บทที่ 4  ตัวต้านทาน ตัวเหนี่ยวนำ และตัวเก็บประจุ

ตัวต้านทาน

รีซีสเตอร์  (Resistor) หรือ  อาร์  (R) ซึ่งจะเป็นอุปกรณ์ที่ใช้กันมากในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ อย่างเช่น วงจรขยายเสียง, วงจรวิทยุ, วงจรเครื่องรับโทรทัศน์ และอุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้าอื่น ๆ

            ตัวความต้านทานแต่ละตัวในวงจร  จะมีหน้าที่ที่แตกต่างกันออกไป แต่หน้าที่โดยทั่วไปแล้วตัวความต้านทานจะทำหน้าที่คือ เป็นตัวจำกัดการไหลของกระแสไฟฟ้า และแรงเคลื่อนไฟฟ้า ตามจุดต่าง ๆ ที่กำหนดไว้ในวงจร

            ค่าของตัวความต้านทาน จะมีหน่วยในการวัดเป็น  โอห์ม  (Ohm)  อาจจะเขียนแทนด้วยตัวโอเมก้า  (W) 

1.  ชนิดของตัวความต้านทาน

            เมื่อพิจารณาถึงตัวความต้านทานให้ดีแล้ว เราพอที่จะแบ่งตัวความต้านทานออกเป็น 2 ลักษณะ คือ

1.1  แบ่งตามชนิดของวัสดุที่ใช้ทำตัวความต้านทาน

1.2  แบ่งตามชนิดการใช้งานของตัวความต้านทาน

แบ่งตามชนิดของวัสดุที่ใช้ทำตัวความต้านทาน

            ตัวความต้านทานที่แบ่งตามวัสดุที่ให้ทำนั้น มีอยู่ 2 ชนิด คือ วัสดุประเภทโลหะ (Metallic) และวัสดุประเภทอโลหะ  (No Metallic) 

            วัสดุประเภทโลหะ : ที่ใช้ทำตัวความต้านทานนี้ส่วนมากจะใช้เส้นลวดเล็ก ๆ  หรือแถบลวด (Ribbon)  พันบนฉนวนที่เป็นแกนของตัวความต้านทาน และที่ปลายทั้งสองข้างของขดลวดจะต่อขาออกมาใช้งาน แล้วเคลือบด้วยฉนวนอีกทีหนึ่ง

ตัวต้านทานสร้างจากโลหะ

รูปที่ 4.1  ตัวความต้านทานทำมาจากวัสดุประเภทโลหะ

อุปกรณ์  ตัวความต้านทาน  ที่ใช้เส้นลวดพันให้เกิดค่าความต้านทานนี้ส่วนมากจะเป็นพวกไวร์วาวด์รีซีสเตอร์ (Wire Wound Resistors)  ตัวความต้านทานแบบนี้จะมีค่าความต้านทานที่แน่นอนและค่าความคลาดเคลื่อนน้อยที่สุด แต่จะเป็นตัวความต้านทานที่มีขนาดใหญ่ และอัตราทนกำลังไฟฟ้า (วัตต์)  ได้สูง

วัสดุประเภทอโลหะ  ที่ใช้ทำตัวความต้านทานนี้  ได้แก่  ผงคาร์บอน (Carbon) หรือ ผงการไฟต์ (Graphite) ที่อัดตัวกันแน่นเป็นแท่ง และใช้ฉนวนหุ้มเพื่อป้องกันความชื้น แล้วต่อขาออกมาใช้งานจากคุณสมบัติเฉพาะตัวของผลคาร์บอน  และกราไฟต์ที่มีค่าความต้านทานสูงมาก ๆ  นี้จึงสามารถนำมาใช้ทำเป็นตัวความต้านทานที่มีค่าสูง ๆ ได้ แต่จะมีขนาดเล็กลง

ตัวต้านทานแบบคาร์บอน

รูปที่  4.2  คาร์บอน  รีซีสเตอร์  (Carbon resistor)

ตัวความต้านทานประเภทนี้ จะมีค่าความคลาดเคลื่อนของความต้านทานมาก และอัตราทนกำลังไฟฟ้าได้ไม่สูงมากนัก

