E-book เรื่องตัวเก็บประจุ

แผนการสอน/แผนการเรียนรภู้ าคทฤษฏี หนว่ ยที่ 7 แผนการสอน/การเรียนรูภ้ าคทฤษฎี สอนสัปดาห์ท่ี 12-13 ชือ่ วิชา งานไฟฟ้าและอเิ ลก็ ทรอนิกสเ์ บื้องตน้ คาบรวม 8 (Basic Electricity and Electronic) จานวนคาบ 8 ชือ่ หน่วย ตัวเก็บประจุ ชื่อเรอ่ื ง. ตัวเก็บประจุ หัวข้อเร่อื ง ด้านความรู้ 1. โครงสรา้ งตัวเกบ็ ประจุ 2. คา่ ความจุของตัวเกบ็ ประจุ 3. ตวั เกบ็ ประจแุ บบคา่ คงท่ี 4. ตวั เกบ็ ประจุแบบเปลีย่ นแปลงคา่ ได้ 5. หนว่ ยความจแุ ละคา่ ทนแรงดัน 6. การอ่านคา่ ความจตุ ัวเกบ็ ประจุ 7. การต่อตวั เก็บประจุ 8. บทสรปุ ดา้ นทกั ษะ 1. แปลงหนว่ ยคา่ ความจุของตวั เก็บประจุ 2. อา่ นคา่ ความจแุ สดงเป็นตวั เลขตัวอกั ษร ดา้ นคณุ ธรรม จริยธรรม 1. เตรยี มความพร้อมดา้ น วัสดุ อปุ กรณส์ อดคล้องกบั งานได้อยา่ งถูกตอ้ ง 2. มีความรับผิดชอบ ปฏบิ ตั งิ านไดอ้ ย่างถูกตอ้ งในเรือ่ งเครือ่ งมือวดั ไฟฟา้ เบื้องต้น และสาเร็จภายใน เวลา ท่ีกาหนดอยา่ งมีเหตแุ ละผลตามหลกั ปรัชญาเศรษฐกิจพอเพยี ง

สาระสาคญั ประจุไฟฟ้าและศักย์ไฟฟ้า มีความสัมพันธ์และเก่ียวข้องกัน ประจุไฟฟ้าคือข้ัวของไฟฟ้ามี 2 ข้ัว คือ ขวั้ บวกและข้ัวลบ สว่ นศกั ยไ์ ฟฟา้ คือปริมาณไฟฟ้าทแี่ สดงออกมาขณะเกิดความไม่สมดุลของประจุไฟฟ้ามี 2ค่า คือ ศกั ย์บวกและศักย์ลบ ประจุไฟฟ้าหรือศักย์ไฟฟ้า มีข้ัวเหมือนกันจะผลักกัน ประจุไฟฟ้าหรือศักย์ไฟฟ้ามีขั้ว ตา่ งกนั จะดูดกนั ตัวเก็บประจุหรือคาปาซิเตอร์ เป็นอุปกรณ์ทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ท่ีมีคุณสมบัติสามารถประจุ แรงดัน และคายประจุแรงดนั ได้ โครงสรา้ งของตัวเกบ็ ประจปุ ระกอบด้วยแผ่นโลหะบาง 2แผ่น วางขนานชิดกัน มีฉนวนไฟฟ้าท่ีเรียกว่าไดอิเล็กตริกวางค่ันกลาง การประจุแรงดันทาได้โดยจ่ายแหล่งจ่ายแรงดันไฟตรงให้ตัว เกบ็ ประจุ ตัวเก็บประจุจะประจแุ รงดันไวใ้ นตวั ได้ สมรรถนะอาชพี ประจาหน่วย (สง่ิ ทตี่ ้องการใหเ้ กิดการประยกุ ตใ์ ช้ความรู้ ทกั ษะ คณุ ธรรม เขา้ ดว้ ยกัน) 1. แปลงหนว่ ยค่าความจุของตัวเกบ็ ประจุ 2. อา่ นค่าความจุแสดงเป็นตวั เลขตวั อักษร คาศพั ทส์ าคญั Capacitor Conductive Plate ตวั เกบ็ ประจุ หรือคาปาซิเตอร์ (C) Dielectric แผ่นตวั นา Charge ฉนวนไฟฟา้ Discharge สภาวะประจุ Capacitance สภาวะคายประจุ Dielectric Constant ค่าความจุ Fixed Capacitor ค่าคงตัวความเป็นฉนวน (k) Variable Capacitor ตวั เกบ็ ประจแุ บบค่าคงที่ Paper Capacitor ตัวเก็บประจุแบบเปลย่ี นแปลงคา่ ได้ Ceramic Capacitor ตัวเกบ็ ประจชุ นิดกระดาษ Mica Capacitor ตวั เก็บประจุชนิดเซรามิก Plastic Film Capacitor ตวั เกบ็ ประจุชนิดไมก้า Electrolytic Capacitor ตวั เกบ็ ประจุชนิดฟลิ ม์ พลาสติก Tantalum Capacitor ตัวเก็บประจุชนิดอิเลก็ โตรไลติก ตวั เก็บประจุชนิดแทนทาลัม

น้ามนั Oil ขผี้ ึ้ง Beeswax แบเรียมไททาเนต Barium Titanate แบเรียมคาร์บอเนต Barium Carbonate ไททาเนียมไดออกไซด์ Titanium Dioxide เซรามิกซ้อนหลายช้ัน Multilayer Ceramic สัญญาณชนิดแอนะลอก Analog Signal แผ่นโลหะบางแบบอะลมู ิเนียม Aluminum Foil แผ่นโลหะบางแบบฟลิ ์มเงิน Silver Films Foil โพลีเอสเตอร์ Polyester ไมลา่ ร์ Mylar โพลีโพรพลิ นี Polypropylene โพลีสไตรีน Polystyrene โพลีคาร์บอเนต Polycarbonate เมตลั ไลซพ์ ลาสติก Metalized Plastic อเิ ลก็ โตรไลต์ Electrolyte โซเดียม บอเรต Sodium Borate อไี ทลนี กลีโคล Ethylene glycol กรดบอรกิ Boric Acid อะลูมเิ นยี มออกไซด์ Aluminum Oxide กระแสร่ัวไหล Leakage Current สนิมแทนทาลัม Tantalum Oxide โพลีเมอร์สารก่ึงตัวนา Semiconducting Polymer แผน่ โลหะคงที่ Stator Plate แผน่ โลหะเคลื่อนที่ Rotor Plate ตวั เกบ็ ประจวุ าริเอเบิล Variable Capacitor ชดุ Gang ตัวเก็บประจุ ทริมเมอร์ Trimmer Capacitor ฟารัด (F) Farad ไมโครฟารัด (mF) Microfarad นาโนฟารดั (nF) Nanofarad พิโคฟารัด (pF) Picofarad

แรงดันไฟตรง (VDC) DC Voltage แรงดันทางาน (WV) Working Voltage แรงดันทดสอบ (TV) Testing Voltage ตอ่ ตัวเกบ็ ประจแุ บบอนุกรม Series Capacitor ต่อตวั เกบ็ ประจุแบบขนาน Parallel Capacitor ตอ่ ตวั เกบ็ ประจุแบบผสม Compound Capacitor จดุ ประสงคก์ ารสอน/การเรียนรู้  จุดประสงค์ท่ัวไป / บูรณาการเศรษฐกิจพอเพียง 1. เพ่ือใหม้ ีความรู้เกี่ยวกับโครงสร้างตัวเกบ็ ประจุ , ความจขุ องตัวเก็บประจุ , ตวั เกบ็ ประจแุ บบคงท่ไี ด้, ตัวเก็บประจแุ บบปรบั คา่ ได้(ดา้ นความรู้) 2. เพื่อใหม้ ีทักษะในการแปลงหนว่ ยคา่ ความจขุ องตัวเกบ็ ประจุและสามารถอ่านค่าความจแุ สดงเป็นตวั เลข ตัวอักษร (ด้านทกั ษะ) 3. เพือ่ ให้มีเจตคตทิ ีด่ ีต่อการเตรยี มความพร้อมด้านการเตรยี ม วสั ดุ อุปกรณ์ และการปฏิบัตงิ านอย่าง ถกู ตอ้ ง สาเรจ็ ภายในเวลาทก่ี าหนด มีเหตุและผลตามหลกั ปรัชญาเศรษฐกิจพอเพยี ง (ด้านคุณธรรม จรยิ ธรรม)  จดุ ประสงค์เชิงพฤตกิ รรม / บรู ณาการเศรษฐกิจพอเพยี ง 1. อธิบายโครงสรา้ งตวั เกบ็ ประจุ (ด้านความรู้) 2. วเิ คราะหค์ วามจขุ องตัวเกบ็ ประจุได้ (ด้านความรู้) 3. จาแนกตวั เกบ็ ประจุแบบค่าคงที่ (ด้านความรู้) 4. บอกลักษณะตวั เกบ็ ประจุแบบปรับคา่ ได้ (ดา้ นความรู้) 5. แปลงหน่วยคา่ ความจุของตัวเก็บประจไุ ด้ (ดา้ นทกั ษะ) 6. อ่านคา่ ความจแุ สดงเป็นตัวเลขตวั อักษร (ดา้ นทักษะ) 7. เตรียมความพร้อมดา้ น วัสดุ อุปกรณ์สอดคลอ้ งกบั งานได้อยา่ งถูกตอ้ ง (ด้านคุณธรรม จริยธรรม/ บรู ณาการเศรษฐกิจพอเพยี ง) 8. ปฏบิ ตั งิ านได้อยา่ งถกู ตอ้ ง และสาเร็จภายใน เวลาทกี่ าหนดอยา่ งมเี หตุและผลตามหลักปรัชญาของ เศรษฐกิจพอเพยี ง (ดา้ นคุณธรรม จริยธรรม/บูรณาการเศรษฐกิจพอเพยี ง)

