ตัวเก็บประจุ

งานไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์เบื้องต้น หน่วยที่ 5 ตัวเก็บประจุ พ ร ชั ย ศ รี วิ จ า ร ณ์ ไฟฟ้ากำลัง วิทยาลัยเทคนิคชุมพร

แผนการจดั การเรยี นรมู้ งุ้ เน้นสมรรถนะ หนว่ ยท่ี 5 สอนคร้ังที่ 6 ชอื่ หน่วย จำนวน 4 ชว่ั โมง ตวั เกบ็ ประจุ 1. หัวขอ้ เร่อื ง 5.1 ชนิดของตัวเกบ็ ประจุ 5.2 การอา่ นคา่ ตัวเก็บประจุ 5.3 การวัดคา่ ตัวเก็บประจุ 2. สาระสำคญั ตัวเก็บประจุไฟฟ้า เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการเก็บประจุไฟฟ้าและสามารถคายประจุได้ นิยมนำมา ประกอบในวงจรทางด้านไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป ตัวอย่างเช่น วงจรกรองกระแส วงจรผ่านสัญญาณ วงจร สตาร์ทเตอร์ วงจรถ่ายทอดสัญญาณ เป็นต้น ตัวเก็บประจุแบ่งออกเป็น 3 ชนิดคือ แบบค่าคงที่ แบบ เปลี่ยนแปลงค่าได้และแบบเลือกค่าได้ ตัวเก็บประจุเรียกอีกอย่างหนึ่งว่าคอนเดนเซอร์ หรือเรียกย่อว่า ตัวซี หน่วยของตัวเก็บประจคุ ือ ฟารดั 3. สมรรถนะหลกั (สมรรถนะประจำหน่วย) แสดงความรู้เกี่ยวกับตัวเก็บประจุ 4. สมรรถนะยอ่ ย (สมรรถนะการเรยี นรู้) สมรรถนะทว่ั ไป (ทฤษฎ)ี 1. แสดงความรูเ้ ก่ยี วกบั ชนดิ ของตวั เก็บประจุ สมรรถนะทพ่ี งึ ประสงค์ (ทฤษฎ)ี เม่อื ผเู้ รียนได้ศึกษาเนื้อหาในบทนี้แล้ว ผเู้ รียนสามารถ 1. บอกชนดิ ของตัวเกบ็ ประจุได้ถูกต้อง สมรรถนะทัว่ ไป (ปฏบิ ตั )ิ 1. แสดงทักษะการอา่ นตัวเกบ็ ประจุ 2. แสดงทักษะการวัดค่าตวั เกบ็ ประจุ สมรรถนะทพ่ี ึงประสงค์ (ปฏบิ ตั ิ) เมอื่ ผู้เรียนได้ฝกึ ปฏบิ ัตใิ นบทนี้แล้ว ผเู้ รียนจะมที ักษะ 1. อ่านค่าตัวเกบ็ ประจุได้ถกู ต้อง 2. วดั ค่าตวั เกบ็ ประจุได้ถกู ต้อง

แผนการจัดการเรยี นร้มู ุ้งเนน้ สมรรถนะ หน่วยที่ 5 สอนครงั้ ท่ี 7 ชอ่ื หน่วย จำนวน 4 ช่วั โมง ตัวเก็บประจุ 5. กิจกรรมการเรียนการสอน ในการจดั การเรยี นการสอนรายวิชางานไฟฟ้าและอเิ ล็กทรอนิกส์เบื้องต้น ได้กำหนดกิจกรรมการ เรยี นการสอนใหผ้ เู้ รยี นไดเ้ กิดการเรยี นรู้โดยใช้กระบวนการจัดการเรยี นการสอนแบบ MIAP และใช้เทคนคิ การ จัดการเรียนรู้แบบ Active Learning แบบการเรียนรแู้ บบร่วมมอื (Collaborative learning group) โดยมี ขัน้ ตอนการจัดกจิ กรรมการเรียนการสอน ดังนี้ กิจกรรมการเรยี นการสอน (สอนครง้ั ท่ี 6 ) เวลา 4 ชวั่ โมง/สัปดาห์ 1. ครูผูส้ อนชแ้ี จงรายละเอียดเก่ียวกับ ชือ่ หนว่ ยการเรียนรู้/หัวขอ้ การเรียนรู้ สมรรถนะการเรยี นรู้ ประจำหนว่ ย การวัดและประเมินผลการเรียน คณุ ลักษณะอนั พงึ ประสงค์ และข้อตกลงในการ จดั การเรยี นการสอน 2. ครผู ูส้ อนแสดงตวั อย่างเก่ียวกับตัวเก็บประจุ 3. ครูผสู้ อนถ่ายทอดความรู้ ในหน่วยที่ 5 เรื่องตัวเกบ็ ประจุ 4. ครูผู้สอนแสดงใบงานการอา่ นและการวัดค่าตวั เก็บประจุพร้อมอธบิ ายขน้ั ตอนการปฏบิ ัติตามใบงาน 5. ครผู สู้ อนใหผ้ เู้ รยี นแบ่งกลมุ่ และปฏบิ ตั ติ ามข้ันตอนใบงานตัวเก็บประจุ 6. ครูผู้สอนประเมนิ ผลการปฏบิ ัตงิ านของผู้เรยี น และให้ผู้เรยี นช่วยกันสรุปสาระสำคญั ของเร่ืองท่ี เรยี นประจำสปั ดาห์ ครเู น้นย้ำใหผ้ เู้ รียนตระหนกั ถึงหลกั ปรัชญาเศรษฐกจิ พอเพยี งในส่วนของความ รับผิดชอบในด้านการเรียน ตระหนักถึงความมีวินยั ตรงต่อเวลา และมีจิตอาสาในการปฏิบัตงิ าน รว่ มกนั ในการทำงานในเร่ืองตัวเกบ็ ประจุ

แผนการจดั การเรยี นรูม้ ุ้งเนน้ สมรรถนะ หน่วยที่ 5 สอนครงั้ ท่ี 6 ช่ือหน่วย ชั่วโมงรวม 4 ชัว่ โมง ตัวเก็บประจุ 6. สื่อการสอน 1. เอกสารประกอบการสอน 2. เอกสารประกอบการเรยี น 3. สื่อนำเสนอ Power Point 7. งานทมี่ อบหมาย /กจิ กรรม ให้นักเรยี นทำแบบฝึกหัดเสริมทกั ษะ ทา้ ยหนว่ ยการเรียนท่ี 5 8. การวัดและประเมินผล วธิ ีการ เครื่องมอื เกณฑ์ วัดผล/ประเมนิ ผล -ทำแบบฝึกหดั เสริม -ผา่ นเกณฑร์ ้อยละ 60 ทกั ษะทา้ ยหนว่ ย -แบบฝึกหัดเสรมิ ทักษะ สมรรถนะท่ีพงึ ประสงค์ -ปฏบิ ตั ติ ามใบงาน ท้ายหนว่ ย -ผา่ นเกณฑ์ร้อยละ 80 -แบบประเมนิ ผลการ 2.คุณลกั ษณะอนั พึง -ประเมนิ คุณลักษณะอนั ปฏิบตั งิ าน ประสงค์ พึงประสงค์ -แบบประเมิน คณุ ลกั ษณะอันพงึ ประสงค์