แบ่งตามชนิด การใช้งานของตัวความต้านทาน

            ตัวความต้านทานในการใช้งานของวงจรอิเล็กทรอนิกส์  พอที่จะแบ่งเป็นชนิดต่าง ๆ ดังรายละเอียดที่จะกล่าวถึงต่อไป โดยไม่ถือว่าตัวความต้านทานนั้น จะทำมาจากวัสดุประเภท โลหะ หรือ อโลหะ ก็ตาม ซึ่งสามารถแบ่งได้ดังนี้

1.      ตัวความต้านทาน ชนิดค่าคงที่ (Fixed Resistors)

2.      ตัวความต้านทาน ชนิดเปลี่ยนค่าได้ (Variable Resistors)

3.      ตัวความต้านทาน ชนิดปรับแต่งค่าได้ (Adjustable Resistors)

4.      ตัวความต้านทาน ชนิดแบ่งค่าได้ (Tapped Resistors)

5.      ตัวความต้านทานชนิดพิเศษ (Special Resistors)

1.  ตัวความต้านทาน ชนิดค่าคงที่  (Fixed Resistors)

คือ ตัวความต้านทานที่มีค่าแน่นอน  ไม่สามารถแปรเปลี่ยนค่าของตัวมันเองได้ โดยมากแล้วตัวต้านทานชนิดนี้จะมีชื่อเรียกตามวัสดุที่นำมาสร้าง เช่น คาร์บอน, ฟิล์มคาร์บอน, ฟิล์มโลหะ หรือพวกเส้นลวดที่เป็นโลหะผสม

ตัวความต้านทานแบบคาร์บอน  (Carbon  Resistor)  เป็นตัวความต้านทานที่นำมาจากแท่งคาร์บอน หรือ การไฟต์ ซึ่งผสมกับตัวประสาน ฟีนอลลิก แล้วจึงต่อด้วยปลายขาโลหะ ทั้งสองข้างออกมาตัวต้านชนิดนี้เป็นแบบ ที่ใช้ในงานทั่ว ๆ ไป ซึ่งมันสามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ และแรงดัน ทรานเซี้ยนท์ได้ดี คาร์บอนรีซีสเตอร์นี้ เหมาะสำหรับงานที่มีค่าคลาดเคลื่อนของความต้านทาน  ±  5%  ถึง  20%   ทั้งนี้เนื่องจากว่า กรรมวิธีในการผลิตที่ไม่สามารถจะควบคุมให้ผงคาร์บอนหรือกราไฟต์อัดตัวกันแน่น เพื่อให้ได้ค่าความต้านทานตามที่กำหนดได้ยาก ซึ่งมีค่าตั้งแต่ 2.7 โอห์ม ถึง 100 เมกกะโอห์ม  ขนาดของตัวความต้านทานนี้ จะเป็นตัวบอกถึงได้ กำลังวัตต์ที่ใช้

            ตัวความต้านทานแบบฟิล์มคาร์บอน  (Carbon film Resistors)  ตัวความต้านทานชนิดนี้ทำได้โดยการฉาบหมึก คาร์บอน ซึ่งเป็นตัวความต้านทานลงบนแท่งเซรามิค แล้วจึงนำไปเผา เพื่อให้เกิดเป็นแผ่นฟิล์มคาร์บอนขึ้นมา หรืออาจจะมีเทคนิคอื่น ๆ ในการผลิตฟิล์มคาร์บอนก็ได้

            เมื่อได้แผ่นฟิล์มที่เคลือบอยู่บนแกนเซรามิคแล้ว  จึงต่อขาโลหะที่จุดขั้วสัมผัสที่ปลายขาทั้ง 2  ของฟิล์มคาร์บอน  ออกมาใช้งาน และตัวความต้านทานนี้จะถูกปรับให้มีค่าเที่ยงตรง เสร็จแล้วจึงฉาบด้วยสารที่เป็นฉนวน