เนือ้ หาสาระการสอน/การเรียนรู้ • ดา้ นความร(ู้ ทฤษฎี) 9.1 โครงสร้างตวั เก็บประจุ ตัวเก็บประจุ หรือคาปาซิเตอร์ (Capacitor ; C) เป็นอุปกรณ์ที่ถูกนาไปใช้งานทางด้านไฟฟ้าและ อิเล็กทรอนิกส์ อย่างกว้างขวางกับอุปกรณ์ เคร่ืองมือ เคร่ืองใช้ และในระบบงานต่างๆ ท่ีเกี่ยวข้องกับไฟฟ้า ตัว เก็บประจุเป็นอุปกรณ์ท่ีสามารถเก็บประจุไฟฟ้าและศักย์ไฟฟ้าไว้ภายในตัวได้ โดยอาศัยคุณสมบัติของประจุ ไฟฟ้าและศักย์ไฟฟา้ ทม่ี ีค่าต่างกนั จะดูดกันมาใชง้ าน การทดสอบการเก็บประจขุ องตัวเก็บประจุ โดยนาแผ่นโลหะบาง 2 แผ่นมาวางประกบติดกัน มีฉนวน คั่นกลาง จ่ายศักย์ไฟฟ้าที่ต่างกันให้แผ่นโลหะท้ังสอง จะทาให้เกิดเส้นแรงไฟฟ้าวิ่งเคลื่อนที่ดึงดูดกันจาก ศักย์ไฟฟ้าท่ีแผ่นโลหะท้ังสอง การดึงดูดของศักย์ไฟฟ้าจากแผ่นโลหะทั้งสองเกิดอย่างต่อเน่ือง ถึงแม้งดจ่าย ศักย์ไฟฟ้าให้แผ่นโลหะท้ังสองแล้วก็ตาม คุณสมบัติดังกล่าว จึงเรียกแผ่นโลหะท้ัง 2 แผ่นที่อยู่ใกล้กันนี้ว่าตัว เก็บประจุ การเก็บประจไุ ฟฟา้ ของตัวเก็บประจุ แสดงดังรูปท่ี 9.1 - (-) -+-+ + + + + -- ------ --------- - ---- ++++++ ++++++++++++ (ก) กอ่ นการประจุ (+) + (ข) หลังการประจุ รูปที่ 9.1 การเกบ็ ประจไุ ฟฟ้าของตวั เกบ็ ประจุ โครงสร้างของตัวเก็บประจุประกอบด้วยแผ่นโลหะตัวนาบางสองแผ่น ถูกเรียกว่าแผ่นตัวนา (Conductive Plate) วางขนานชิดกนั มีฉนวนไฟฟา้ (Dielectric) วางคั่นกลางแผ่นโลหะตัวนาบางท้ังสอง ทางด้านนอกของแผ่น โลหะตัวนาบางท้ังสองมีลวดตัวนาเช่ือมต่อไว้แผ่นละเส้น ใช้เป็นขาต่อออกภายนอก เพ่ือต่อตัวเก็บประจุไปใช้ งาน ลกั ษณะโครงสร้างและสญั ลักษณข์ องตวั เก็บประจุ แสดงดังรูปท่ี 9.2

++ ชนดิ ไมม่ ขี ้ัว ชนดิ มีขว้ั (ก) โครงสร้าง (ข) สัญลกั ษณ์ รูปท่ี 9.2 โครงสรา้ งและสัญลักษณ์ของตัวเกบ็ ประจุ ตัวเก็บประจุจะมีการทางานอยู่ 2 สภาวะ คือ สภาวะประจุ (Charge) เป็นสภาวะท่ีตัวเก็บประจุทาการ ประจุแรงดันและศักย์ไฟฟ้าเก็บไว้ภายในตัว ในขณะที่จ่ายแรงดันให้กับตัวเก็บประจุ และสภาวะคายประจุ (Discharge) เปน็ สภาวะทตี่ วั เกบ็ ประจทุ าการคายประจุแรงดันและศกั ย์ไฟฟา้ ทีเ่ กบ็ ไว้ออกมา เมื่อทาการลัดวงจร ขาตวั เกบ็ ประจเุ ขา้ ดว้ ยกัน หรอื ตอ่ เขา้ ภาระต่างๆ 9.2 ค่าความจุของตวั เกบ็ ประจุ ค่าความจุ (Capacitance) ของตัวเก็บประจุ คือ ค่าความสามารถในการเก็บสะสมประจุไฟฟ้าไว้ในตัว เก็บประจุได้น้อยหรือมาก ตัวเก็บประจุจึงถูกบอกค่าไว้ในรูปค่าความจุ ตัวเก็บประจุมีค่าความจุน้อย จะสามารถ เกบ็ ประจไุ ว้ภายในตัวเองได้น้อย และตวั เก็บประจุมีคา่ ความจมุ าก จะสามารถเกบ็ ประจไุ ว้ภายในตัวเองไดม้ าก ค่าความจุในตัวเก็บประจุข้ึนอยู่กับโครงสร้างและส่วนประกอบท่ีใช้ผลิตตัวเก็บประจุตัวน้ัน โครงสร้าง และส่วนประกอบท่ีสาคัญส่งผลต่อการเปล่ียนแปลงค่าความจุของตัวเก็บประจุมี 3 ส่วน ได้แก่ ระยะห่างของแผ่น โลหะทั้งสอง ขนาดพื้นที่ผิวของแผ่นโลหะ และชนิดของวัสดุที่ใช้ทาฉนวนค่ันกลางแผ่นโลหะ ทาให้ตัวเก็บ ประจทุ ี่ผลิตขน้ึ มาใช้งานมีค่าความจแุ ตกตา่ งกันไป และสามารถผลติ ขนึ้ มาไดจ้ ากวัสดทุ ่ีใช้เปน็ ฉนวนหลายชนิด ลกั ษณะตัวเก็บประจหุ ลายชนดิ และหลายขนาด แสดงดังรปู ท่ี 9.3

รปู ที่ 9.3 ตัวเก็บประจุหลายชนดิ และหลายขนาด 9.2.1 ระยะหา่ งแผน่ โลหะทั้งสองแตกตา่ งกัน ระยะห่างของแผ่นโลหะท้ังสองแผ่นภายในตัวเก็บประจุ มีผลต่อการกาหนดค่าความจุของตัว เก็บประจุได้ เพราะระยะห่างของแผ่นโลหะท้ังสองแผ่นมีผลต่ออานาจการดึงดูดประจุไฟฟ้าระหว่างแผ่นโลหะ ท้ังสอง วางแผ่นโลหะท้ังสองใกล้กันอานาจการดึงดูดของประจุไฟฟ้ามีค่ามาก เกิดความต่างศักย์ที่แผ่นโลหะทั้ง สองมาก จะทาให้ตัวเกบ็ ประจุมีคา่ ความจุมาก และเมอ่ื วางแผน่ โลหะทัง้ สองหา่ งกันอานาจการดึงดูดของประจุ ไฟฟา้ นอ้ ยลง เกิดความต่างศักยท์ แี่ ผ่นโลหะทั้งสองน้อยลง จะทาให้ตัวเก็บประจุมีค่าความจุน้อย ถ้ากาหนดให้ ขนาดพื้นที่ผิวของแผ่นโลหะในตัวเก็บประจุทั้ง 2 ตัวเท่ากัน ค่าความจุของตัวเก็บประจุจะมีผลออกมาดังนี้ แผ่นโลหะทั้งสองวางชิดกันจะมีค่าความจุมาก และแผ่นโลหะท้ังสองวางห่างกันจะมีค่าความจุน้อย ค่าความจุ ของตัวเก็บประจขุ ้นึ อยูก่ ับระยะห่างของแผน่ โลหะ แสดงดงั รปู ท่ี 9.4 (ก) ระยะหา่ งแผ่นโลหะนอ้ ยความจุสูง (ข) ระยะหา่ งแผน่ โลหะมากความจตุ า่ รปู ท่ี 9.4 ค่าความจขุ องตวั เกบ็ ประจุขน้ึ อยกู่ ับระยะห่างของแผน่ โลหะ

