา้ มจะทาใหเ้ กิดผลต่อแรงดนั กระแสตรงและ แรงดนั กระแสสลบั ในลกั ษณะต่าง ๆ เช่น เกิดการจา่ ยและรับกระแสให้ซ่ึงกนั และกนั ทาใหเ้ กิดสญั ญาณ กระแสสลบั ตกคร่อมวงจรข้ึน เมื่อวงจรไดร้ ับแรงดนั กระแสตรงจะเกิดการต่อตา้ นและยอมให้สัญญาณ กระแสสลบั บางความถ่ีผา่ นเป็ นตน้ จากคุณสมบตั ิเช่นน้ีจึงสามารถนาวงจรเรโซแนนซ์ไปใชเ้ ป็ นชุดสร้าง ความถี่ใหก้ บั วงจรออสซิลเลเตอร์ นามาใชส้ าหรับเลือกให้สัญญาณที่ตอ้ งการผ่นใชเ้ ป็ นวงจรก้นั หรือกา จสั ัญญาณท่ีไม่ตอ้ งการ วงจรเรโซแนนซ์มีอยู่ 2 ชนิด พิจารณาจากลกั ษณะการต่อร่วมกนั ระหวา่ ง ขดลวดและคาพาซิเตอร์ ถา้ คาพาซิเตอร์และขดลวดต่อร่วมกนั แบบอนั ดบั เรียกวา่ วงจรเรโซแนนซ์แบบ อนั ดบั (series resonance circuit) และถา้ ต่อขนานกนั ก็เรียกว่า วงจรเรโซแนนซ์แบบขนาน ( parallel resonance circuit) ซ่ึงมีลกั ษณะวงจรดงั รูปที่ 1 รูปท่ี 1 วงจรเรโซแนนซแ์ บบอนั ดบั และแบบขนาน 1. ผลของวงจรเรโซแนนซ์ต่อแรงดันกระแสตรง เม่ือจ่ายแรงดับกระแสตรงให้กบั วงจรเรโซแนนซ์ จะทาให้เกิดการเปลี่ยนแปลงต่อระดับ แรงดนั ที่ตกคร่อมวงจรเรโซแนนซ์ กลายเป็ นแรงดนั กระแสสลบั ตกคร่อมวงจร โดยค่าความถ่ีที่เกิดข้ึน จะมีค่าคงท่ซี ่ึงลกั ษณะการสร้างแรงดนั กระแสสลบั ของวงจรวงจรเรโซแนนซไ์ ดแ้ สดงพร้อมคาอธิบายไว้ ดงั ตอ่ ไปน้ี 92

รูปท่ี 2 ลกั ษณะการสร้างสญั ญาณกระแสสลบั ของวงจรวงจรเรโซแนนซ์แบบขนาน ช่วงเวลาที่ 1 เมื่อสวติ ช์ ON คาพาซิเตอร์จะทาการอดั ประจุ เกิดศกั ด์ิตกคร่อมสูงข้ึนจนเท่า แหล่งจ่าย (ดูรูท่ี2 ก.) ช่วงเวลาที่ 2 เมื่อสวติ ช์ OFF คาพาซิเตอร์จะคายประจุใหก้ บั ขดลวด เกิดเสน้ แรงแม่เหล็กพอง รอบขดลวดซ่ึงทาใหแ้ รงดนั ที่ตกคร่อมคาพาซิเตอร์ลดต่าลงจาก + EB ลงเป็น 0 (ดูรูท่ี2 ข.) ช่วงเวลาที่ 3 เมื่อคาพาซิเตอร์คายประจใุ ห้ขดลวดหมดแลว้ เสน้ แรงแม่เหล็กท่ีพองออกรอบ ๆ ขดลวดจะยบุ ตวั ลงตดั กบั ขดลวดเกิดกระแสเหน่ียวนาตวั เองออกจากขดลวดไปอดั ประจุเขา้ คาพาซิเตอร์ ทางแผน่ เพลตดา้ นลา้ ง ซ่ึงทาใหเ้ กิดศกั ด์ิตกคร่อมคาพาซิเตอร์ในทิศทางตรงกนั ขา้ มกบั ช่วงเวลาที่ 1 คือ แผน่ เพลตดา้ นบนมีศกั ด์ิเป็นลบและดา้ นล่างมีศกั