ตัวต้านทานฟิล์มคาร์บอน

รูปที่  4.3  ตัวความต้านทานแบบฟิล์มคาร์บอน

            ตัวต้านทานแบบฟิล์มคาร์บอน  จะมีคุณสมบัติในการทำงานเหมือนกับคาร์บอนรีซีสเตอร์ข้อดีของตัวความต้านทานชนิดนี้คือ ราคาจะถูกกว่าแบบคาร์บอน แต่ไม่สามารถ ทนต่อแรงดันกระชากในช่วงสั้น ๆ และมีค่าสัมประสิทธิ์ต่ออุณหภูมิที่ไม่ดี ค่าความต้านทานของฟิล์มคาร์บอนจะมีประมาณ 10 โอห์ม ถึง 25 เมกกะโอห์ม  ค่าความคลาดเคลื่อนปกติ  ±   5%  อัตราทนกำลังไฟฟ้าตั้งแต่ 0.1  ถึง  10  วัตต์

            ตัวความต้านทานแบบฟิลม์โลหะ  (Metal Film Resistors)  เป็นตัวความต้านทานที่มีลักษณะของโครงสร้างคล้ายคลึงกับแบบฟิล์มคาร์บอน แต่จะใช้ตัวที่ทำให้เกิดค่าความต้านทานเป็นสารจำพวกฟิล์มโลหะแทน

            เทคนิคที่ใช้ในการผลิตตัวต้านทานแบบฟิล์มโลหะ มีดังนี้คือ

            1.  วิธีการฉาบตัวต้านทานภายใต้สุญญากาศ  ใช้หลักการระเหยของแผ่นฟิล์มโดยนำเอาส่วนผสมของนิเกิล – แคดเมียม  ทำให้ร้อนจัดในสุญญากาศ ซึ่งโลหะผสมเมื่อร้อนจะผสมสารที่ถูกเจือเพียงเล็กน้อย (การโต๊ป)  เพื่อใช้ควบคุมคุณสมบัติของตัวความต้านทาน  การผลิตตัวความต้านทานแบบนี้เหมาะสำหรับงานที่ต้องการความเที่ยงตรงสูงมาก

            2.  วิธีกระจาย  จะใช้โลหะนิโครมที่ถูกทำให้ร้อนแล้ว บังคับให้มันวิ่งชนอะตอมของอาร์กอนซึ่งจะมีผลทำให้อะตอมของโลหะที่ถูกชนกระเด็นไปฉาบรอบ ๆ ฐานที่ทำด้วยเซรามิค  เกิดเป็นฟิลม์โลหะขึ้น  การผลิตโดยวิธีการกระจายจะทำให้ได้ค่าความต้านทานที่มีความเที่ยงตรงสูงเช่นกัน

            3.  วิธีการฉาบโดยใช้อ๊อกไซด์ของโลหะ  เป็นการใช้ไอระเหยของสารเคมีในการฉาบแผ่นฟิล์มอ๊อกไซด์ของดีบุกลงบนฐานที่ทำด้วยแก้ว  การผลิตด้วยวิธีนี้จะเป็นตัวความต้านทานที่ใช้สำหรับงานทั่ว ๆ ไปที่ต้องการความละเอียดปานกลาง และงานที่ต้องการความเที่ยงตรงสูง

ตัวต้านทานแบบฟิล์มโลหะตัวต้านทานฟิล์มโลหะ

รูปที่  4.4  ตัวความต้านแบบฟิล์มโลหะ

            ตัวความต้านทานแบบฟิล์มโลหะนี้  เหมาะสำหรับงานซึ่งต้องการเสถียรภาพและความเที่ยงตรงสูงกว่าแบบคาร์บอน สามารถใช้กับงานที่เป็นกระแสไฟสลับได้ดี คือ จะมีย่านความถี่ต่ำไปจนถึงความถี่สูงเป็นเมกกะเฮิรตซ์ได้ และจะมีค่าสัมประสิทธิ์ทางอุณหภูมิต่ำ ค่าความต้านทานของแบบฟิล์มโลหะจะมีค่าประมาณ 10 โอห์ม ถึง 30 เมกกะโอห์ม  อัตราทนกำลังไฟฟ้าถึง 10 วัตต์ ค่าความคลาดเคลื่อน 0.1 % ถึง 2%