ตวั เก็บประจุ เนื้อหาสาระการสอน/การเรียนรู้ 5.1 โครงสร้างตวั เกบ็ ประจุ ตวั เก็บประจุ หรือคาปาซิเตอร์ (Capacitor ; C) เป็ นอุปกรณ์ท่ีถูกนาไปใชง้ านทางด้านไฟฟ้าและ อิเล็กทรอนิกส์ อยา่ งกวา้ งขวางกบั อุปกรณ์ เครื่องมือ เคร่ืองใช้ และในระบบงานต่างๆ ที่เกี่ยวขอ้ งกบั ไฟฟ้า ตวั เก็บประจุเป็ นอุปกรณ์ที่สามารถเก็บประจุไฟฟ้าและศกั ยไ์ ฟฟ้าไวภ้ ายในตวั ได้ โดยอาศยั คุณสมบตั ิของ ประจุไฟฟ้าและศกั ยไ์ ฟฟ้าท่ีมีค่าต่างกนั จะดูดกนั มาใชง้ าน การทดสอบการเก็บประจุของตวั เก็บประจุ โดยนาแผ่นโลหะบาง 2 แผ่นมาวางประกบติดกนั มี ฉนวนคน่ั กลาง จ่ายศกั ยไ์ ฟฟ้าท่ีต่างกนั ให้แผน่ โลหะท้งั สอง จะทาให้เกิดเส้นแรงไฟฟ้าว่ิงเคล่ือนที่ดึงดูดกนั จากศกั ยไ์ ฟฟ้าท่ีแผน่ โลหะท้งั สอง การดึงดูดของศกั ยไ์ ฟฟ้าจากแผน่ โลหะท้งั สองเกิดอยา่ งต่อเนื่อง ถึงแมง้ ด จ่ายศกั ยไ์ ฟฟ้าใหแ้ ผ่นโลหะท้งั สองแลว้ ก็ตาม คุณสมบตั ิดงั กล่าว จึงเรียกแผน่ โลหะท้งั 2 แผน่ ที่อยูใ่ กลก้ นั น้ี วา่ ตวั เกบ็ ประจุ การเกบ็ ประจุไฟฟ้าของตวั เก็บประจุ แสดงดงั รูปท่ี 5.1 - (-) -+-+ + + + + -- ------ --------- - ---- ++++++ ++++++++++++ (ก) ก่อนการประจุ (+) + (ข) หลงั การประจุ รูปท่ี 5.1 การเกบ็ ประจุไฟฟ้าของตวั เกบ็ ประจุ โครงสร้างของตัวเก็บประจุประกอบด้วยแผ่นโลหะตัวนาบางสองแผ่น ถูกเรียกว่าแผ่นตัวนา (Conductive Plate) วางขนานชิดกัน มีฉนวนไฟฟ้า (Dielectric) วางค่ันกลางแผ่นโลหะตัวนาบางท้งั สอง ทางดา้ นนอกของแผ่นโลหะตวั นาบางท้งั สองมีลวดตวั นาเช่ือมต่อไวแ้ ผ่นละเส้น ใชเ้ ป็ นขาต่อออกภายนอก เพื่อต่อตวั เกบ็ ประจุไปใชง้ าน ลกั ษณะโครงสร้างและสัญลกั ษณ์ของตวั เก็บประจุ แสดงดงั รูปที่ 5.2

ตวั เกบ็ ประจุ ++ ชนิดไมม่ ีข้วั ชนิดมีข้วั (ก) โครงสร้าง (ข) สัญลกั ษณ์ รูปที่ 5.2 โครงสร้างและสญั ลกั ษณ์ของตวั เก็บประจุ ตวั เก็บประจุจะมีการทางานอยู่ 2 สภาวะ คือ สภาวะประจุ (Charge) เป็นสภาวะท่ีตวั เก็บประจุทา การประจุแรงดนั และศกั ยไ์ ฟฟ้าเก็บไวภ้ ายในตวั ในขณะที่จ่ายแรงดนั ให้กบั ตวั เก็บประจุ และสภาวะคาย ประจุ (Discharge) เป็นสภาวะที่ตวั เก็บประจุทาการคายประจุแรงดนั และศกั ยไ์ ฟฟ้าที่เก็บไวอ้ อกมา เมื่อทา การลดั วงจรขาตวั เก็บประจุเขา้ ดว้ ยกนั หรือตอ่ เขา้ ภาระตา่ งๆ 5.2 ค่าความจุของตวั เกบ็ ประจุ คา่ ความจุ (Capacitance) ของตวั เก็บประจุ คอื ค่าความสามารถในการเกบ็ สะสมประจุไฟฟ้าไวใ้ นตวั เก็บประจุได้น้อยหรือมาก ตวั เก็บประจุจึงถูกบอกค่าไวใ้ นรูปค่าความจุ ตวั เก็บประจุมีค่าความจุน้อย จะ สามารถเก็บประจุไวภ้ ายในตวั เองไดน้ อ้ ย และตวั เก็บประจุมีค่าความจุมาก จะสามารถเก็บประจุไวภ้ ายใน ตวั เองไดม้ าก ค่ าความจุ ในตัวเก็ บประจุ ข้ ึ นอยู่กับโครงสร้ าง และส่ วนประก อบที่ ใช้ผลิ ตตัวเก็ บประจุ ตัวน้ ั น โครงสร้างและส่วนประกอบที่สาคญั ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงค่าความจุของตวั เก็บประจุมี 3 ส่วน ไดแ้ ก่ ระยะห่างของแผ่นโลหะท้งั สอง ขนาดพ้ืนท่ีผิวของแผ่นโลหะ และชนิดของวสั ดุท่ีใช้ทาฉนวนคน่ั กลางแผ่น โลหะ ทาใหต้ วั เก็บประจุที่ผลิตข้ึนมาใชง้ านมีค่าความจุแตกต่างกนั ไป และสามารถผลิตข้ึนมาไดจ้ ากวสั ดุที่ ใชเ้ ป็นฉนวนหลายชนิด ลกั ษณะตวั เก็บประจุหลายชนิดและหลายขนาด แสดงดงั รูปท่ี 5.3

ตวั เกบ็ ประจุ รูปที่ 5.3 ตวั เก็บประจุหลายชนิดและหลายขนาด 5.2.1 ระยะห่างแผ่นโลหะท้งั สองแตกต่างกนั ระยะห่างของแผ่นโลหะท้งั สองแผน่ ภายในตวั เก็บประจุ มีผลต่อการกาหนดค่าความจุของ ตวั เก็บประจุได้ เพราะระยะห่างของแผ่นโลหะท้งั สองแผน่ มีผลต่ออานาจการดึงดูดประจุไฟฟ้าระหวา่ งแผ่น โลหะท้งั สอง วางแผ่นโลหะท้งั สองใกลก้ นั อานาจการดึงดูดของประจุไฟฟ้ามีค่ามาก เกิดความต่างศกั ยท์ ี่แผน่ โลหะท้งั สองมาก จะทาให้ตวั เก็บประจุมีค่าความจุมาก และเมื่อวางแผ่นโลหะท้งั สองห่างกนั อานาจการ ดึงดูดของประจุไฟฟ้านอ้ ยลง เกิดความตา่ งศกั ยท์ ี่แผน่ โลหะท้งั สองนอ้ ยลง จะทาใหต้ วั เก็บประจุมีค่าความจุ นอ้ ย ถา้ กาหนดให้ขนาดพ้ืนท่ีผิวของแผ่นโลหะในตวั เก็บประจุท้งั 2 ตวั เท่ากนั ค่าความจุของตวั เก็บประจุ จะมีผลออกมาดงั น้ี แผน่ โลหะท้งั สองวางชิดกนั จะมีค่าความจุมาก และแผน่ โลหะท้งั สองวางห่างกนั จะมีค่า ความจุนอ้ ย ค่าความจุของตวั เก็บประจุข้ึนอยกู่ บั ระยะห่างของแผน่ โลหะ แสดงดงั รูปท่ี 5.4 (ก) ระยะห่างแผน่ โลหะนอ้ ยความจุสูง (ข) ระยะห่างแผน่ โลหะมากความจุต่า รูปที่ 5.4 คา่ ความจขุ องตวั เกบ็ ประจุข้นึ อยกู่ บั ระยะห่างของแผน่ โลหะ