ด์ิเป็นบวก (ดูรูที่2 ค.) ช่วงเวลาท่ี 4 เม่ือเสน้ แรงแม่เหล็กยบุ ตวั หมดแลว้ จะไม่มีกระแสไหลจากขดลวดเขา้ ไปอดั ประจุคาพาซิเตอร์ ดงั น้นั คาพาซิเตอร์จะทาการคายประจุน้นั จ่ายกลบั ไปให้ขดลวดอีก โดยส่งจากแผน่ เพลตดา้ นล่างไปใหป้ ลายขดลวดดงั กล่าวผา่ นข้ึนไปทางดา้ นบน จึงเกิดเสน้ แรงแม่เหล็กพองออกรอบ ๆ ขดลวดอีก แรงดนั ที่ตกคร่อมคาพาซิเตอร์อยจู่ ึงลดต่าลงเร่ือย ๆ จนเป็ น 0 เม่ือคาพาซิเตอร์คายประจุ หมดแลว้ จากช่วงที่ 1 ถึง 4 จะไดเ้ ป็ นแรงดนั กระแสสลบั ครบ 1 ไซเกิล ตกคร่อมวงจรเรโซแนนซ์ (ดูรูที่2 ง.) 93

ช่วงเวลาที่ 5 เม่ือคาพาซิเตอร์คายประจุหมดแลว้ เส้นแรงแม่เหล็กที่ขดลวดจะยบุ ตวั เกิด กระแสเหน่ียวนาตวั เองจ่ายเขา้ ไปอดั ประจุคาพาซิเตอร์ทางแผ่นเพลตดา้ นบนซ่ึงทาให้แผ่นเพลตดา้ นบนมี ศกั ด์ิเป็นบวกและแผน่ เพลตดา้ นล่างมีศกั ด์ิเป็นลบเกิดเป็นส่วนของแรงดนั กระแสสลบั ในช่วงตอ่ ไป ค่าความถ่ีท่ีวงจรเรโซแนนซ์สร้างข้นึ ซ่ึงเรียกวา่ ความถี่เรโซแนนซ์น้ี จะข้ึนอยกู่ บั ค่าของคาพา ซิเตอร์และขดลวดท่ตี ่อประกบอยใู่ นวงจรเรโซแนนซ์ โดยสามารถคานวณหาคา่ ความถ่ีไดด้ งั ต่อไปน้ี f0 = 1 . 2 π√LC f0 คอื ค่าความถี่เรโซแนนซ์ที่วงจรสร้าวข้นึ มีหน่วยเป็ นเฮิรตซ์ ต่อวนิ าที L คอื ค่าของขดลวดท่ตี ่ออยใู่ นวงจรมีหน่วยเป็ น เฮนรี่(H) ถา้ หน่วยเลก็ กวา่ น้ีเช่น เป็น uH หรือ mH ตอ้ งทาใหเ้ ป็ นเฮนรี่เสียก่อนจงึ จะนามาคานวณได้ C คือค่าพาซิเตอร์ที่ต่ออยใู่ นวงจร มีหน่วยเป็ นฟารัด (F) ถา้ มีค่าต่ากวา่ น้ี เช่น เป็ น pF nF หรือ uF รูปท่ี 3 รูปคลื่นและขนาดของสญั ญาณกระแสสลบั ทีต่ กคร่อมวงจรเรโซแนนซ์ ในรูปที่ 3 แสดงใหเ้ ห็นวา่ ขนาดของความถี่กระแสสลบั ท่ีเกิดข้ึนจะลดต่าลงเร่ือย ๆ จนกระท้งั กลายเป็นไฟกระแสตรง เนื่องจากความตา้ นทานในวงจรจะทาใหป้ ริมาณการไหลของกระแส ในจงั หวะ ที่ L และ C จ่ายใหซ้ ่ึงกนั และกนั ลดลงเร่ือย ๆ จนกระท้งั ไม่มีกระแสไหลในวงจรเรโซแนนซ์ น้ันคือ วงจรจะหยดุ สรา้ งความถี่จากการทางานดงั กล่าวขา้ งตน้ จึงสามารถนาเอาวงจรเรโซแนนซ์ไปใชเ้ ป็ นชุด สร้าง และกาหนดความถ่ีของวงจรออสซิลเลเตอร์ โดยจะเอาความถี่ที่สร้างข้ึนส่วนหน่ึงไปทาการขยาย และอีกส่วนหน่ึงจะส่งป้อนกลบั มาเพ่ือทาการกระตุน้ ขุดสร้างความถ่ี ให้ทาการสร้างความถี่ออกมา ตอ่ เนื่องกนั ตลอดเวลา โดยมีความแรง (ขนาด) เทา่ กนั ตลอด (ดูรูปที่ 4) รูปที่ 4 ลกั ษณะบลอ็ กไดอะแกรมของวงจรอออสซิลเลเตอร์ 94