ตัวต้านทานแบบ DIP/SIPตัวต้านทานแบบถังเดี่ยว

รูปที่  4.5  ตัวความต้านทานแบบตีนตะขาบ (DIP)  และตัวถังแบบเดี่ยว  (SIP)

ฟิล์มโลหะที่ใช้ทำตัวตามความต้านทานนี้ สามารถทำเป็นแบบฟิล์มบางที่ต่อกันหลาย ๆ ตัว ภายในโครงสร้างเดียวกัน (Network)  ได้ ซึ่งจะมีลักษณะตัวถึงแบบตีนตะขาบ (DIP)  และตัวถังแบบเดี่ยว (SIP: Single inline package)  ดังรูปที่ 4.5

ตัวความต้านทานแบบลวดพัน   (Wire Wound Resistors)   เป็นตัวความต้านทานที่ทำมาจากเส้นลวดโลหะผสม 2 ชนิด หรือ 3 ชนิด ขึ้นไป เช่น ทองแดง, นิเกิล, โครเมียม, สังกะสี และแมงกานีส พันอยู่บนแกนฉนวนเซรามิคที่มีการระบายความร้อนได้สูง และที่ปลายทั้งสองข้างของขดลวด จะต่อขาโลหะออกมา เพื่อนำไปใช้งาน แล้วเคลือบผิวด้วยน้ำยาเคลือบ, ซีเมนต์, ปลอกแก้ว หรือซิลิโคนเพื่อเป็นฉนวน และป้องกันความชื้น

ไวร์วาวด์

รูปที่ 4.6  ตัวความต้านทานแบบไวร์วาวด์

ถ้าใช้ลวดโลหะผสมแมงกานิสในการทำตัวความต้านทาน จะให้ค่าความต้านที่แน่นอนมากกว่าลวดโลหะผสมชนิดอื่น ๆ ไวร์วาวด์ รีซีสเตอร์จะมีค่าความต้านทานตั้งแต่ 0.1 โอห์ม ถึง 800 กิโลโอห์ม มีอัตราทนกำลังสูงถึง 15 วัตต์  และมีค่าความคลาดเคลื่อน  0.01%  ถึง 1%

ตัวความต้านทานชนิดนี้ เหมาะกับงานที่ต้องการความละเอียดและความเที่ยงตรงสูง จะเป็นตัวความต้านทานที่มีขนาดใหญ่  ส่วนมากค่าความต้านทานของมันจะเขียนบอกไว้ที่ตัวของมัน นิยมใช้ในวงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้า เช่น เป็นตัวความต้านทานแบ่งแรงดันในภาคจ่ายไฟ หรือใช้ในวงจรเครื่องไฟฟ้าที่กินกระแสสูง ๆ และอื่น ๆ ฯลฯ  เป็นต้น

สัญลักษณ์ของตัวความต้านทานชนิดค่าคงที่ (Fixed Resistors) จะมีหลายแบบตามมาตรฐานที่กำหนดขึ้น ดังรูป 4.7

สัญลักษณ์

รูปที่ 4.7 สัญลักษณ์ตัวความต้านทานชนิดคงที่

2.  ตัวความต้านทานชนิดเปลี่ยนค่าได้  (Variable Resistors)  

คือ  ความต้านทานชนิดที่สามารถเปลี่ยนค่าได้  โดยการใช้แกนหมุน (แบบวงแหวน) หรือเลื่อนแกน (แบบสไลด์) 

วัสดุที่ใช้ทำตัวความต้านทานชนิดนี้ อาจจะเป็นวัสดุประเภทเดียวกับที่ช้ำตัวความต้านทานแบบคงที่ คือ ชนิดคาร์บอน  (Carbon)  หรือชนิดเส้นลวด (Wire-Wound)  ซึ่งแล้วแต่ว่าจะต้องการควบคุมปริมาณของกระแสจำนวนมากน้อยเท่าไร  ถ้าใช้กับวงจรที่กระแสสูง วัสดุที่ใช้จะเป็นแบบเส้นลวด ถ้าใช้กับวงจรกระแสต่ำจะใช้กับวัสดุประเภทคาร์บอน