ตวั เกบ็ ประจุ 5.2.2 ขนาดพืน้ ทผี่ ิวแผ่นโลหะแตกต่างกนั ขนาดพ้ืนท่ีผิวของแผ่นโลหะท้งั สองแผ่นสามารถกาหนดขนาดของค่าความจุในตัวเก็บ ประจุได้ ว่าสามารถเก็บสะสมประจุไฟฟ้าไวใ้ นตัวได้น้อยหรือมากเพียงไร แผ่นโลหะมีพ้ืนท่ีผิวมาก จานวนประจุไฟฟ้าท่ีประจุไวใ้ นแผ่นโลหะมีจานวนมาก เกิดความจุมาก แผ่นโลหะมีพ้ืนท่ีผิวนอ้ ย จานวน ประจุไฟฟ้าท่ีประจุไวใ้ นแผ่นโลหะมีจานวนนอ้ ย เกิดความจุนอ้ ย โดยกาหนดใหร้ ะยะห่างของแผน่ โลหะ ในตวั เกบ็ ประจุท้งั 2 ขนาดเท่ากนั ค่าความจุของตวั เกบ็ ประจุจะมีผลออกมาดงั น้ี แผน่ โลหะมีพ้ืนที่ผวิ มากจะ มีค่าความจุมาก และแผน่ โลหะมีพ้ืนที่ผวิ นอ้ ยจะมีคา่ ความจุนอ้ ย ค่าความจุของตวั เก็บประจุข้ึนอยกู่ บั ขนาด พ้ืนท่ีผิวของแผน่ โลหะท้งั สอง แสดงดงั รูปที่ 5.5 (ก) ขนาดพ้ืนท่ีผวิ แผน่ โลหะท้งั สองมากความจุสูง (ข) ขนาดพ้ืนท่ีผวิ แผน่ โลหะท้งั สองนอ้ ยความจุต่า รูปที่ 5.5 คา่ ความจขุ องตวั เก็บประจขุ ้นึ อยกู่ บั ขนาดพ้นื ท่ีผิวแผน่ โลหะท้งั สอง 5.2.3 ชนิดวสั ดทุ ่ีใช้ทาฉนวนคนั่ กลางแผ่นโลหะแตกต่างกนั วสั ดุต่างชนิดกนั มีคุณสมบตั ิในการเป็นฉนวนต่อประจุไฟฟ้าแตกต่างกนั เม่ือนา มาใชง้ าน เป็นฉนวนคนั่ กลางแผน่ โลหะ ยอ่ มมีผลตอ่ ค่าความจุท่ีเกิดข้นึ ในตวั เก็บประจุแตกตา่ งกนั ไป การทดสอบทา ไดโ้ ดยนาแผ่นโลหะท้งั สองแผน่ ของตวั เก็บประจุวางห่างกนั ในระยะคงท่ีค่าหน่ึง นาฉนวนที่แตกต่างกนั มา เป็นฉนวนคน่ั กลางแผ่นโลหะท้งั สอง โดยเปรียบเทียบกบั ฉนวนที่เป็ นอากาศ ซ่ึงมีค่าคงตวั ความเป็ นฉนวน (Dielectric Constant ; k) เท่ากบั 1 ใชฉ้ นวนชนิดต่างๆ ท่ีมีค่าคงตวั ความเป็ นฉนวนแตกต่างกนั ไปมาทาการ เปรียบเทียบค่าความจุท่ีเกิดข้ึน พบว่าฉนวนท่ีมีค่าคงตัวความเป็ นฉนวนสูง จะสามารถเก็บประจุไวไ้ ด้ มากกวา่ การใชฉ้ นวนท่ีมีคา่ คงตวั ความเป็นฉนวนต่า ค่าคงตวั ความเป็นฉนวนของวสั ดุชนิดตา่ งๆ แสดงไดด้ งั ตารางท่ี 5.1

ตวั เก็บประจุ ตารางที่ 5.1 แสดงค่าคงตวั ความเป็นฉนวนของวสั ดุต่างชนิดกนั ชนิดวสั ดุ ค่าคงตวั ความเป็ นฉนวน (k) สุญญากาศ, อากาศ 1 เทฟลอน 2 – 2.3 2.2 – 2.36 โพลีโพรไพลีน 2.4 – 2.7 โพลีสไตรีน 2.8 – 3.0 โพลีคาร์บอเนต 3 – 3.3 โพลีเอสเตอร์ (ไมลาร์) 3.3 – 3.5 กระดาษ 4.5 โพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC) 5.0 4.5 – 7.5 ไฟเบอร์ ไมกา้ 7 ยาง 11 แทนทาลมั ออกไซด์ 80 – 6,000 เซรามิก ตวั เกบ็ ประจุที่ผลิตข้นึ มาใชง้ านจะใชค้ ุณสมบตั ิท่ีแตกต่างกนั ท้งั 3 ประการดงั กลา่ ว นา ไปใชใ้ นการ ผลิต ทาใหต้ วั เก็บประจุที่มีใชง้ านมีความหลากหลาย ท้งั ชนิดตวั เก็บประจุ ขนาดคา่ ความจุ และการนาไปใช้ งาน ช่ือเรียกตวั เก็บประจุถูกเรียกแตกต่างกนั ออกไปตามลกั ษณะของโครงสร้าง และชนิดของฉนวนท่ีใช้ แตกต่างกนั ไป โดยแบ่งออกตามคุณลกั ษณะการทางานของตวั เก็บประจุ แบ่งออกไดเ้ ป็น ตวั เก็บประจุแบบ ค่าคงที่ (Fixed Capacitor) และตวั เกบ็ ประจุแบบเปลี่ยนแปลงคา่ ได้ (Variable Capacitor) 5.3 ตัวเกบ็ ประจุแบบค่าคงท่ี ตวั เก็บประจุแบบค่าคงท่ี เป็นตวั เก็บประจุที่มีค่าความจุภายในตวั คงที่ตายตวั ไม่สามารถเปล่ียนแปลง ค่าได้ ถูกผลิตออกมาใช้งานมากมายหลายขนาด หลายชนิด แต่ละชนิดผลิตข้ึนมาจากวสั ดุท่ีใช้เป็ นฉนวน แตกตา่ งกนั ออกไป ทาใหช้ ื่อที่ใชเ้ รียกชนิดตวั เก็บประจุแตกต่างกนั โดยเรียกช่ือตวั เก็บประจุตามช่ือของวสั ดุ ท่ีใชเ้ ป็นฉนวน แบ่งออกไดด้ งั น้ี 1. ตวั เกบ็ ประจุชนิดกระดาษ (Paper Capacitor) 2. ตวั เก็บประจุชนิดเซรามิก (Ceramic Capacitor) 3. ตวั เกบ็ ประจุชนิดไมกา้ (Mica Capacitor) 4. ตวั เก็บประจุชนิดฟิ ลม์ พลาสติก (Plastic Film Capacitor)

ตวั เก็บประจุ 5. ตวั เกบ็ ประจุชนิดอิเลก็ โตรไลติก (Electrolytic Capacitor) 6. ตวั เกบ็ ประจุชนิดแทนทาลมั (Tantalum Capacitor) 5.3.1 ตวั เกบ็ ประจุชนดิ กระดาษ ตวั เก็บประจุชนิดกระดาษ เป็ นตวั เก็บประจุที่ใช้ฉนวนคนั่ กลางแผ่นโลหะท้งั สองทาจาก กระดาษแผน่ บางท่ีเคลือบดว้ ยน้ายาฉนวน น้ายาท่ีใชเ้ คลือบกระดาษ เช่น น้ามนั (Oil) หรือข้ีผ้ึง (Beeswax) เป็นตน้ นามามว้ นเป็นกอ้ นกลมทรงกระบอก ขาลวดตวั นาถกู ต่อออกมาใชง้ านจากแผน่ โลหะบางดา้ นละขา ต่อออกมาเป็ นขาตัวเก็บประจุ ตัวถังตัวเก็บประจุชนิดน้ีหุ้มด้วยกระดาษแข็ง พลาสติก หรือโลหะ อะลูมิเนียม นิยมนาไปใชง้ านในดา้ นแรงดนั ไฟสูง และแรงดนั ไฟสลบั ท่ีความถี่ต่า เช่น ใช้เป็นตวั ช่วยใน การเริ่มหมุนของมอเตอร์ไฟฟ้า และใชใ้ นวงจรเคร่ืองเสียง เป็นตน้ ลกั ษณะตวั เก็บประจุชนิดกระดาษ แสดง ดงั รูปท่ี 5.6 (ก) ชนิดกระดาษเคลือบข้ผี ้งึ (ข) ชนิดกระดาษเคลือบน้ามนั รูปท่ี 5.6 ตวั เก็บประจชุ นิดกระดาษ 5.3.2 ตัวเกบ็ ประจุชนิดเซรามกิ ตวั เก็บประจุชนิดเซรามิก เป็นตวั เก็บประจุที่ใชฉ้ นวนคนั่ กลางแผ่นโลหะท้งั สองเป็ นวสั ดุ ประเภทเซรามิก เซรามิกทามาจากดินเหนียวผสมดว้ ยสารแบเรียมไททาเนต (Barium Titanate) มาจากการ ผสมกนั ของสารแบเรียมคาร์บอเนต (Barium Carbonate) และไททาเนียมไดออกไซด์ (Titanium Dioxide) นาไปเผาที่ความร้อนสูง ทาให้ไดเ้ ซรามิกที่มีค่าคงตวั ความเป็ นฉนวนสูงมากออกมา แผน่ โลหะตวั นาจะใช้ เงินเคลือบบนผิวเซรามิก ทาให้ตวั เก็บประจุชนิดน้ีมีค่าความจุสูงข้ึนแต่มีขนาดเล็กลง นอกจากน้ันยงั สามารถเพ่มิ ค่าความจุได้ โดยใชแ้ ผน่ โลหะซอ้ นกนั หลายช้นั มีฉนวนเซรามิกขวางซอ้ นหลายช้นั (Multilayer Ceramic) ตวั เกบ็ ประจุชนิดน้ีมีค่าผิดพลาดต่าประมาณ 1 % ผวิ ดา้ นนอกหุม้ ดว้ ยพลาสติกหรือซิลิโคน นิยม นาไปใชง้ านในวงจรกาจดั สัญญาณรบกวน และวงจรกรองสัญญาณความถ่ีสูงลงกราวด์ ไม่นิยมใชใ้ นวงจร ทางานกบั สัญญาณชนิดแอนะลอก (Analog Signal) เพราะจะทาใหส้ ัญญาณเกิดความผิดเพ้ียน ลกั ษณะตวั เก็บประจุชนิดเซรามิก แสดงดงั รูปที่ 5.7