9.2.2 ขนาดพ้ืนทผ่ี ิวแผ่นโลหะแตกตา่ งกัน ขนาดพ้ืนทผี่ วิ ของแผ่นโลหะทงั้ สองแผน่ สามารถกาหนดขนาดของค่าความจุในตัวเก็บประจุได้ วา่ สามารถเก็บสะสมประจุไฟฟ้าไวใ้ นตวั ไดน้ อ้ ยหรอื มากเพียงไร แผ่นโลหะมีพื้นที่ผิวมาก จานวนประจุไฟฟ้า ท่ีประจุไว้ในแผ่นโลหะมีจานวนมาก เกิดความจุมาก แผ่นโลหะมีพ้ืนที่ผิวน้อย จานวนประจุไฟฟ้าท่ีประจุไว้ ในแผ่นโลหะมจี านวนน้อย เกิดความจุนอ้ ย โดยกาหนดให้ระยะห่างของแผ่นโลหะในตัวเก็บประจุทั้ง 2 ขนาด เท่ากัน ค่าความจุของตัวเก็บประจุจะมีผลออกมาดังน้ี แผ่นโลหะมีพ้ืนท่ีผิวมากจะมีค่าความจุมาก และแผ่น โลหะมพี ้ืนทผี่ วิ นอ้ ยจะมคี า่ ความจุนอ้ ย คา่ ความจขุ องตวั เกบ็ ประจุขน้ึ อยูก่ บั ขนาดพืน้ ท่ผี ิวของแผ่นโลหะทั้งสอง แสดงดงั รูปท่ี 9.5 (ก) ขนาดพนื้ ทผ่ี ิวแผน่ โลหะทัง้ สองมากความจุสงู (ข) ขนาดพ้นื ท่ผี ิวแผน่ โลหะทง้ั สองนอ้ ยความจุต่า รปู ท่ี 9.5 คา่ ความจุของตวั เก็บประจขุ น้ึ อยกู่ ับขนาดพนื้ ท่ผี วิ แผ่นโลหะทงั้ สอง 9.2.3 ชนิดวสั ดทุ ใ่ี ชท้ าฉนวนคั่นกลางแผ่นโลหะแตกต่างกัน วัสดตุ ่างชนิดกันมีคณุ สมบัตใิ นการเปน็ ฉนวนตอ่ ประจุไฟฟ้าแตกต่างกัน เม่ือนา มาใช้งานเป็น ฉนวนค่นั กลางแผน่ โลหะ ย่อมมผี ลตอ่ ค่าความจทุ ีเ่ กิดขึ้นในตัวเก็บประจุแตกต่างกันไป การทดสอบทาได้โดย นาแผ่นโลหะทงั้ สองแผ่นของตัวเก็บประจุวางห่างกัน ในระยะคงที่ค่าหนึ่ง นาฉนวนท่ีแตกต่างกันมาเป็นฉนวน ค่ันกลางแผ่นโลหะทั้งสอง โดยเปรียบเทียบกับฉนวนท่ีเป็นอากาศ ซึ่งมีค่าคงตัวความเป็นฉนวน (Dielectric Constant ; k) เท่ากับ 1 ใช้ฉนวนชนิดต่างๆ ที่มีค่าคงตัวความเป็นฉนวนแตกต่างกันไปมาทาการเปรียบเทียบค่า ความจุที่เกิดข้นึ พบวา่ ฉนวนท่มี ีคา่ คงตวั ความเปน็ ฉนวนสงู จะสามารถเก็บประจุไว้ได้มากกว่าการใช้ฉนวนที่มี ค่าคงตวั ความเปน็ ฉนวนต่า คา่ คงตวั ความเป็นฉนวนของวสั ดชุ นิดตา่ งๆ แสดงได้ดงั ตารางที่ 9.1

ตารางที่ 9.1 แสดงคา่ คงตัวความเปน็ ฉนวนของวสั ดตุ ่างชนิดกนั ชนดิ วัสดุ คา่ คงตัวความเปน็ ฉนวน (k) สญุ ญากาศ, อากาศ 1 เทฟลอน 2 – 2.3 โพลโี พรไพลนี 2.2 – 2.36 โพลสี ไตรีน 2.4 – 2.7 โพลคี าร์บอเนต 2.8 – 3.0 โพลีเอสเตอร์ (ไมลาร์) 3 – 3.3 กระดาษ 3.3 – 3.5 โพลไี วนิลคลอไรด์ (PVC) 4.5 ไฟเบอร์ 5.0 ไมกา้ 4.5 – 7.5 ยาง 7 แทนทาลัมออกไซด์ 11 เซรามิก 80 – 6,000 ตัวเก็บประจุที่ผลิตขึ้นมาใช้งานจะใช้คุณสมบัติที่แตกต่างกันท้ัง 3 ประการดังกล่าว นา ไปใช้ในการ ผลิต ทาใหต้ วั เกบ็ ประจทุ ่ีมีใชง้ านมีความหลากหลาย ทง้ั ชนดิ ตัวเกบ็ ประจุ ขนาดค่าความจุ และการนาไปใช้งาน ช่ือเรียกตวั เก็บประจถุ กู เรยี กแตกตา่ งกนั ออกไปตามลกั ษณะของโครงสร้าง และชนิดของฉนวนท่ีใช้แตกต่างกัน ไป โดยแบ่งออกตามคุณลักษณะการทางานของตัวเก็บประจุ แบ่งออกได้เป็น ตัวเก็บประจุแบบค่าคงที่ (Fixed Capacitor) และตวั เกบ็ ประจแุ บบเปลี่ยนแปลงคา่ ได้ (Variable Capacitor) 9.3 ตัวเก็บประจุแบบคา่ คงท่ี ตัวเก็บประจุแบบค่าคงที่ เป็นตัวเก็บประจุที่มีค่าความจุภายในตัวคงที่ตายตัว ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงค่า ได้ ถูกผลติ ออกมาใช้งานมากมายหลายขนาด หลายชนิด แต่ละชนิดผลิตข้ึนมาจากวัสดุที่ใช้เป็นฉนวนแตกต่าง กันออกไป ทาให้ช่ือที่ใช้เรียกชนิดตัวเก็บประจุแตกต่างกัน โดยเรียกช่ือตัวเก็บประจุตามชื่อของวัสดุที่ใช้เป็น ฉนวน แบง่ ออกได้ดงั น้ี 1. ตัวเก็บประจชุ นดิ กระดาษ (Paper Capacitor) 2. ตวั เกบ็ ประจชุ นิดเซรามิก (Ceramic Capacitor) 3. ตวั เกบ็ ประจชุ นดิ ไมกา้ (Mica Capacitor) 4. ตัวเกบ็ ประจชุ นิดฟิล์มพลาสติก (Plastic Film Capacitor) 5. ตวั เกบ็ ประจุชนดิ อเิ ลก็ โตรไลตกิ (Electrolytic Capacitor) 6. ตวั เกบ็ ประจุชนิดแทนทาลมั (Tantalum Capacitor)

9.3.1 ตวั เกบ็ ประจชุ นิดกระดาษ ตัวเก็บประจุชนิดกระดาษ เป็นตัวเก็บประจุที่ใช้ฉนวนคั่นกลางแผ่นโลหะท้ังสองทาจาก กระดาษแผ่นบางท่ีเคลอื บด้วยนา้ ยาฉนวน นา้ ยาที่ใช้เคลอื บกระดาษ เชน่ นา้ มนั (Oil) หรือขี้ผ้ึง (Beeswax) เป็น ต้น นามาม้วนเป็นก้อนกลมทรงกระบอก ขาลวดตัวนาถูกต่อออกมาใช้งานจากแผ่นโลหะบางด้านละขา ต่อ ออกมาเป็นขาตัวเก็บประจุ ตัวถังตัวเก็บประจุชนิดนี้หุ้มด้วยกระดาษแข็ง พลาสติก หรือโลหะอะลูมิเนียม นิยมนาไปใช้งานในด้านแรงดันไฟสูง และแรงดันไฟสลับที่ความถ่ีต่า เช่น ใช้เป็นตัวช่วยในการเริ่มหมุนของ มอเตอรไ์ ฟฟา้ และใช้ในวงจรเครอื่ งเสียง เปน็ ต้น ลักษณะตัวเก็บประจุชนิดกระดาษ แสดงดงั รปู ที่ 9.6 (ก) ชนดิ กระดาษเคลอื บขผ้ี ้ึง (ข) ชนดิ กระดาษเคลอื บน้ามนั รูปท่ี 9.6 ตวั เกบ็ ประจุชนิดกระดาษ 9.3.2 ตัวเกบ็ ประจุชนดิ เซรามกิ ตัวเก็บประจุชนิดเซรามิก เป็นตัวเก็บประจุที่ใช้ฉนวนค่ันกลางแผ่นโลหะท้ังสองเป็นวัสดุ ประเภทเซรามิก เซรามิกทามาจากดินเหนียวผสมด้วยสารแบเรียมไททาเนต (Barium Titanate) มาจากการผสม กันของสารแบเรียมคาร์บอเนต (Barium Carbonate) และไททาเนยี มไดออกไซด์ (Titanium Dioxide) นาไปเผาท่ี ความร้อนสูง ทาให้ได้เซรามิกที่มีค่าคงตัวความเป็นฉนวนสูงมากออกมา แผ่นโลหะตัวนาจะใช้เงินเคลือบบน ผวิ เซรามิก ทาใหต้ วั เกบ็ ประจุชนดิ นมี้ ีค่าความจสุ ูงขึ้นแต่มขี นาดเลก็ ลง นอกจากน้ันยังสามารถเพ่ิมค่าความจุได้ โดยใชแ้ ผ่นโลหะซอ้ นกันหลายชั้นมีฉนวนเซรามิกขวางซ้อนหลายช้ัน (Multilayer Ceramic) ตัวเก็บประจุชนิด นี้มีค่าผิดพลาดต่าประมาณ 1 % ผิวด้านนอกหุ้มด้วยพลาสติกหรือซิลิโคน นิยมนาไปใช้งานในวงจรกาจัด สัญญาณรบกวน และวงจรกรองสัญญาณความถี่สูงลงกราวด์ ไม่นิยมใช้ในวงจรทางานกับสัญญาณชนิด แอนะลอก (Analog Signal) เพราะจะทาให้สัญญาณเกิดความผิดเพย้ี น ลักษณะตัวเก็บประจุชนิดเซรามิก แสดง ดงั รปู ที่ 9.7