ตัวต้านทานเปลี่ยนค่าได้

รูปที่  4.8  ตัวความต้านทานชนิดเปลี่ยนค่าได้และสัญลักษณ์ที่ใช้

            โครงสร้างตัวความต้านทานชนิดเปลี่ยนค่าได้แบบ  Wire-Wound  จะใช้ลวดความต้านทานพันบนแกนกระเบื้องเคลือบหรือพลาสติกแข็ง ซึ่งจะทำเป็นรูปวงแหวน ตรงกลางวงแหวนจะมีแขนสำหรับปรับตำแหน่ง (Contact Arm)  ของความต้านทานให้อยู่ในตำแหน่งใด ๆ  บนวงแหวนนี้ โดยอาศัยการหมุนแกน

ไวร์วาวด์

รูปที่  4.9  โครงสร้างตัวความต้านทานชนิดเปลี่ยนค่าได้แบบ  Wire – Wound

ตัวความต้านชนิดนี้เปลี่ยนค่าได้แบบคาร์บอน จะมีลักษณะโครงสร้างคล้าย ๆ กับแบบ Wire – Wound  แต่จะทำขึ้นโดยติดสารผสมของคาร์บอนกับจานไฟเบอร์ (Fiber)  และมีขาที่เคลื่อนที่ได้เป็นตัวสัมผัส  (Contact)  ทำหน้าที่เปลี่ยนค่าความต้านทานเมื่อหมุนแกนหรือเลื่อนแกน ซึ่งจะมีย่านความต้านทานตั้งแต่  50  W    ถึง  10  MW   อัตราทนกำลังถึง  5  วัตต์

ตัวต้านทานเปลี่ยนค่าแบบคาร์บอน

รูปที่  4.10  โครงสร้างตัวความต้านทานชนิดเปลี่ยนค่าได้แบบคาร์บอน

การใช้งานของตัวความต้านทานชนิดเปลี่ยนค่าได้  จะมีลักษณะการใช้งานอยู่ 2 ชนิด  คือ

1.      การใช้งานเป็นรีโอสะตาท  (Rheostat)

2.      การใช้งานเป็นโพเทนทิโอมิเตอร์ (Potentionmeter)

การใช้งานเป็นรีโอสะตาต (Rheostat)  เพื่อควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าในวงจร  จะมีลักษณะการต่อวงจรอนุกรมกับโหลด (Load)   ดังรูป 4.11

รีโอสตาต

รูปที่  4.11  การใช้งานแบบรีโอสะตาต (Rheostat)

การใช้งานเป็นแบบโพเทนทิโอมิเตอร์ (Potentiometer)  ใช้สำหรับควบคุมโวลต์เตจของวงจร หรือใช้สำหรับปรับสัญญาณต่าง ๆ ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เช่น วอลลุ่ม (Volume), เบส (Bass) และทรีเบิล (Treble)   หรือปุ่มปรับความสว่างของโทรทัศน์ (Brightness)  และอื่น ๆ ฯลฯ

วงจรโพเทนทิโอมิเตอร์ จะมีลักษณะการทำงานเหมือนกับวงจรแบ่งแรงเคลื่อนไฟฟ้า (Voltage divider)  ดังรูป

โดยความต้านทาน ที่จุด  A  กับ  B  จะถูกแบ่งค่าความต้านทานออกเป็น  R1,  R2  โดยการเลื่อนขากลาง (C) เพื่อให้ได้ความต้านทานตามต้องการ และแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ตกคร่อมโพเทนทิโอมิเตอร์จะเปลี่ยนไปด้วย

โพเทนทิโอมิเตอร์

รูปที่  4.12  การใช้งานแบบโพเทนทิโอมิเตอร์

โพเทนทิโอมิตอร์  (Potentiometer)  หรือบางทีเรียกว่า “พอท”  (Pot)  มีลักษณะของการเปลี่ยนความต้านทาน 2 แบบ คือ