2. เม่ือจ่ายแรงดนั กระแสสลับให้กบั วงจรเรโซแนนซ์ วงจรเรโซแนนซ์ซ่ึงประกอบด้วยคอนแดนเซอร์และขดลวดเหน่ียวนา ซ่ึงมีผลต่อไฟ กระแสสลบั ตรงขา้ มกนั คือ คาพาซิเตอร์จะมีค่าความตา้ นทานต่อไฟกระแสสลบั ในแบบเป็ นสัดส่วน ผกผนั ต่อค่าความถ่ี คือถา้ ความถี่สูงจะผ่านคาพาซิเตอร์ไดด้ ี โดยค่าความตา้ นทานต่อกระแสสลบั ของ คอนเดนเซอร์(XC) จะลดลง แตถ่ า้ ความถ่ีต่าจะผ่านคาพาซิเตอร์ไดน้ ้อย เพราะค่า XC จะสูง และถา้ เป็ น ไฟตรงกจ็ ะผา่ นคาพาซิเตอร์ไม่ไดเ้ ลย อตั ราค่าความตา้ นทานต่อไฟกระแสสลบั ของคอนเดนเซอร์(XC) แสดงใหเ้ ห็นไดต้ ามสูตร XC = 1 . 2 πfC โดยหน่วยของ XC จะมีค่าเป็ นโอหม์ f คอื ความถี่ของกระแสสลบั ทผ่ี า่ นคาพาซิเตอร์ มีหน่วยเป็นเฮิรตซ์ และ C เป็ นคา่ คาพาซิเตอร์มีหน่วยเป็นฟารัด สาหรับขดลวดเหนี่ยวนาน้ัน จะมีคุณสมบตั ิตา้ นไฟกระแสสลบั ในทางตรงกนั ขา้ มกบั คาพา ซิเตอร์คือสัดส่วนโดยตรงต่อความถ่ีของไฟกระแสสลบั ท่ีป้อนผ่าน ถา้ ไฟกระแสสลบั มีค่าความถี่สูง ขดลวดจะมีค่าความตา้ นทานไฟกระแสสลบั (XC) มาก และถา้ ไฟกระแสสลบั มีค่าความถ่ีต่า ค่าความ ตา้ นทานตอ่ ไฟกระแสสลบั ของขดลวดก็จะน้อย ถา้ จ่ายไฟกระแสตรงใหผ้ า่ นขดลวด จะไม่มีค่าหน่วง เหนี่ยวกระแสเลยนอกจากค่าความตา้ นทานปกติของขดลวดเท่าน้ัน ค่าความสัมพนั ธ์ระหว่างความ ตา้ นทานไฟกระแสสลบั ของขดลวดท่ีมีต่อไฟกระสลบั คา่ ความถี่ต่าง ๆ จะแสดงไดด้ งั สูตร XL = 2 π f L โดยค่า XL จะมีหน่วยเป็ นโอหม์ f คอื คา่ ความถ่ีของไฟฟ้ากระแสสลบั ที่มีหน่วยเป็ นเฮิรตซ์ และ L คอื ค่าของขดลวดมีหน่วยเป็นเฮนร่ี จากคุณสมบตั ิขา้ งตน้ จะเห็นว่าค่าความตา้ นทานของขดลวดเหนี่ยวนาและคาพาซิเตอร์ที่มีต่อ ไฟกระแสสลบั ความถ่ีต่าง ๆ น้นั จะมีค่าไม่เทา่ กนั เม่ือจ่ายกระแสสลบั ใหก้ บั วงจรเรโซแนนซ์ จะเกิดผลอยา่ งไรน้นั ข้ึนอยกู่ บั ลกั ษณะของวงจร เรโซแนนซ์วา่ เป็ นอนั ดบั หรือขนาน แต่ผลทเี่ หมือนกนั คือ ถา้ ความถี่สูง คา่ XL จะมากและ XC จะนอ้ ย และถา้ ความถ่ีต่า XL จะนอ้ ยและ XC จะมาก ซ่ึงวงจรจะแสดงคา่ รีแอกแตนซ์ของ C หรือ L ออกมาดงั แสดงในรูปที่ 5 ค่าของ XL และ XC จะสวนทางกนั ดงั น้นั ถา้ ความถี่ของไฟกระแสสลบั ท่เี ขา้ มาทาให้ X L และ X C มีค่าเท่ากนั ค่ารีแอกแตนซ์จะหกั ลา้ งกนั หมดไป จึงเหลือแต่เฉพาะค่าความตา้ นทาน กระแสตรงเทา่ น้นั ปรากฏอยใู่ นวงจร ความถี่ที่ทาใหเ้ กิดผลดงั กล่าวเรียกวา่ ความถ่ีเรโซแนนซ์ ( f 0 ) 95

รูปท่ี 5 ผลของ L และ C ทม่ี ีผลตอ่ สญั ญาณกระแสสลบั ความถี่ตา่ ง ๆ 3. ผลของวงจร เรโซแนนซ์แบบขนานท่มี ผี ลต่อสัญญาณกระแสสลับ เม่ือสัญญาณกระแสสลบั ป้อนเขา้ มา (อินพุต : input) มีความถ่ีต่ากวา่ ค่าความถ่ีเรโซแนนซ์ ของวงจร (f1) XL จะน้อยกว่า XC เปรียบเหมือน C เปิ ดวงจร ค่าแรงดนั ท่ีตกคร่อม L ขณะน้ันจะน้อย เน่ืองจาก XL ต่า เมื่อความถ่ีต่าวงจรจึงแสดงคุณสมบตั ขิ องขดลวด ทาใหเ้ ฟสของแรงดนั ที่ตกคร่อมวงจร เร็วกวา่ เฟสของกระแสทไี่ หลผา่ นวงจร เม่ือความถี่ของสญั ญาณกระแสสลบั ทปี่ ้อนเขา้ มาสูงกวา่ ค่าความถี่เรโซแนนซ์ของวงจร (f2) ค่า ของ XC จะนอ้ ยกวา่ XLขณะน้นั เหมือนเปิ ดวงจร แรงดนั ท่ีตกคร่อม C ขณะน้นั จะมีค่าต่าเพราะ C ลด คา่ ความตา้ นทานต่าลงเมื่อความถี่สูง วงจรจึงแสดงคุณสมบตั ิของคาพาซิเตอร์ ทาใหเ้ ฟสของกระแสที่ ไหลในวงจรเร็วกวา่ เฟสของแรงดนั ท่ีตกคร่อมวงจร ถา้ ความถ่ีของสญั ญาณที่ป้อนเขา้ มามีค่าเท่ากับความถี่เรโซแนนซ์ของวงจร (f0) ค่าของ XL จะเท่ากบั XC วงจรจะไม่มีคา่ รีแอกแตนซเ์ ปรียบเหมือนมีแตเ่ พยี งตวั ตา้ นทานต่ออยใู่ นวงจรเท่าน้ัน ซ่ึงค่า ความตา้ นทานจะสูงทาใหก้ ระแสไหลผ่านวงจรไดน้ ้อยท่ีสุด โดยเฟสของกระแสท่ีไหลผ่านวงจรเฟส ของแรงดนั ทต่ี กคร่อมวงจรจะตรงกนั (เน่ืองจากวงจรไม่แสดงค่ารีแอกแตนซ์) (f1) XL จะมีค่าต่าแต่ XC มีค่าสูง กระแสจะไหลผา่ นวงจรไดน้ อ้ ย และแรงดนั ตกคร่อมวงจรสูง วงจรแสดงคา่ XC ทาใหก้ ระแสท่ี ไหลในวงจรมีเฟสเร็วกวา่ แรงดนั ที่ตกคร่อมวงจรเมื่อสญั ญาณอิน รูปท่ี 6 ผลของวงจรเรโซแนนซ์แบบขนานที่มีตอ่ สญั ญาณกระแสสลบั 96