แบบขา แบบแปะติด SMD (ก) ชนดิ ช้นั เดยี ว (ข) ชนิดหลายช้นั รปู ที่ 9.7 ตวั เกบ็ ประจชุ นดิ เซรามกิ 9.3.3 ตวั เก็บประจุชนดิ ไมกา้ ตัวเก็บประจุชนิดไมก้า เป็นตัวเก็บประจุท่ีใช้ แผ่นโลหะบางหลายๆ แผ่นวางซ้อนกัน แต่ละแผ่นโลหะ บางถกู ค่ันดว้ ยฉนวนไมก้า ต่อเช่ือมแผ่นโลหะออกเป็น 2 ชุด พร้อมต่อขาด้วยลวดตัวนาออกมาใช้งาน แผ่น โลหะท่ใี ช้ผลติ ตวั เกบ็ ประจชุ นิดไมกา้ แบง่ ออกได้เป็น 2 แบบ คือ แผ่นโลหะบางแบบอะลูมิเนียม (Aluminum Foil) และแผ่นโลหะบางแบบฟิล์มเงิน (Silver Films รูปที่ 9.8 ตวั เก็บประจุชนดิ ไมกา้ Foil) ไมก้าจัดเป็นฉนวนมีคุณภาพดี ทาให้ตัวเก็บประจุ ชนิดน้สี ามารถสรา้ งใหท้ นแรงดันไดส้ ูงขึ้น มคี วามคงที่ ต่ออุณหภูมิดี นิยมนาไปใช้งานในวงจรเก่ียวข้องกับแรงดันไฟสูง ใช้ในวงจรกรองความถ่ีสูง และในวงจร ตอบสนองความถ่ี ลกั ษณะตวั เก็บประจุชนดิ ไมก้า แสดงดงั รูปที่ 9.8 9.3.4 ตัวเกบ็ ประจชุ นดิ ฟิล์มพลาสติก ตัวเก็บประจุชนิดฟิล์มพลาสติก เป็นตัวเก็บประจุที่ใช้ฉนวนคั่นกลางแผ่นโลหะทั้งสองเป็น วัสดุประเภทพลาสติกแผ่นบาง ซึ่งมีหลายชนิดแตกต่างกัน มีโครงสร้างคล้ายกับตัวเก็บประจุชนิดกระดาษ เพยี งแต่เปล่ียนฉนวนเปน็ ฟลิ ม์ พลาสติกชนิดต่างๆ ฟิล์มพลาสติกที่นามา ใช้ทาฉนวน ทามาจากวัสดุหลายประเภท เช่น โพลีเอสเตอร์ (Polyester) เรียกได้อีกชื่อว่าไมล่าร์ (Mylar) โพลีโพรพิลีน (Polypropylene) โพลีสไตรีน (Polystyrene) โพลีคาร์บอเนต (Polycarbonate) และเมตัลไลซ์พลาสติก (Metalized Plastic) เป็นต้น การเรียกช่ือตัว เก็บประจุชนิดฟิล์มพลาสติก มักเรยี กชื่อตามชนดิ ฉนวนพลาสตกิ ทใี่ ช้ผลติ ตวั เกบ็ ประจุ ทต่ี วั เก็บประจชุ นิดฟิล์มพลาสติก จะนิยมพิมพ์ตัวอักษรย่อภาษาอังกฤษติดกัน 2 – 3 ตัว กากับ ไว้ที่ส่วนใดส่วนหนึ่งบนตัวถังตัวเก็บประจุ เพ่ือแสดงถึงชนิดของฉนวนพลาสติกท่ีใช้ผลิต อักษรที่บอกไว้มี หลายคา่ มีความหมายดังนี้

PP, KP = โพลโี พรพลิ ีน KT = โพลเี อสเตอร์ (ไมล่าร)์ KC = โพลคี าร์บอเนต KS = โพลีสไตรนี MK = เมตลั ไลซ์พลาสติก MKP = เมตลั ไลซโ์ พลีโพรพลิ ีน MKT = เมตัลไลซ์โพลเี อสเตอร์ MKC = เมตัลไลซโ์ พลคี าร์บอเนต MKS = เมตลั ไลซโ์ พลีสไตรนี ฯลฯ ตวั เก็บประจชุ นดิ ฟิล์มพลาสติก ถูกผลิตข้ึนมาใช้งานมากมายหลายชนิด หลายรูปแบบ เพราะ ดว้ ยคุณสมบตั ขิ องฉนวนท่ีดีกว่ากระดาษมาก ทาให้สามารถผลิตตัวเก็บประจุให้มีค่าความจุสูงข้ึนได้ มีอายุการ ใชง้ านยาวนานข้นึ คา่ อณุ หภมู มิ ผี ลต่อการเปลย่ี นแปลงคา่ ความจุน้อยลง การนาไปใช้งาน นิยมนาไปใช้ในวงจร ที่ต้องการความเท่ียงตรงสูง มีความแน่นอนสูง ใช้งานได้ดีในย่านความถ่ีสูง ลักษณะตัวเก็บประจุชนิดฟิล์ม พลาสตกิ ชนดิ ตา่ งๆ แสดงดังรปู ท่ี 9.9 (ก) ชนิดฟิลม์ โพลีเอสเตอร์ (ข) ชนิดเมตลั ไลซ์โพลเี อสเตอร์ (ค) ชนดิ ฟลิ ม์ โพลโี พรพลิ ีน (ง) ชนิดเมตลั ไลซโ์ พลโี พรพลิ นี

(จ) ชนิดฟลิ ม์ โพลีสไตรีน (ฉ) ชนดิ เมตลั ไลซ์โพลีสไตรีน (ช) ชนดิ ฟลิ ม์ โพลีคารบ์ อเนต (ซ) ชนดิ เมตลั ไลซ์โพลคี าร์บอเนต (ฌ) ชนดิ SMD เมตลั ไลซ์โพลีเอสไทลนี รปู ท่ี 9.9 ตัวเกบ็ ประจุชนิดฟิล์มพลาสตกิ 9.3.5 ตัวเก็บประจชุ นดิ อิเลก็ โตรไลตกิ ตัวเก็บประจุชนิดอิเล็กโตรไลติก เป็นตัวเก็บประจุที่โครงสร้างประกอบด้วยแผ่นอะลูมิเนียม บางทาเป็นแผ่นโลหะเก็บประจุไฟฟ้า มีขั้วไฟฟ้าบวก (+) ลบ (–) กากับไว้ที่ตัวเก็บประจุคงท่ีตายตัว ใช้ แผ่นกระดาษจุ่มอยู่ในสารอิเล็กโตรไลต์ (Electrolyte) ให้เปียกชุ่ม ทาเป็นฉนวนค่ันกลาง นาทั้งหมดม้วนเข้า ด้วยกันให้เป็นทรงกระบอก และบรรจุลงในกระป๋องอะลูมิเนียม หรือกระป๋องโลหะ ท่ีมีสารละลายอิเล็กโตร ไลต์บรรจุอยู่ด้วย สารละลายอิเล็กโตรไลต์ท่ีนิยมใช้บรรจุ เช่น โซเดียม บอเรต (Sodium Borate) อีไทลีน กลี โคล (Ethylene glycol) หรือกรดบอริก (Boric Acid) เป็นต้น ตัวเก็บประจุชนิดอิเล็กโตรไลติก แสดงดังรูปท่ี 9.10