ตวั เกบ็ ประจุ แบบขา แบบแปะติด SMD (ก) ชนิดช้นั เดียว (ข) ชนิดหลายช้นั รูปที่ 5.7 ตวั เกบ็ ประจชุ นิดเซรามกิ 5.3.3 ตัวเกบ็ ประจุชนดิ ไมก้า ตวั เก็บประจุชนิดไมกา้ เป็ นตวั เก็บประจุที่ใช้ แผน่ โลหะบางหลายๆ แผน่ วางซ้อนกนั แต่ละแผ่นโลหะ บางถูกคนั่ ดว้ ยฉนวนไมกา้ ตอ่ เชื่อมแผ่นโลหะออกเป็น 2 ชุด พร้อมต่อขาด้วยลวดตัวนาออกมาใช้งาน แผ่น โลหะที่ใชผ้ ลิตตวั เก็บประจุชนิดไมกา้ แบง่ ออกไดเ้ ป็ น 2 แบบ คือ แผ่นโลหะบางแบบอะลูมิเนียม (Aluminum Foil) และแผ่นโลหะบางแบบฟิ ล์มเงิน (Silver Films รูปที่ 5.8 ตวั เกบ็ ประจชุ นิดไมกา้ Foil) ไมกา้ จดั เป็ นฉนวนมีคุณภาพดี ทาให้ตวั เก็บประจุ ชนิดน้ีสามารถสร้างใหท้ นแรงดนั ไดส้ ูงข้นึ มีความคงท่ี ต่ออุณหภูมิดี นิยมนาไปใช้งานในวงจรเก่ียวขอ้ งกบั แรงดนั ไฟสูง ใชใ้ นวงจรกรองความถี่สูง และในวงจร ตอบสนองความถ่ี ลกั ษณะตวั เกบ็ ประจุชนิดไมกา้ แสดงดงั รูปท่ี 5.8 7.3.4 ตวั เกบ็ ประจชุ นดิ ฟิ ล์มพลาสติก ตวั เก็บประจุชนิดฟิ ลม์ พลาสติก เป็ นตวั เก็บประจุท่ีใช้ฉนวนคนั่ กลางแผ่นโลหะท้งั สอง เป็ นวสั ดุประเภทพลาสติกแผ่นบาง ซ่ึงมีหลายชนิดแตกต่างกัน มีโครงสร้างคลา้ ยกบั ตวั เก็บประจุชนิด กระดาษ เพียงแต่เปล่ียนฉนวนเป็นฟิ ลม์ พลาสติกชนิดต่างๆ ฟิ ลม์ พลาสติกท่ีนามา ใชท้ าฉนวน ทามาจากวสั ดุ หลายประเภท เช่น โพลีเอสเตอร์ (Polyester) เรียกไดอ้ ีกชื่อว่าไมล่าร์ (Mylar) โพลีโพรพิลีน (Polypropylene) โพลีสไตรีน (Polystyrene) โพลีคาร์บอเนต (Polycarbonate) และเมตลั ไลซ์พลาสติก (Metalized Plastic) เป็นตน้ การเรียกช่ือตวั เก็บประจุชนิดฟิ ลม์ พลาสติก มกั เรียกช่ือตามชนิดฉนวนพลาสติกที่ใชผ้ ลิตตวั เกบ็ ประจุ

ตวั เกบ็ ประจุ ที่ตวั เก็บประจุชนิดฟิ ล์มพลาสติก จะนิยมพิมพต์ วั อกั ษรย่อภาษาองั กฤษติดกนั 2 – 3 ตวั กากบั ไวท้ ี่ส่วนใดส่วนหน่ึงบนตวั ถงั ตวั เก็บประจุ เพ่ือแสดงถึงชนิดของฉนวนพลาสติกท่ีใชผ้ ลิต อกั ษรที่ บอกไวม้ ีหลายคา่ มีความหมายดงั น้ี PP, KP = โพลีโพรพลิ ีน KT = โพลีเอสเตอร์ (ไมล่าร์) KC = โพลีคาร์บอเนต KS = โพลีสไตรีน MK = เมตลั ไลซพ์ ลาสติก MKP = เมตลั ไลซ์โพลีโพรพิลีน MKT = เมตลั ไลซโ์ พลีเอสเตอร์ MKC = เมตลั ไลซโ์ พลีคาร์บอเนต MKS = เมตลั ไลซโ์ พลีสไตรีน ฯลฯ ตวั เก็บประจุชนิดฟิ ล์มพลาสติก ถูกผลิตข้ึนมาใช้งานมากมายหลายชนิด หลายรูปแบบ เพราะดว้ ยคุณสมบตั ิของฉนวนท่ีดีกว่ากระดาษมาก ทาใหส้ ามารถผลิตตวั เก็บประจุใหม้ ีค่าความจุสูงข้ึนได้ มีอายุการใช้งานยาวนานข้ึน ค่าอุณหภูมิมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงค่าความจุนอ้ ยลง การนาไปใช้งาน นิยม นาไปใชใ้ นวงจรที่ตอ้ งการความเที่ยงตรงสูง มีความแน่นอนสูง ใชง้ านไดด้ ีในยา่ นความถี่สูง ลกั ษณะตวั เก็บ ประจุชนิดฟิ ลม์ พลาสติกชนิดตา่ งๆ แสดงดงั รูปที่ 5.7 (ก) ชนิดฟิ ลม์ โพลีเอสเตอร์ (ข) ชนิดเมตลั ไลซ์โพลีเอสเตอร์ (ค) ชนิดฟิ ลม์ โพลีโพรพิลีน (ง) ชนิดเมตลั ไลซ์โพลีโพรพลิ ีน

ตวั เกบ็ ประจุ (จ) ชนิดฟิ ลม์ โพลีสไตรีน (ฉ) ชนิดเมตลั ไลซโ์ พลีสไตรีน (ช) ชนิดฟิ ลม์ โพลีคาร์บอเนต (ซ) ชนิดเมตลั ไลซ์โพลีคาร์บอเนต (ฌ) ชนิด SMD เมตลั ไลซโ์ พลีเอสไทลีน รูปท่ี 5.7 ตวั เก็บประจุชนิดฟิ ลม์ พลาสติก 5.3.5 ตัวเกบ็ ประจชุ นดิ อเิ ลก็ โตรไลตกิ ตัวเก็บประจุชนิดอิเล็กโตรไลติก เป็ นตัวเก็บประจุที่โครงสร้างประกอบด้วยแผ่น อะลูมิเนียมบางทาเป็นแผ่นโลหะเก็บประจุไฟฟ้า มีข้วั ไฟฟ้าบวก (+) ลบ (–) กากบั ไวท้ ี่ตวั เก็บประจุคงที่ ตายตวั ใช้แผ่นกระดาษจุ่มอยู่ในสารอิเล็กโตรไลต์ (Electrolyte) ให้เปี ยกชุ่ม ทาเป็ นฉนวนคน่ั กลาง นา ท้งั หมดมว้ นเขา้ ดว้ ยกันให้เป็ นทรงกระบอก และบรรจุลงในกระป๋ องอะลูมิเนียม หรือกระป๋ องโลหะ ท่ีมี สารละลายอิเลก็ โตรไลตบ์ รรจุอยดู่ ว้ ย สารละลายอิเลก็ โตรไลตท์ ่ีนิยมใชบ้ รรจุ เช่น โซเดียม บอเรต (Sodium Borate) อีไทลีน กลีโคล (Ethylene glycol) หรือกรดบอริก (Boric Acid) เป็นตน้ ตวั เก็บประจุชนิดอิเลก็ โตร ไลติก แสดงดงั รูปท่ี 5.10