(ก) แบบขา (ข) แบบแปะติด SMD รูปที่ 9.10 ตวั เกบ็ ประจชุ นดิ อเิ ล็กโตรไลตกิ ขั้วของตวั เกบ็ ประจชุ นดิ อิเล็กโตรไลติก ตอนกลางตัวเก็บประจุเป็นขั้วบวก (+) ตอนนอกท่ีติด กระป๋องเป็นข้ัวลบ (–) การผลิตจะต้องทาการปิดฝาให้สนิทเพ่ือป้องกันสารละลาย อิเล็กโตรไลต์รั่วไหลออกมา ระหวา่ งการผลิตต้องป้อนแรงดนั ไฟตรงใหข้ ้วั ท้ังสองของตวั เก็บประจุ เพ่ือให้เกิดปฏิกิริยาอิเล็กโตรไลซิส เกิดการ แยกตัวทางไฟฟ้าข้ึนมา ด้านข้ัวบวกของตัวเก็บประจุเกิดฟิล์มอะลูมิเนียมออกไซด์ (Aluminum Oxide) ขึ้นรอบ แผ่นอะลูมิเนียมแผ่นบวก เป็นฉนวนบางค่ันระหว่างแผ่นอะลูมิเนียมข้ัวบวก ให้แยกออกจากข้ัวลบของตัวเก็บ ประจุ เน่อื งจากฟลิ ม์ ของแผน่ อะลมู ิเนียมมีขนาดบางมาก ทาให้สามารถสร้างตัวเก็บประจุชนิดน้ีให้มีค่าความจุ สูงข้ึนได้ จึงสามารถผลิตค่าความจุมาใช้งานได้โดยมีขนาดตัวเก็บประจุที่เล็กลง ตัวเก็บประจุชนิดน้ีสามารถ สร้างให้มีค่าความจุได้หลากหลายค่า ต้ังแต่ค่าความจุต่าไปถึงค่าความจุสูงๆ ถูกนาไป ใช้งานในวงจรต่างๆ มากมาย เนอ่ื งจากตวั เก็บประจุชนิดน้ีมขี ้ัวกากับไว้ตายตัว การนาไปใช้งานกับแรงดันไฟตรงจาเป็นต้อง ต่อใช้งานกับแหล่งจ่ายแรงดันไฟตรงให้ถูกต้องตามขั้วตัวเก็บประจุ หากต่อผิดขั้วตัวเก็บประจุชนิดน้ีจะหมดค่า ความจุทันที ยังทาให้เกิดความรอ้ นสูงภายในตัวเก็บประจุ ส่งผลให้เกิดก๊าซจานวนมากดันออกมาภายนอก ตัวเก็บ ประจุเกิดการระเบิด นอกจากนั้นตัวเก็บประจุชนิดน้ียังมีค่ากระแสรั่วไหล (Leakage Current) สูง การใช้งาน จะตอ้ งใชด้ ว้ ยความระมัดระวงั 9.3.6 ตวั เก็บประจชุ นดิ แทนทาลัม ตวั เก็บประจุชนดิ แทนทาลมั ก็คือตัวเก็บประจุชนิดอิเล็กโตรไลติกนั่นเอง ที่ถูกพัฒนาข้ึนมาใช้ งาน เพื่อแก้ข้อเสียของตัวเก็บประจุชนิดอิเล็กโตรไลติก ท่ีใช้สารอิเล็กโตรไลต์เป็นชนิดน้า มาใช้สารอิเล็กโตร ไลต์เป็นของแข็งแทน และทาให้ตัวเก็บประจุมีขนาดท่ีเล็กลงแต่มีค่าความจุสูงมากข้ึน โครงสร้างของตัวเก็บ ประจุชนิดแทนทาลัม ประกอบด้วยแผ่นโลหะบางของแทนทาลัม เคลือบแผ่นโลหะแทนทาลัมด้วยฉนวนท่ีมี คา่ คงตัวไดอิเล็กตริกสงู เชน่ พวกสนมิ แทนทาลัม (Tantalum Oxide) และเคลือบด้วยสารอิเล็กโตรไลต์ ทามาจาก โพลีเมอร์สารก่ึงตัวนา (Semiconducting Polymer) เพ่ือคั่นกลางแผ่นโลหะแทนทาลัมอีกช้ัน ขาลวดตัวนาถูกต่อ ออกมาจากแผ่นโลหะแทนทาลัม ผิวด้านนอกสุดของตัวเก็บประจุถูกเคลือบด้วยสารประเภทพลาสติก ตัวเก็บ ประจุชนิดแทนทาลมั แสดงดังรูปที่ 9.11

(ก) แบบขา (ข) แบบแปะตดิ SMD รปู ที่ 9.11 ตัวเกบ็ ประจุแทนทาลมั ตัวเก็บประจุชนิดแทนทาลัม นิยมนาไปใช้งานประเภทวงจรกรองความถี่ต่า วงจรส่งผ่าน สัญญาณ เป็นตัวเก็บประจุท่ีไม่ไวต่ออุณหภูมิ และมีค่าคุณสมบัติระหว่างค่าความจุต่ออุณหภูมิต่ากว่าตัวเก็บ ประจุชนิดอิเล็กทรอไลติกแบบอ่ืน งานทไ่ี ม่เหมาะกับการนาตัวเก็บประจุชนิดแทนทาลัมไปใช้งาน ได้แก่ วงจร ตั้งเวลาท่ีใช้ RC ระบบกระตุ้นการทางาน และวงจรเล่ือนเฟสสัญญาณ เนื่องจากตัวเก็บประจุชนิดนี้มีคุณสมบัติ ของสารไดอิเล็กตริกไวต่อการดูดกลืนประจุไฟฟ้าสูง ซ่ึงเม่ือตัวเก็บประจุถูกคายประจุออกมาหมดจนเป็นศูนย์ แล้วก็ตาม ฉนวนยังคงมีประจุไฟฟา้ หลงเหลืออยู่ ทาให้การกาหนดเวลาของการทางานมคี วามไมแ่ นน่ อน ขอ้ ดีของตัวเก็บประจุชนิดแทนทาลัม คือ มีค่าความจุสูงในขนาดเล็กลง ขณะนาไปใช้งานไม่ เกิดกระแสร่วั ไหล ทนต่ออณุ หภูมิและความชน้ื ไดด้ ี มคี วามทนทานในการใชง้ าน ขอ้ เสยี ของตัวเก็บประจชุ นิดแทนทาลัม คือ มอี ัตราทนแรงดนั ต่า 9.4 ตวั เก็บประจแุ บบเปลี่ยนแปลงค่าได้ ตัวเก็บประจุแบบเปลีย่ นแปลงค่าได้ เป็นตัวเก็บประจุท่ีค่าความจุสามารถปรับเปลี่ยนค่าให้เพ่ิมข้ึนหรือ ลดลงได้ โครงสร้างตัวเก็บประจุชนิดนี้ประกอบด้วยแผ่นโลหะวางซ้อนกันแบ่งออก เป็น 2 ชุด ชุดแผ่นโลหะ คงท่ี (Stator Plate) แผ่นโลหะถูกยึดติดคงที่ตายตัว และชุดแผ่นโลหะเคลื่อนที่ (Rotor Plate) แผ่นโลหะชุดน้ีถูก ยึดบนแกนที่สามารถปรับหมุนเคล่ือนท่ีได้ โดยใช้ฉนวนคั่นกลางแผ่นโลหะทั้ง 2 ชุดไว้ ฉนวนท่ีใช้แตกต่างกัน หลายชนดิ เช่น อากาศ แผ่นไมกา้ หรอื แผน่ พลาสติก เปน็ ตน้ ตัวเก็บประจแุ บบเปล่ียนแปลงคา่ ได้ แสดงดังรูปท่ี 9.12

แบบแกนอากาศ แบบแกนพลาสติก (ก) โครงสรา้ ง (ข) สญั ลกั ษณ์ รูปที่ 9.12 ตวั เกบ็ ประจุแบบเปล่ยี นแปลงค่าได้ ค่าความจุของตัวเก็บประจุแบบนี้ ข้ึนอยู่กับการปรับหมุนชุดโลหะเคล่ือนที่ ถ้าชุดโลหะเคล่ือนที่ ซ้อนทบั ชุดโลหะคงท่ที ้งั หมด ตัวเก็บประจุจะมคี ่าความจุสูงสุด เม่ือค่อยๆ ปรับแกนปรับหมุนให้ชุดโลหะเคล่ือนท่ี เคลื่อนหา่ งออกจากชดุ โลหะคงท่ี ค่าความจขุ องตัวเกบ็ ประจุจะคอ่ ยๆ ลดลง และเมื่อชุดโลหะเคลื่อนท่ีแยกออก จากชดุ โลหะคงที่หมด คา่ ความจุของตัวเก็บประจุจะมีค่าต่าสุด ตัวเก็บประจุแบบน้ีนิยมเรียกว่า ตัวเก็บประจุวาริ เอเบิล (Variable Capacitor) การใช้งานจะถูกใช้ในย่านความถี่สูง เช่น วงจร LC ปรับหาคลื่นสถานีวิทยุ สถานีโทรทัศน์ และสถานีส่ือสารย่านอ่ืนๆ เป็นต้น ลักษณะตัวเก็บประจุแบบนี้อาจมีชุด (Gang) ปรับเปลี่ยน คา่ ชดุ เดียว หรอื มีชดุ ปรับเปลยี่ นค่าหลายชุดภายในตัวเก็บประจุตัวเดียว ชุดตัวเก็บประจุแบบเปล่ียนแปลงค่าได้ แบบตา่ งๆ แสดงดังรูปท่ี 9.13 โครงสร้าง สญั ลกั ษณ์ โครงสร้าง สัญลักษณ์ (ก) แบบ 1 ชดุ (ข) แบบ 2 ชุด รปู ท่ี 9.13 ชดุ ตัวเกบ็ ประจุแบบเปลย่ี นแปลงค่าไดแ้ บบชดุ เดยี ว และสองชดุ

ตวั เกบ็ ประจุแบบเปลีย่ นแปลงค่าได้ นอกจากเป็นแบบวาริเอเบิลแลว้ ยงั มีตัวเก็บประจุแบบเปลี่ยนแปลง ค่าได้อีกลักษณะหน่ึงท่ีมีขนาดเล็กลง มีค่าความจุต่าๆ มีแผ่นโลหะคงที่และแผ่นโลหะเคลื่อนท่ีประกอบร่วมกัน อย่างน้อยอย่างละ 1 แผ่น หรือมากกว่า นิยมเรียกว่า ตัวเก็บประจุ ทริมเมอร์ (Trimmer Capacitor) ฉนวนท่ีใช้ คนั่ กลางแผน่ โลหะใชแ้ ผน่ ไมก้า หรือแผ่นพลาสติก ตัวเกบ็ ประจทุ ริมเมอร์ แสดงดงั รปู ที่ 9.14 (ก) โครงสรา้ ง (ข) สัญลักษณ์ รูปที่ 9.14 ตัวเกบ็ ประจทุ รมิ เมอร์ 9.5 หนว่ ยความจุและค่าทนแรงดนั ตวั เกบ็ ประจทุ ผี่ ลิตออกมาใช้งานมีหลายแบบ หลายขนาด นาไปใช้งานแตกต่างกันหลายหน้าท่ี และใช้ใน วงจรท่ีมีคา่ แรงดันแตกต่างกันไป เนื่องจากตัวเก็บประจุทาหน้าที่เก็บประจุแรงดันไว้ภายในตัว การจะเก็บประจุให้ ได้ค่าตามกาหนดมากน้อยแตกต่างกัน จาเป็นต้องเลือกค่าใช้งานท่ีแตกต่างกัน เพื่อให้ได้ค่าท่ีถูกต้องเหมาะสม ส่ิง สาคัญที่จะนาตัวเก็บประจุมาใช้งาน จะต้องทราบค่าท่ีแสดงไว้บนตัวเก็บประจุตามความต้องการ ค่าสาคัญท่ีถูก กากับไว้ข้างตัวถังตัวเก็บประจุมีอย่างน้อย 2 ค่า ได้แก่ ค่าความจุของตัวเก็บประจุ และค่าทนแรงดันใช้งานได้ ของตวั เก็บประจุ นอกจากนัน้ ยงั อาจบอกค่าความผิดพลาดของตัวเก็บประจุ รวมถึงบอกค่าย่านอุณหภูมิที่ทางาน ได้ไว้ด้วย ค่าความจุและค่าทนแรงดันหากใช้ไม่เหมาะสมต่อการทางาน จะส่งผลต่อการทางานที่ไม่ถูกต้อง หรือทาให้ตัวเก็บประจุชารุดเสียหายได้ รวมถึงส่งผลต่อการทางานของเครื่องมือ เคร่ืองใช้ และอุปกรณ์ท่ี เกยี่ วข้องเกิดความผดิ ปกติ หรืออาจชารุดเสยี หายได้ 9.5.1 หนว่ ยความจตุ ัวเกบ็ ประจุ ตัวเก็บประจุที่ผลิตมาใช้งานมีมากมาย ค่าความจุท่ีผลิตขึ้นมาใช้งานแตกต่างกันไป ต้ังแต่ค่า ตา่ ไปถงึ ค่าสงู ความจุของตัวเก็บประจุตามปกติมหี น่วยเป็นฟารัด (Farad ; F) ซ่งึ เป็นหน่วยท่ีใหญ่เกินไป เพราะ ค่าความจุที่ผลิตออกมาใช้งานมีค่าต่ากว่าฟารัด จึงจาเป็นต้องแตกหน่วยค่าความจุออกให้เป็นหน่วยเล็กลง แบ่ง ออกเป็น หน่วยไมโครฟารัด (Microfarad ; F) นาโนฟารัด (Nanofarad ; nF) และ พิโคฟารัด (Picofarad ; pF) หน่วยใช้งานทงั้ หมด เขียนค่าความสัมพนั ธ์กันไดด้ งั น้ี

1 ฟารัด (F) = 1,000,000 ไมโครฟารัด (F) = 1 x 106 F = 1,000,000,000 นาโนฟารัด (nF) = 1 x 109 nF = 1,000,000,000,000 พโิ คฟารัด (pF) = 1 x 1012 pF 1 ไมโครฟารดั (F) = 1 x 10-6 F = 1 x 103 nF = 1 x 106 pF 1 นาโนฟารัด (nF) = 1 x 10-9 F = 1 x 10-3 F = 1 x 103 pF 1 พโิ คฟารดั (pF) = 1 x 10-12 F = 1 x 10-6 F = 1 x 10-3 nF ตัวอยา่ งที่ 9.1 จงแปลงหน่วยคา่ ความจตุ ่อไปน้ใี หถ้ กู ต้อง (ก) 47,000 nF ให้เปน็ หน่วย F (ข) 330,000 pF ใหเ้ ปน็ หน่วย nF ให้เป็นหน่วย F (ค) 6.8 x 10-9 F ใหเ้ ปน็ หน่วย pF (ง) 22 x 10-5 F (จ) 0.15 F ใหเ้ ป็นหน่วย nF วธิ ที า (ก) 47,000 nF = 47,000 x 1 F = 47 F 1,000 1 (ข) 330,000 pF = 330,000 x 1,000 nF = 330 nF (ค) 6.8 x 10-9 F = 6.8 x 10-9 x 1012 pF = 6.8 x 103 pF = 6,800 pF (ง) 22 x 10-5 F = 22 x 10-5 x 106 F = 220 F (จ) 0.15 F = 0.15 x 1,000 nF = 150 nF ตอบ 9.5.2 ค่าทนแรงดันตัวเก็บประจุ ค่าทนแรงดันของตัวเก็บประจุ เป็นส่วนท่ีสาคัญอีกค่าหนึ่งของตัวเก็บประจุ ช่วยบอกถึงค่าการ ทนแรงดันของตัวเก็บประจุตัวน้ันว่าทนได้มากน้อยเท่าไร การนาตัวเก็บประจุไปใช้งานจาเป็นต้องคานึงถึงค่า ความสามารถในการทนแรงดันของตัวเก็บประจุตัวนั้น เพราะค่าแรงดันที่แสดงไว้ เป็นการแสดงให้ทราบว่าตัว เกบ็ ประจุตัวน้ัน สามารถนาไปใช้กับแรงดันได้มากท่ีสุดเท่าไร แรงดันที่จ่ายมาให้ตัวเก็บประจุ จะต้องมีค่าไม่ เกินกว่าค่าทนแรงดันท่ีแสดงไว้ หากค่า แรงดันท่ีป้อนให้มากเกินกว่าค่าทนแรงดันที่แสดงไว้ ตัวเก็บประจุตัว นน้ั จะชารุดเสยี หายทนั ที หมดสภาพการเป็นตวั เก็บประจุ การแสดงค่าทนแรงดันของตัวเก็บประจุจะบอกหน่วยไว้เป็นโวลต์ (V) ถูกแสดงค่าแรงดันไว้ ในลักษณะแตกต่างกันไป เช่น แสดงค่าแรงดันไฟตรง (DC Voltage ; VDC) แสดงค่าแรงดันทางาน (Working Voltage ; WV) หรือแสดงค่าแรงดันทดสอบ (Testing Voltage ; TV) เป็นต้น ค่าเหล่านี้เป็นค่าทนแรงดันสูงสุด ของตัวเก็บประจุตัวน้ัน การเลือกตัวเก็บประจุมาใช้งาน ต้องเลือกค่าทนแรงดันของตัวเก็บประจุให้มากกว่าค่า แรงดันท่ีใช้งานจรงิ เสมอ ไม่ควรน้อยกว่า 40 % เช่น นาตัวเก็บประจุไปใช้งานกับแรงดัน 6 VDC ควรเลือกตัวเก็บ ประจุทนแรงดันได้ไม่น้อยกว่า 10 VDC มาใช้งาน เพ่ือความปลอดภัยของตัวเก็บประจุ และส่งผลต่อความ ทนทานในการใช้งานมากขน้ึ