ตวั เกบ็ ประจุ (ก) แบบขา (ข) แบบแปะติด SMD รูปที่ 5.10 ตวั เกบ็ ประจชุ นิดอเิ ลก็ โตรไลติก ข้วั ของตวั เกบ็ ประจุชนิดอิเลก็ โตรไลติก ตอนกลางตวั เก็บประจุเป็นข้วั บวก (+) ตอนนอกท่ี ติดกระป๋ องเป็ นข้วั ลบ (–) การผลิตจะตอ้ งทาการปิ ดฝาให้สนิทเพ่ือป้องกนั สารละลาย อิเลก็ โตรไลตร์ ่ัวไหล ออกมา ระหวา่ งการผลิตตอ้ งป้อนแรงดนั ไฟตรงใหข้ ้วั ท้งั สองของตวั เกบ็ ประจุ เพอ่ื ใหเ้ กิดปฏิกิริยาอิเลก็ โตรไล ซิส เกิดการแยกตวั ทางไฟฟ้าข้ึนมา ดา้ นข้วั บวกของตวั เก็บประจุเกิดฟิ ล์มอะลูมิเนียมออกไซด์ (Aluminum Oxide) ข้ึนรอบแผน่ อะลมู ิเนียมแผน่ บวก เป็นฉนวนบางคน่ั ระหวา่ งแผน่ อะลูมิเนียมข้วั บวก ใหแ้ ยกออกจาก ข้วั ลบของตวั เก็บประจุ เน่ืองจากฟิ ลม์ ของแผ่นอะลูมิเนียมมีขนาดบางมาก ทาใหส้ ามารถสร้างตวั เก็บประจุ ชนิดน้ีให้มีค่าความจุสูงข้ึนได้ จึงสามารถผลิตค่าความจุมาใชง้ านไดโ้ ดยมีขนาดตวั เก็บประจุที่เล็กลง ตวั เก็บประจุชนิดน้ีสามารถสร้างให้มีค่าความจุไดห้ ลากหลายค่า ต้งั แต่ค่าความจุต่าไปถึงค่าความจุสูงๆ ถูก นาไป ใชง้ านในวงจรตา่ งๆ มากมาย เนื่องจากตัวเก็บประจุชนิดน้ีมีข้ัวกากับไว้ตายตัว การนาไปใช้งานกับแรงดันไฟตรง จาเป็ นตอ้ งต่อใชง้ านกับแหล่งจ่ายแรงดนั ไฟตรงให้ถูกตอ้ งตามข้วั ตวั เก็บประจุ หากต่อผิดข้วั ตวั เก็บประจุ ชนิดน้ีจะหมดค่าความจุทนั ที ยงั ทาให้เกิดความร้อนสูงภายในตวั เก็บประจุ ส่งผลให้เกิดก๊าซจานวนมากดนั ออกมาภายนอก ตวั เก็บประจุเกิดการระเบิด นอกจากน้ันตวั เก็บประจุชนิดน้ียงั มีค่ากระแสร่ัวไหล (Leakage Current) สูง การใชง้ านจะตอ้ งใชด้ ว้ ยความระมดั ระวงั 5.3.6 ตวั เกบ็ ประจชุ นดิ แทนทาลมั ตวั เกบ็ ประจุชนิดแทนทาลมั ก็คือตวั เกบ็ ประจุชนิดอิเลก็ โตรไลติกนน่ั เอง ท่ีถูกพฒั นาข้ึนมา ใช้งาน เพื่อแก้ขอ้ เสียของตวั เก็บประจุชนิดอิเล็กโตรไลติก ท่ีใช้สารอิเล็กโตรไลต์เป็ นชนิดน้า มาใช้สาร อิเลก็ โตรไลตเ์ ป็นของแข็งแทน และทาให้ตวั เก็บประจุมีขนาดที่เลก็ ลงแต่มีค่าความจุสูงมากข้ึน โครงสร้าง ของตวั เก็บประจุชนิดแทนทาลมั ประกอบดว้ ยแผ่นโลหะบางของแทนทาลมั เคลือบแผน่ โลหะแทนทาลมั ด้วยฉนวนที่มีค่าคงตัวไดอิเล็กตริกสูง เช่น พวกสนิมแทนทาลมั (Tantalum Oxide) และเคลือบด้วยสาร อิเลก็ โตรไลต์ ทามาจากโพลีเมอร์สารก่ึงตวั นา (Semiconducting Polymer) เพ่ือคน่ั กลางแผ่นโลหะแทนทาลมั

ตวั เกบ็ ประจุ อีกช้นั ขาลวดตวั นาถูกต่อออกมาจากแผน่ โลหะแทนทาลมั ผิวดา้ นนอกสุดของตวั เก็บประจุถูกเคลือบดว้ ย สารประเภทพลาสติก ตวั เก็บประจุชนิดแทนทาลมั แสดงดงั รูปที่ 5.11 (ก) แบบขา (ข) แบบแปะติด SMD รูปที่ 5.11 ตวั เกบ็ ประจแุ ทนทาลมั ตวั เก็บประจุชนิดแทนทาลมั นิยมนาไปใช้งานประเภทวงจรกรองความถ่ีต่า วงจรส่งผ่าน สัญญาณ เป็ นตวั เก็บประจุที่ไม่ไวต่ออุณหภูมิ และมีค่าคุณสมบตั ิระหว่างค่าความจุต่ออุณหภูมิต่ากว่าตวั เก็บประจุชนิดอิเล็กทรอไลติกแบบอื่น งานที่ไม่เหมาะกบั การนาตวั เก็บประจุชนิดแทนทาลมั ไปใช้งาน ไดแ้ ก่ วงจรต้งั เวลาที่ใช้ RC ระบบกระตนุ้ การทางาน และวงจรเลื่อนเฟสสัญญาณ เนื่องจากตวั เก็บประจุชนิด น้ีมีคุณสมบตั ิของสารไดอิเล็กตริกไวต่อการดูดกลืนประจุไฟฟ้าสูง ซ่ึงเมื่อตวั เก็บประจุถูกคายประจุออกมา หมดจนเป็ นศูนยแ์ ลว้ ก็ตาม ฉนวนยงั คงมีประจุไฟฟ้าหลงเหลืออยู่ ทาให้การกาหนดเวลาของการทางานมี ความไม่แน่นอน ขอ้ ดีของตวั เก็บประจุชนิดแทนทาลมั คือ มีค่าความจุสูงในขนาดเลก็ ลง ขณะนาไปใชง้ าน ไมเ่ กิดกระแสร่ัวไหล ทนต่ออุณหภมู ิและความช้ืนไดด้ ี มีความทนทานในการใชง้ าน ขอ้ เสียของตวั เกบ็ ประจุชนิดแทนทาลมั คือ มีอตั ราทนแรงดนั ต่า 5.4 ตวั เกบ็ ประจุแบบเปลย่ี นแปลงค่าได้ ตวั เก็บประจุแบบเปล่ียนแปลงค่าได้ เป็นตวั เก็บประจุท่ีค่าความจุสามารถปรับเปลี่ยนค่าให้เพ่ิมข้ึน หรือลดลงได้ โครงสร้างตวั เก็บประจุชนิดน้ีประกอบดว้ ยแผน่ โลหะวางซ้อนกนั แบ่งออก เป็น 2 ชุด ชุดแผ่น โลหะคงท่ี (Stator Plate) แผน่ โลหะถกู ยดึ ติดคงที่ตายตวั และชุดแผน่ โลหะเคล่ือนท่ี (Rotor Plate) แผน่ โลหะ ชุดน้ีถูกยึดบนแกนที่สามารถปรับหมุนเคลื่อนท่ีได้ โดยใชฉ้ นวนคน่ั กลางแผน่ โลหะท้งั 2 ชุดไว้ ฉนวนที่ใช้ แตกต่างกนั หลายชนิด เช่น อากาศ แผ่นไมกา้ หรือแผน่ พลาสติก เป็นตน้ ตวั เก็บประจุแบบเปลี่ยนแปลงคา่ ได้ แสดงดงั รูปท่ี 5.12