กรณีที่ค่าทนแรงดันของตัวเก็บประจุบอกค่าไว้เป็นแรงดันไฟตรง (VDC) เม่ือนา ไปใช้งานกับ แรงดันไฟสลับ (VAC) จะต้องเพิ่มค่าทนแรงดันให้มากข้ึนอย่างน้อย 50 % เช่น นาตัวเก็บประจุไปใช้งานกับ แรงดันไฟสลับ 100 VAC ควรเลือกตัวเก็บประจุทนแรงดันไฟตรงได้ไม่น้อยกว่า 200 VDC มาใช้งาน เพราะ แรงดันไฟสลับท่ี 100 VAC จะมีค่าแรงดันไฟสลับสูงสุดที่จ่ายเข้ามาถึง 141 VAC ดังน้ันการเลือกค่าทนแรงดันของ ตัวเก็บประจุมาใช้งานมีส่วนสาคัญต่อการทางานของวงจร ซึ่งจะส่งผลต่อการทางานท่ีถูกต้อง และทาให้วงจรมี ความทนทานในการทางานมากขึน้ 9.6 การอ่านค่าความจตุ วั เก็บประจุ ตัวเก็บประจุที่ผลิตมาใช้งานแต่ละตัวมีคุณสมบัติในการทางานแตกต่างกัน ทั้งค่าความจุ ค่าทนแรงดัน และค่าความผดิ พลาดของความจุ จึงจาเป็นตอ้ งแสดงค่าเหล่านี้กากับไว้ที่ตัวถัง เพ่ือให้ผู้ใช้งานสามารถเลือกใช้ งานไดถ้ กู ตอ้ ง เหมาะสม การบอกค่าเหล่าน้ีสามารถบอกค่าได้หลายรูปแบบ เช่น บอกค่าออกมาโดยตรง และ บอกคา่ ในรูปรหัสตวั เลขตัวอักษร เป็นตน้ 9.6.1 บอกค่าออกมาโดยตรง ตัวเกบ็ ประจทุ ีบ่ อกคา่ ออกมาโดยตรง จะพิมพค์ ่าความจอุ า่ นไดโ้ ดยตรงค่านั้นไว้ท่ีตัวถังตัวเก็บ ประจุ ค่าความจุท่ีบอกไว้นิยมบอกค่าในหน่วย พิโคฟารัด (pF) และไมโครฟารัด (F) ซึ่งจะมีหน่วยกากับไว้ หรือไม่มีก็ได้ ขึ้นอยู่กับพ้ืนท่ีไว้บอกค่าของตัวเก็บประจุแต่ละตัว ตัวเก็บประจุขนาดเล็กท่ีมีค่าความจุต่าๆ ไม่ นิยมแสดงหน่วยไว้ การจะทราบว่าตัวเก็บประจุขนาดเล็ก เช่น ชนิดเซรามิก หรือชนิดฟิล์มพลาสติกต่างๆ นิยมบอกค่าไว้ในหน่วย pF หรือ F ให้สังเกตจากตัวเลขที่บอกไว้ ถ้าตัวเลขท่ีบอกไว้มีค่าตั้งแต่เลข 1 ข้ึนไป เช่น 1, 1.2, 3.3, 10, 18, 33, 56, 120 และ 680 เป็นต้น จะมีหน่วยเป็น pF และถ้าตัวเลขที่บอกไว้มีค่าน้อยกว่าเลข 1 ลงมา เช่น 0.01, 0.022, 0.047, 0.12, 0.39, 0.68 และ 0.82 เป็นต้น จะมีหน่วยเป็น F ส่วนตัวเก็บประจุชนิดอิเล็ก โตรไลติกแบบแปะติด SMD ท่ีมีขนาดเล็ก นิยมบอกค่าไม่บอกหน่วยไว้เช่นกัน ปกติบอกค่าไว้ในหน่วย F เพราะมคี ่าความจุสูง การอา่ นคา่ ตอ้ งพิจารณาให้รอบคอบ เปอร์เซ็นต์ค่าผิดพลาดของความจุ นิยมบอกค่าไว้เป็น 2 แบบ คือ แบบบอกค่าเป็นเปอร์เซ็นต์ ผิดพลาดโดยตรง เช่น  1%,  2%,  10% และ  20% เป็นต้น อีกแบบหน่ึงบอกค่าเป็นตัวอักษรภาษาอังกฤษ เชน่ A, B, C, D, E, F, G, J, L และ M เป็นต้น ตัวอักษรแตล่ ะตัวมีคา่ ความผิดพลาดแสดงดงั ตารางท่ี 9.2

ตารางที่ 9.2 ตัวอกั ษรแสดงค่าเปอรเ์ ซ็นตค์ วามผิดพลาดของความจุ ตวั อักษร ค่าความผิดพลาด (%) ตัวอกั ษร คา่ ความผิดพลาด (%) A  0.05 pF H  3% B  1 pF J  5% C  0.25 pF K  10% D  0.5 pF L  15% E  0.5% M  20% F  1% N  30% G  2% Z –20 ถงึ +80% ตวั อย่างที่ 9.2 จงอ่านคา่ ความจขุ องตัวเก็บประจุทีบ่ อกค่าไว้โดยตรงตามคา่ ต่อไปนี้ = ความจุ 0.1 F ทนแรงดนั ได้ 63 VDC = ทนแรงดันได้ 450 V ความจุ 470 F = ทนแรงดนั ได้ 3 kV ความจุ 470 pF คา่ ผิดพลาด K =  10% = ความจุ 10 F ทนแรงดันได้ 35 V = ความจุ 0.33 F ทนแรงดันได้ 250 VAC ย่านอุณหภูมิท่ีทางานได้ -40 ถึง +110o C = ความจุ 0.5 F ค่าผิดพลาด =  5% ทนแรงดันได้ 450 VAC ใช้ กบั ความถี่ 50 / 60 เฮริ ตซ์ (Hz)

9.6.2 บอกคา่ ในรปู รหสั ตวั เลขตวั อักษร ตัวเก็บประจุบางแบบตัวเลขและตัวอักษรท่ีกากับไว้บนตัวเก็บประจุ บอกค่าไว้ในรูปรหัส ไม่ สามารถอ่านคา่ ออกมาได้โดยตรง การอ่านคา่ จาเปน็ ตอ้ งแปลงรหัสใหก้ ลบั มาเปน็ ค่าความจุเสียก่อน จึงสามารถ อ่านคา่ ออกมาได้ รหัสคา่ ความจมุ ักเปน็ ตัวเลข 3 ตวั เขยี นเรียงกนั ไป และอาจตามดว้ ยตัวอักษร 1 ตัว เพ่ือแสดง คา่ ความผิดพลาดของความจุ ตวั เลขที่แสดงไวต้ ้องไม่เป็นทศนิยม ไม่ขน้ึ ตน้ ดว้ ยเลขศูนย์ การอ่านค่ารหัสความจุ อ่านจากตัวเลขซ้ายมือไปขวามือ ตัวเลข 2 ตัวแรกด้าน ซ้ายอ่านค่า ออกมาได้โดยตรง ตัวเลขตัวท่ี 3 แสดงจานวนเลขศูนย์ท่ีต้องเติมเข้าไป อ่านค่าความจุออกมาเป็นหน่วย pF สว่ นตวั อักษรที่แสดงค่าไวเ้ ปน็ คา่ ความผิดพลาดของความจุ สามารถใช้ค่าในตารางที่ 9.2 มาใช้อ่านคา่ ตวั อย่างท่ี 9.3 จงอา่ นค่าความจขุ องตัวเกบ็ ประจุท่ีบอกค่าไว้ดว้ ยรหัสตามค่าตอ่ ไปนี้ 155K/250V = ความจุ 15  100,000 pF = 1,500,000 pF 1,500,000 = 250 V = 1,000,000 F = 1.5 F 2=5 K = +-10% คา่ ผิดพลาด K =  10% 1=1 5 = 00,000 ทนแรงดนั ได้ 250 V = ความจุ 10 x 10,000 pF = 100,000 pF 1 = 100,000 x 1,000 nF = 100 nF = 0.1 F = ความจุ 47  100 pF = 4,700 pF ทนแรงดนั ได้ 1 kV 2A15J = ความจุ 15 pF, ค่าผดิ พลาด J =  5% = ความจุ 20  100 pF = 2,000 pF คา่ ผิดพลาด M =  20%, ทนแรงดันได้ 12 kV