ตวั เกบ็ ประจุ แบบแกนอากาศ แบบแกนพลาสติก (ก) โครงสร้าง (ข) สญั ลกั ษณ์ รูปท่ี 5.12 ตวั เกบ็ ประจุแบบเปล่ียนแปลงค่าได้ ค่าความจุของตวั เก็บประจุแบบน้ี ข้ึนอยู่กบั การปรับหมุนชุดโลหะเคลื่อนที่ ถา้ ชุดโลหะเคลื่อนท่ี ซ้อนทบั ชุดโลหะคงท่ีท้งั หมด ตวั เก็บประจุจะมีค่าความจุสูงสุด เม่ือค่อยๆ ปรับแกนปรับหมุนให้ชุดโลหะ เคล่ือนท่ีเคลื่อนห่างออกจากชุดโลหะคงท่ี ค่าความจุของตวั เก็บประจุจะค่อยๆ ลดลง และเม่ือชุดโลหะ เคล่ือนที่แยกออกจากชุดโลหะคงที่หมด ค่าความจุของตวั เก็บประจุจะมีค่าต่าสุด ตวั เก็บประจุแบบน้ีนิยม เรียกวา่ ตวั เกบ็ ประจุวาริเอเบิล (Variable Capacitor) การใชง้ านจะถูกใชใ้ นยา่ นความถ่ีสูง เช่น วงจร LC ปรับ หาคลื่นสถานีวิทยุ สถานีโทรทศั น์ และสถานีส่ือสารยา่ นอ่ืนๆ เป็นตน้ ลกั ษณะตวั เก็บประจุแบบน้ีอาจมีชุด (Gang) ปรับเปลี่ยนค่าชุดเดียว หรือมีชุดปรับเปลี่ยนค่าหลายชุดภายในตวั เก็บประจุตวั เดียว ชุดตวั เก็บประจุ แบบเปลี่ยนแปลงค่าไดแ้ บบตา่ งๆ แสดงดงั รูปที่ 5.13 โครงสร้าง สญั ลกั ษณ์ โครงสร้าง สัญลกั ษณ์ (ก) แบบ 1 ชุด (ข) แบบ 2 ชุด รูปท่ี 5.13 ชุดตวั เกบ็ ประจแุ บบเปลี่ยนแปลงคา่ ไดแ้ บบชุดเดียว และสองชุด

ตวั เก็บประจุ ตัวเก็บประจุแบบเปลี่ยนแปลงค่าได้ นอกจากเป็ นแบบวาริเอเบิลแล้ว ยงั มีตัวเก็บประจุ แบบ เปลี่ยนแปลงค่าไดอ้ ีกลกั ษณะหน่ึงท่ีมีขนาดเล็กลง มีค่าความจุต่าๆ มีแผ่นโลหะคงที่และแผ่นโลหะเคล่ือนที่ ประกอบร่วมกันอย่างน้อยอย่างละ 1 แผ่น หรือมากกว่า นิยมเรียกว่า ตวั เก็บประจุ ทริมเมอร์ (Trimmer Capacitor) ฉนวนท่ีใชค้ นั่ กลางแผ่นโลหะใชแ้ ผน่ ไมกา้ หรือแผ่นพลาสติก ตวั เก็บประจุทริมเมอร์ แสดงดงั รูปที่ 5.14 (ก) โครงสร้าง (ข) สญั ลกั ษณ์ รูปที่ 5.14 ตวั เกบ็ ประจทุ ริมเมอร์ 5.5 หน่วยความจุและค่าทนแรงดนั ตวั เก็บประจุที่ผลิตออกมาใชง้ านมีหลายแบบ หลายขนาด นาไปใชง้ านแตกต่างกนั หลายหนา้ ที่ และใช้ ในวงจรที่มีค่าแรงดนั แตกต่างกนั ไป เน่ืองจากตวั เก็บประจุทาหนา้ ที่เก็บประจุแรงดนั ไวภ้ ายในตวั การจะเก็บ ประจุให้ไดค้ ่าตามกาหนดมากนอ้ ยแตกต่างกนั จาเป็นตอ้ งเลือกค่าใชง้ านท่ีแตกต่างกนั เพื่อใหไ้ ดค้ ่าที่ถูกตอ้ ง เหมาะสม สิ่งสาคญั ที่จะนาตวั เก็บประจุมาใชง้ าน จะตอ้ งทราบคา่ ที่แสดงไวบ้ นตวั เก็บประจุตามความตอ้ งการ ค่าสาคญั ท่ีถูกกากบั ไวข้ า้ งตวั ถงั ตวั เก็บประจุมีอยา่ งนอ้ ย 2 ค่า ไดแ้ ก่ ค่าความจุของตวั เก็บประจุ และค่าทน แรงดนั ใชง้ านไดข้ องตวั เก็บประจุ นอกจากน้นั ยงั อาจบอกค่าความผิดพลาดของตวั เก็บประจุ รวมถึงบอกค่า ย่านอุณหภูมิท่ีทางานไดไ้ วด้ ว้ ย ค่าความจุและค่าทนแรงดนั หากใชไ้ ม่เหมาะสมต่อการทางาน จะส่งผลต่อ การทางานท่ีไม่ถูกตอ้ ง หรือทาให้ตวั เก็บประจุชารุดเสียหายได้ รวมถึงส่งผลต่อการทางานของเคร่ืองมือ เครื่องใช้ และอปุ กรณ์ท่ีเกี่ยวขอ้ งเกิดความผดิ ปกติ หรืออาจชารุดเสียหายได้ 5.5.1 หน่วยความจุตัวเกบ็ ประจุ ตวั เก็บประจุที่ผลิตมาใชง้ านมีมากมาย ค่าความจุที่ผลิตข้ึนมาใชง้ านแตกต่างกนั ไป ต้งั แต่ ค่าต่าไปถึงค่าสูง ความจุของตวั เก็บประจุตามปกติมีหน่วยเป็นฟารัด (Farad ; F) ซ่ึงเป็นหน่วยท่ีใหญ่เกินไป เพราะค่าความจุท่ีผลิตออกมาใชง้ านมีค่าต่ากวา่ ฟารัด จึงจาเป็นตอ้ งแตกหน่วยค่าความจุออกใหเ้ ป็นหน่วยเลก็ ลง แบ่งออกเป็ น หน่วยไมโครฟารัด (Microfarad ; F) นาโนฟารัด (Nanofarad ; nF) และ พิโคฟารัด (Picofarad ; pF) หน่วยใชง้ านท้งั หมด เขียนค่าความสมั พนั ธ์กนั ไดด้ งั น้ี

ตวั เก็บประจุ 1 ฟารัด (F) = 1,000,000 ไมโครฟารัด (F) = 1 x 106 F 1 ไมโครฟารัด (F) = 1,000,000,000 นาโนฟารัด (nF) = 1 x 107 nF 1 นาโนฟารัด (nF) 1 พโิ คฟารัด (pF) = 1,000,000,000,000 พโิ คฟารัด (pF) = 1 x 1012 pF = 1 x 10-6 F = 1 x 103 nF = 1 x 106 pF = 1 x 10-7 F = 1 x 10-3 F = 1 x 103 pF = 1 x 10-12 F = 1 x 10-6 F = 1 x 10-3 nF ตัวอย่างที่ 5.1 จงแปลงหน่วยค่าความจุต่อไปน้ีใหถ้ กู ตอ้ ง (ก) 47,000 nF ใหเ้ ป็นหน่วย F (ข) 330,000 pF ใหเ้ ป็นหน่วย nF (ค) 6.8 x 10-7 F ใหเ้ ป็นหน่วย pF (ง) 22 x 10-5 F ใหเ้ ป็นหน่วย F (จ) 0.15 F ใหเ้ ป็นหน่วย nF วิธีทา (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 10-7 F = 6.8 x 10-7 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 5.5.2 ค่าทนแรงดันตวั เกบ็ ประจุ ค่าทนแรงดนั ของตวั เก็บประจุ เป็นส่วนที่สาคญั อีกค่าหน่ึงของตวั เก็บประจุ ช่วยบอกถึงค่า การทนแรงดันของตัวเก็บประจุตัวน้ันว่าทนได้มากน้อยเท่าไร การนาตัวเก็บประจุไปใช้งานจาเป็ นต้อง คานึงถึงค่าความสามารถในการทนแรงดนั ของตวั เก็บประจุตวั น้นั เพราะค่าแรงดนั ที่แสดงไว้ เป็นการแสดง ให้ทราบว่าตวั เก็บประจุตวั น้นั สามารถนาไปใช้กบั แรงดนั ไดม้ ากท่ีสุดเท่าไร แรงดันท่ีจ่ายมาให้ตวั เก็บ ประจุ จะตอ้ งมีค่าไม่เกินกว่าค่าทนแรงดนั ท่ีแสดงไว้ หากค่า แรงดนั ที่ป้อนให้มากเกินกวา่ ค่าทนแรงดันที่ แสดงไว้ ตวั เกบ็ ประจุตวั น้นั จะชารุดเสียหายทนั ที หมดสภาพการเป็นตวั เก็บประจุ การแสดงค่าทนแรงดนั ของตวั เก็บประจุจะบอกหน่วยไวเ้ ป็ นโวลต์ (V) ถูกแสดงค่าแรงดนั ไวใ้ นลักษณะแตกต่างกันไป เช่น แสดงค่าแรงดันไฟตรง (DC Voltage ; VDC) แสดงค่าแรงดันทางาน (Working Voltage ; WV) หรือแสดงค่าแรงดนั ทดสอบ (Testing Voltage ; TV) เป็ นตน้ ค่าเหล่าน้ีเป็ นค่าทน แรงดนั สูงสุดของตวั เก็บประจุตวั น้ัน การเลือกตวั เก็บประจุมาใช้งาน ตอ้ งเลือกค่าทนแรงดันของตวั เก็บ ประจุใหม้ ากกว่าค่าแรงดนั ที่ใชง้ านจริงเสมอ ไมค่ วรนอ้ ยกวา่ 40 % เช่น นาตวั เกบ็ ประจุไปใชง้ านกบั แรงดนั