= ความจุ 10  100,000 pF = 1,000,000 pF 1,000,000 = 1,000,000 F = 1 F คา่ ผดิ พลาด K =  10%, ทนแรงดันได้ 250 V 9.7 การตอ่ ตวั เก็บประจุ การต่อตัวเก็บประจุ คือการนาตัวเก็บประจุมาต่อรวมกัน เพื่อปรับเปล่ียนค่าความจุให้ได้ตามต้องการ การตอ่ ตวั เก็บประจุแบ่งออกได้เป็น 3 แบบ คือ ต่อแบบอนุกรม ต่อแบบขนาน และต่อแบบผสม การต่อตัวเก็บ ประจุแต่ละแบบมผี ลทาให้ค่าความจผุ ลรวมท่ีได้ออกมาเกดิ การเปล่ียนแปลงไป สามารถกาหนดค่าหรือเลือกค่า ได้ตามตอ้ งการ 9.7.1 การตอ่ ตวั เก็บประจแุ บบอนุกรม การต่อตัวเก็บประจุแบบอนุกรม (Series Capacitor) เป็นการต่อตัวเก็บประจุเข้าด้วยกันแบบ เรียงลาดับต่อเน่ืองกันไป ในลักษณะท้ายของตัวเก็บประจุตัวแรกต่อเข้าหัวตัวเก็บประจุตัวที่สอง และท้ายของตัว เก็บประจุตัวที่สองต่อเข้าหัวตัวเก็บประจุตัวที่สาม ต่อเช่นนี้เรื่อยไป การต่อวงจรตัวเก็บประจุแบบอนุกรม แสดง ดังรปู ท่ี 9.15 C1 C2 C3 C4 C1 C2 C3 C4 (ก) รปู วงจร (ข) สัญลกั ษณว์ งจร รูปท่ี 9.15 การตอ่ ตัวเกบ็ ประจุแบบอนุกรม การต่อตัวเก็บประจุแบบนี้ ทาให้ค่าความจุรวมของวงจรลดลง ได้ค่าความจุรวมในวงจรน้อยกว่าค่า ความจุของตวั เก็บประจุตวั ทีม่ คี ่าน้อยที่สุดในวงจร การตอ่ ตวั เกบ็ ประจุแบบอนุกรม เขียนสมการไดด้ ังนี้ 1 = 1 + 1 + 1 + 1 + .... .....(9-1) CT C1 C2 C3 C4 เมอื่ CT = ความจรุ วมของวงจร หน่วย F C1, C2, C3, C4 = ความจุของตัวเกบ็ ประจุตัวที่ 1, 2, 3 และ 4 ตามลาดบั หนว่ ย F

ตวั อยา่ งท่ี 9.4 จงหาค่าความจุรวมของวงจรตามรปู ท่ี 9.16 C1 C2 C3 วธิ ที า 10F 12F 15F จากสตู ร 1 = 1 + 1 + 1 CT C1 C2 C3 1 1 1 1 รูปท่ี 9.16 วงจรตัวเกบ็ ประจุแบบอนกุ รม แทนคา่ CT = 10F + 12F + 15F 1 = 18 + 15 + 12 = 45 180F 180F CT 180F  CT = 45 = 4 F ตอบ 9.7.2 การตอ่ ตัวเกบ็ ประจแุ บบขนาน การต่อตัวเก็บประจุแบบขนาน (Parallel Capacitor) เป็นการต่อตัวเก็บประจุแต่ละตัวใน ลักษณะคร่อมขนานร่วมกันทุกตัว มีจุดร่วมกัน 2 จุด คือจุดรวมขาแต่ละด้านของตัวเก็บประจุแต่ละตัว กรณีท่ี เป็นตัวเก็บประจุชนิดมีข้ัว ให้ต่อขั้วบวก (+) ท้ังหมดรวมเข้าด้วยกัน และต่อขั้วลบ (–) ทั้งหมดรวมเข้าด้วยกัน ลกั ษณะการต่อวงจร แสดงดงั รูปท่ี 9.17 C1 C1 C2 C2 C3 C3 C4 C4 (ก) รูปวงจร (ข) สญั ลกั ษณ์วงจร รูปที่ 9.17 การต่อตวั เกบ็ ประจุแบบขนาน การตอ่ ตัวเกบ็ ประจแุ บบนี้ ทาใหค้ ่าความจรุ วมของวงจรเพ่มิ ขึน้ ตามจานวนตัวเก็บประจุที่นามา ตอ่ เพ่ิม การหาคา่ ความจรุ วมในวงจรแบบขนาน สามารถเขยี นเปน็ สมการไดด้ ังนี้ CT = C1 + C2 + C3 + C4 + .... .....(9-2)

เมื่อ CT = ความจุรวมของวงจร หนว่ ย F C1, C2, C3, C4 = ความจขุ องตัวเกบ็ ประจุตัวท่ี 1, 2, 3 และ 4 ตามลาดับ หนว่ ย F ตัวอยา่ งท่ี 9.5 จงหาค่าความจุรวมของวงจรตามรูปท่ี 9.18 C1 = 10 F วธิ ที า C2 = 12 F C3 = 18 F จากสูตร CT = C1 + C2 + C3 แทนค่า CT = 10 F + 12 F + 18 F  CT = 40 F ตอบ รปู ที่ 9.18 วงจรตัวเก็บประจแุ บบขนาน 9.7.3 การตอ่ ตวั เกบ็ ประจุแบบผสม การต่อตัวเก็บประจุแบบผสม (Compound Capacitor) เป็นการต่อตัวเก็บประจุผสมรวมกัน ระหว่างการต่อแบบอนุกรมและการต่อแบบขนานอยู่ในวงจรเดียวกัน การต่อตัวเก็บประจุแบบผสมไม่มีวงจร ตายตัว สามารถเปล่ียนแปลงไปตามลักษณะการต่อวงจรท่ีต้องการ การหาค่าความจุรวมของวงจร ให้ใช้วิธีหา แบบอนุกรมและวิธีหาแบบขนานร่วมกัน โดยพิจารณาการต่อทีละส่วน ลักษณะการต่อวงจรตัวเก็บประจุแบบ ผสมลกั ษณะหนึ่ง แสดงดังรูปท่ี 9.19 C1 C2 C3 C1 C2 C3 C4 C5 C4 C5 (ก) รปู วงจร (ข) สัญลักษณว์ งจร รปู ที่ 9.19 การต่อตวั เก็บประจุแบบผสม

ตวั อยา่ งท่ี 9.6 จงหาคา่ ความจุรวมของวงจรตามรูปที่ 9.20 C1 = 10 F C2 = 12 F C3 = 15 F วิธีทา C4 = 12 F C5 = 12 F สตู รอนกุ รม 1 = 1 + 1 + 1 C123 C1 C2 C3 1 1 1 1 แทนค่า C123 = 10F + 12F + 15F รปู ที่ 9.20 วงจรตวั เกบ็ ประจุแบบผสม 1 = 18 + 15 + 12 = 45 C123 180F 180F 180F  C123 = 45 = 4 F สตู รอนุกรม 1 = 1 + 1 C 45 C4 C5 1 1 1 แทนคา่ C 45 = 12F + 12F 1 = 1+1 = 2 C 45 12F 12F 12F  C45 = 2 = 6 F สูตรขนาน CT = C123 + C45 แทนค่า CT = 4 F + 6 F  CT = 10 F ตอบ 9.8 บทสรุป ตัวเก็บประจุ เป็นอุปกรณ์ท่ีสามารถเก็บประจุแรงดันไว้ภายในตัวได้ โครงสร้างของตัวเก็บประจุ ประกอบด้วยแผ่นโลหะบาง 2 แผ่น วางขนานชิดกัน มีฉนวนไฟฟ้าคั่นกลาง การประจุแรงดันทาได้โดยจ่าย แหลง่ จ่ายแรงดนั ไฟตรงใหต้ วั เกบ็ ประจุ ตัวเกบ็ ประจจุ ะเก็บแรงดันไวไ้ ด้ ค่าความจุของตัวเก็บประจุเปล่ียนแปลงไปได้ ข้ึนอยู่กับส่วนประกอบ 3 ส่วน คือ ระยะ ห่างของแผ่น โลหะท้ังสอง ขนาดพื้นท่ีผิวของแผ่นโลหะ และชนิดของวัสดุท่ีใช้ทาฉนวนคั่นกลางแผ่นโลหะ ทาให้ตัวเก็บ ประจทุ ่ีผลติ ข้ึนมาใชง้ านมีค่าความจุแตกตา่ งกันไป ชนิดตัวเก็บประจุ แบ่งตามลักษณะการใช้งานมี 2 แบบ คือ แบบค่าคงท่ีแบ่งตามฉนวนท่ีใช้ผลิต เช่น ชนิดกระดาษ ชนิดเซรามิก ชนิดไมก้า ชนิดพลาสติก ชนิดอิเล็กโตรไลติก และชนิดแทนทาลัม เป็นต้น และ แบบปรบั คา่ ได้ เชน่ ชนดิ วาริเอเบิล และชนดิ ทรมิ เมอร์ เป็นต้น