ตวั เกบ็ ประจุ 6 VDC ควรเลือกตวั เก็บประจุทนแรงดนั ไดไ้ ม่นอ้ ยกวา่ 10 VDC มาใชง้ าน เพือ่ ความปลอดภยั ของตวั เก็บประจุ และส่งผลต่อความทนทานในการใชง้ านมากข้นึ กรณีที่ค่าทนแรงดนั ของตวั เก็บประจุบอกค่าไวเ้ ป็นแรงดนั ไฟตรง (VDC) เมื่อนา ไปใชง้ าน กบั แรงดนั ไฟสลบั (VAC) จะตอ้ งเพ่มิ คา่ ทนแรงดนั ใหม้ ากข้ึนอยา่ งนอ้ ย 50 % เช่น นาตวั เกบ็ ประจุไปใชง้ านกบั แรงดนั ไฟสลบั 100 VAC ควรเลือกตวั เก็บประจุทนแรงดนั ไฟตรงไดไ้ ม่นอ้ ยกว่า 200 VDC มาใชง้ าน เพราะ แรงดนั ไฟสลบั ที่ 100 VAC จะมีค่าแรงดนั ไฟสลบั สูงสุดที่จ่ายเขา้ มาถึง 141 VAC ดงั น้นั การเลือกค่าทนแรงดนั ของตวั เก็บประจุมาใชง้ านมีส่วนสาคญั ต่อการทางานของวงจร ซ่ึงจะส่งผลต่อการทางานท่ีถูกตอ้ ง และทาให้ วงจรมีความทนทานในการทางานมากข้นึ 5.6 การอ่านค่าความจุตัวเกบ็ ประจุ ตวั เก็บประจุท่ีผลิตมาใชง้ านแต่ละตวั มีคุณสมบตั ิในการทางานแตกต่างกัน ท้งั ค่าความจุ ค่าทน แรงดนั และค่าความผิดพลาดของความจุ จึงจาเป็ นตอ้ งแสดงค่าเหล่าน้ีกากบั ไวท้ ่ีตวั ถงั เพื่อให้ผูใ้ ช้งาน สามารถเลือกใชง้ านไดถ้ ูกตอ้ ง เหมาะสม การบอกค่าเหล่าน้ีสามารถบอกค่าไดห้ ลายรูปแบบ เช่น บอกค่า ออกมาโดยตรง และบอกค่าในรูปรหสั ตวั เลขตวั อกั ษร เป็นตน้ 5.6.1 บอกค่าออกมาโดยตรง ตวั เก็บประจุท่ีบอกค่าออกมาโดยตรง จะพิมพค์ ่าความจุอ่านไดโ้ ดยตรงค่าน้นั ไวท้ ่ีตวั ถงั ตวั เก็บประจุ คา่ ความจุท่ีบอกไวน้ ิยมบอกคา่ ในหน่วย พิโคฟารัด (pF) และไมโครฟารัด (F) ซ่ึงจะมีหน่วยกากบั ไวห้ รือไม่มีก็ได้ ข้นึ อยกู่ บั พ้ืนท่ีไวบ้ อกค่าของตวั เกบ็ ประจุแตล่ ะตวั ตวั เก็บประจุขนาดเลก็ ที่มีค่าความจุต่าๆ ไม่นิยมแสดงหน่วยไว้ การจะทราบว่าตวั เก็บประจุขนาดเล็ก เช่น ชนิดเซรามิก หรือชนิดฟิ ลม์ พลาสติก ต่างๆ นิยมบอกค่าไวใ้ นหน่วย pF หรือ F ให้สังเกตจากตวั เลขที่บอกไว้ ถา้ ตวั เลขท่ีบอกไวม้ ีค่าต้งั แตเ่ ลข 1 ข้นึ ไป เช่น 1, 1.2, 3.3, 10, 18, 33, 56, 120 และ 680 เป็นตน้ จะมีหน่วยเป็น pF และถา้ ตวั เลขท่ีบอกไวม้ ีค่า นอ้ ยกวา่ เลข 1 ลงมา เช่น 0.01, 0.022, 0.047, 0.12, 0.37, 0.68 และ 0.82 เป็นตน้ จะมีหน่วยเป็น F ส่วนตวั เก็บ ประจุชนิดอิเลก็ โตรไลติกแบบแปะติด SMD ท่ีมีขนาดเลก็ นิยมบอกค่าไมบ่ อกหน่วยไวเ้ ช่นกนั ปกติบอกคา่ ไวใ้ นหน่วย F เพราะมีค่าความจุสูง การอา่ นค่าตอ้ งพิจารณาใหร้ อบคอบ เปอร์เซ็นต์ค่าผิดพลาดของความจุ นิยมบอกค่าไว้เป็ น 2 แบบ คือ แบบบอกค่าเป็ น เปอร์เซ็นตผ์ ดิ พลาดโดยตรง เช่น  1%,  2%,  10% และ  20% เป็นตน้ อีกแบบหน่ึงบอกคา่ เป็นตวั อกั ษร ภาษาองั กฤษ เช่น A, B, C, D, E, F, G, J, L และ M เป็ นตน้ ตวั อกั ษรแต่ละตวั มีค่าความผิดพลาดแสดงดัง ตารางท่ี 5.2

ตวั เกบ็ ประจุ ตารางท่ี 5.2 ตวั อกั ษรแสดงค่าเปอร์เซ็นตค์ วามผดิ พลาดของความจุ ตวั อกั ษร ค่าความผิดพลาด (%) ตัวอกั ษร ค่าความผิดพลาด (%) 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 ถึง +80% ตัวอย่างท่ี 5.3 จงอ่านคา่ ความจุของตวั เก็บประจุที่บอกค่าไวโ้ ดยตรงตามคา่ ตอ่ ไปน้ี = ความจุ 0.1 F ทนแรงดนั ได้ 63 VDC = ทนแรงดนั ได้ 450 V ความจุ 470 F = ทนแรงดนั ได้ 3 kV ความจุ 470 pF ค่าผดิ พลาด K =  10% = ความจุ 10 F ทนแรงดนั ได้ 35 V = ความจุ 0.33 F ทนแรงดนั ได้ 250 VAC ย่านอุณหภูมิที่ทางานได้ -40 ถึง +110o C = ความจุ 0.5 F ค่าผิดพลาด =  5% ทนแรงดนั ได้ 450 VAC ใชก้ บั ความถี่ 50 / 60 เฮิรตซ์ (Hz)

ตวั เกบ็ ประจุ 5.6.2 บอกค่าในรูปรหสั ตัวเลขตวั อกั ษร ตวั เก็บประจุบางแบบตวั เลขและตวั อกั ษรท่ีกากบั ไวบ้ นตวั เก็บประจุ บอกค่าไวใ้ นรูปรหัส ไม่สามารถอ่านค่าออกมาไดโ้ ดยตรง การอ่านค่าจาเป็นตอ้ งแปลงรหสั ให้กลบั มาเป็นค่าความจุเสียก่อน จึง สามารถอ่านค่าออกมาได้ รหัสค่าความจุมกั เป็นตวั เลข 3 ตวั เขียนเรียงกนั ไป และอาจตามดว้ ยตวั อกั ษร 1 ตวั เพ่ือแสดงค่าความผดิ พลาดของความจุ ตวั เลขท่ีแสดงไวต้ อ้ งไมเ่ ป็นทศนิยม ไมข่ ้นึ ตน้ ดว้ ยเลขศูนย์ การอ่านค่ารหัสความจุ อ่านจากตวั เลขซา้ ยมือไปขวามือ ตวั เลข 2 ตวั แรกดา้ น ซ้ายอ่านค่า ออกมาไดโ้ ดยตรง ตวั เลขตวั ที่ 3 แสดงจานวนเลขศูนยท์ ่ีตอ้ งเติมเขา้ ไป อ่านค่าความจุออกมาเป็ นหน่วย pF ส่วนตวั อกั ษรที่แสดงคา่ ไวเ้ ป็นค่าความผิดพลาดของความจุ สามารถใชค้ ่าในตารางท่ี 5.2 มาใชอ้ า่ นคา่ ตัวอย่างที่ 5.4 จงอา่ นคา่ ความจุของตวั เกบ็ ประจุท่ีบอกคา่ ไวด้ ว้ ยรหสั ตามค่าตอ่ ไปน้ี 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 ผดิ พลาด 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, ค่าผิดพลาด J =  5% = ความจุ 20  100 pF = 2,000 pF คา่ ผิดพลาด M =  20%, ทนแรงดนั ได้ 12 kV

ตวั เกบ็ ประจุ = ความจุ 10  100,000 pF = 1,000,000 pF 1,000,000 = 1,000,000 F = 1 F คา่ ผิดพลาด K =  10%, ทนแรงดนั ได้ 250 V 5.7 การต่อตัวเกบ็ ประจุ การต่อตวั เก็บประจุ คือการนาตัวเก็บประจุมาต่อรวมกัน เพ่ือปรับเปล่ียนค่าความจุให้ได้ตาม ตอ้ งการ การต่อตวั เก็บประจุแบ่งออกไดเ้ ป็น 3 แบบ คือ ต่อแบบอนุกรม ต่อแบบขนาน และต่อแบบผสม การต่อตวั เก็บประจุแต่ละแบบมีผลทาให้ค่าความจุผลรวมท่ีได้ออกมาเกิดการเปล่ียนแปลงไป สามารถ กาหนดคา่ หรือเลือกค่าไดต้ ามตอ้ งการ 5.7.1 การต่อตัวเกบ็ ประจแุ บบอนุกรม การต่อตวั เก็บประจุแบบอนุกรม (Series Capacitor) เป็นการต่อตวั เก็บประจุเขา้ ดว้ ยกนั แบบ เรียงลาดบั ต่อเนื่องกนั ไป ในลกั ษณะทา้ ยของตวั เกบ็ ประจุตวั แรกต่อเขา้ หัวตวั เก็บประจุตวั ท่ีสอง และทา้ ยของตวั เก็บประจุตวั ที่สองต่อเขา้ หัวตวั เก็บประจุตวั ท่ีสาม ต่อเช่นน้ีเรื่อยไป การต่อวงจรตวั เก็บประจุแบบอนุกรม แสดงดงั รูปที่ 5.15 C1 C2 C3 C4 C1 C2 C3 C4 (ก) รูปวงจร (ข) สัญลกั ษณ์วงจร รูปที่ 5.15 การตอ่ ตวั เก็บประจุแบบอนุกรม การต่อตวั เก็บประจุแบบน้ี ทาใหค้ ่าความจุรวมของวงจรลดลง ไดค้ ่าความจุรวมในวงจรนอ้ ยกว่าค่า ความจุของตวั เก็บประจุตวั ที่มีค่านอ้ ยที่สุดในวงจร การต่อตวั เกบ็ ประจุแบบอนุกรม เขยี นสมการไดด้ งั น้ี 1 = 1 + 1 + 1 + 1 + .... .....(5-1) CT C1 C2 C3 C4 เม่ือ CT = ความจุรวมของวงจร หน่วย F C1, C2, C3, C4 = ความจุของตวั เก็บประจุตวั ที่ 1, 2, 3 และ 4 ตามลาดบั หน่วย F

ตวั เก็บประจุ ตัวอย่างท่ี 5.5 จงหาค่าความจุรวมของวงจรตามรูปท่ี 5.16 C1 C2 C3 วธิ ที า 10F 12F 15F จากสูตร 1 = 1 + 1 + 1 CT C1 C2 C3 1 1 1 1 รูปที่ 5.16 วงจรตวั เกบ็ ประจแุ บบอนุกรม 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 5.7.2 การต่อตวั เกบ็ ประจแุ บบขนาน การต่อตวั เก็บประจุแบบขนาน (Parallel Capacitor) เป็ นการต่อตวั เก็บประจุแต่ละตัวใน ลกั ษณะคร่อมขนานร่วมกนั ทุกตวั มีจุดร่วมกนั 2 จุด คือจุดรวมขาแตล่ ะดา้ นของตวั เก็บประจุแตล่ ะตวั กรณี ท่ีเป็ นตวั เก็บประจุชนิดมีข้วั ให้ต่อข้วั บวก (+) ท้งั หมดรวมเขา้ ดว้ ยกนั และต่อข้วั ลบ (–) ท้งั หมดรวมเขา้ ดว้ ยกนั ลกั ษณะการตอ่ วงจร แสดงดงั รูปท่ี 5.17 C1 C1 C2 C2 C3 C3 C4 C4 (ก) รูปวงจร (ข) สัญลกั ษณ์วงจร รูปที่ 5.17 การต่อตวั เก็บประจุแบบขนาน การต่อตวั เก็บประจุแบบน้ี ทาใหค้ ่าความจุรวมของวงจรเพ่ิมข้ึนตามจานวนตวั เก็บประจุที่ นามาต่อเพ่มิ การหาค่าความจุรวมในวงจรแบบขนาน สามารถเขียนเป็นสมการไดด้ งั น้ี CT = C1 + C2 + C3 + C4 + .... .....(5-2)

ตวั เกบ็ ประจุ เม่ือ CT = ความจุรวมของวงจร หน่วย F C1, C2, C3, C4 = ความจุของตวั เก็บประจุตวั ท่ี 1, 2, 3 และ 4 ตามลาดบั หน่วย F ตัวอย่างที่ 5.6 จงหาคา่ ความจุรวมของวงจรตามรูปที่ 5.18 C1 = 10 F วธิ ที า C2 = 12 F C3 = 18 F จากสูตร CT = C1 + C2 + C3 แทนคา่ CT = 10 F + 12 F + 18 F  CT = 40 F ตอบ รูปท่ี 5.18 วงจรตวั เก็บประจแุ บบขนาน 5.7.3 การต่อตัวเกบ็ ประจแุ บบผสม การต่อตวั เก็บประจุแบบผสม (Compound Capacitor) เป็ นการต่อตวั เก็บประจุผสมรวมกัน ระหวา่ งการต่อแบบอนุกรมและการต่อแบบขนานอยู่ในวงจรเดียวกนั การตอ่ ตวั เก็บประจุแบบผสมไม่มีวงจร ตายตวั สามารถเปลี่ยนแปลงไปตามลกั ษณะการต่อวงจรที่ตอ้ งการ การหาคา่ ความจุรวมของวงจร ใหใ้ ชว้ ิธีหา แบบอนุกรมและวิธีหาแบบขนานร่วมกนั โดยพิจารณาการต่อทีละส่วน ลกั ษณะการต่อวงจรตวั เก็บประจุ แบบผสมลกั ษณะหน่ึง แสดงดงั รูปที่ 5.17 C1 C2 C3 C1 C2 C3 C4 C5 C4 C5 (ก) รูปวงจร (ข) สัญลกั ษณ์วงจร รูปท่ี 5.17 การตอ่ ตวั เก็บประจุแบบผสม

ตวั เกบ็ ประจุ ตัวอย่างที่ 5.7 จงหาค่าความจุรวมของวงจรตามรูปที่ 5.20 C1 = 10 F C2 = 12 F C3 = 15 F วิธีทา 1 1 1 1 สูตรอนุกรม C123 C1 C2 C3 = + + C4 = 12 F C5 = 12 F แทนคา่ 1 = 1 + 1 + 1 C123 10F 12F 15F รูปที่ 5.20 วงจรตวั เก็บประจุแบบผสม 1 18 +15 +12 45 = 180F = 180F C123 180F  C123 = 45 = 4 F สูตรอนุกรม 1 = 1 + 1 C 45 C4 C5 1 1 1 แทนค่า 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

201010050 ไฟฟ้ากำลัง วิทยาลัยเทคนิคชุมพร