1.  ชนิดแบบ  A   การเปลี่ยนค่าความต้านทานโดยการหมุนแกนนั้นจะไม่เป็นลักษณะเชิงเส้น (Nonlinear)  ค่าความต้านทานจะค่อย ๆ เพิ่มอย่างช้า ๆ และจะเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อการหมุนแกนเกือบถึงปลายสุด ซึ่งการเพิ่มขึ้นของความต้านทานนี้จะเป็นแบบอัตราทวีคูณหรือบางทีเรียกว่า แบบล็อคสเกล (Log Scale)  ส่วนมากจะใช้ เป็นตัวปรับความดังของเครื่องขยายเสียง ที่เรียกว่า วอลลุ่ม  (Volume)  เช่น  VR  10  KA,  VR  50  KA,  VR  100  KA  เป็นต้น

เราจะสังเกตว่าเป็นพอทชนิดนี้ได้โดย  อักษร  A  ที่พิมพ์ติดไว้

2.  ชนิดแบบ B การเปลี่ยนค่าความต้านทานแบบนี้จะมีลักษณะที่เป็นเชิงเส้น (Linear Scale) คือ ค่าความต้านทานที่มีการเปลี่ยนแปลงไปจะมีค่าที่สม่ำเสมอ เป็นอัตราส่วน โดยตรงกับการหมุนแกน

นิยมใช้เป็น เบส (Bass)  และ  ทรีเบิ้ล (Treble)  ในเครื่องขยายเสียง หรือปรับความสว่าง (Brightness)  และความคมชัด (Contrast)  ในเครื่องรับโทรทัศน์ เช่น  VR  50 kB, VR 100 kB, VR 500 kB  เป็นต้น ซึ่งจะสังเกตได้จาก ตัวอักษร B ที่ฟิล์มติดไว้ที่ตัวพอท เหมือนเช่นกัน

ทริมพอท (TRIM POT)  หรือวอลลุ่มเกือกม้า  จะเป็นพอที่ถูกออกแบบมาเพื่อใช้งานบนแผ่นปริ๊นท์ (Chassis)  ของวงจรได้เลย  โดยไม่ต้องมีแกนหมุนยื่นออกมา เพื่อปรับค่าความต้านทาน  แต่จะ ใช้ไขควงช่วยในการปรับเปลี่ยนตำแหน่งต้านทานแทน

การใช้ทริมพอท  จะเป็นในลักษณะที่เริ่มการทำงานของวงจรในครั้งแรก  หรือใช้ปรับแต่งวงจรเมื่อมีการทำงานผิดพลาดเกิดขึ้น  ซึ่งไม่จำเป็นต้องปรับแต่งหลายครั้ง  ทริมพอทส่วนมากทำมาจากวัสดุประเภทคาร์บอน  ซึ่งมีค่าความต้านทานไม่สูงมากนัก

พริมพอท

รูปที่  4.13  ชนิดทริมพอท  หรือวอลลุ่มเกือกม้า

3.  ตัวความต้านทานชนิดปรับแต่งค่าได้  (Adjustable  Resistors) 

คือค่าความต้านทานที่สามารถปรับตำแหน่งตามค่าที่ต้องการได้  ซึ่งจะได้เฉพาะค่าใดค่าหนึ่งที่ปรับไว้เท่านั้น  โดยมากใช้ตัวความต้านทานชนิดแบบไวร์วาวด์  และที่บนตัวของตัวความต้านทานชนิดนี้จะมีปลอกโลหะสวมอยู่  และสามารถเลื่อนตำแหน่งเพื่อให้ได้ค่าความต้านทานที่ต้องการได้ เสร็จแล้วซันสกูรล็อคให้จุดสัมผัสของปลอกโลหะ กดลงบนขดลวดความต้านทานให้แน่นเพื่อป้องกันการอาร์คของหน้าสัมผัส

 

ตัวต้านทานปรับค่า

 

รูปที่  4.14  ตัวความต้านทานชนิดปรับแต่งค่าได้

4.  ตัวความต้านทานชนิดแบ่งค่าได้  (Tapped Resistors)

คือ  ตัวความต้านทานแบบชนิดไวร์วาวด์ แต่ตัวความต้านทานนี้อาจถูกแท็ปขดลวดความต้านทานออกมาเป็น  ค่าความต้านทานสองหรือสามค่าได้ ซึ่งจะต่างจากตัวต้านทานชนิดปรับค่าได้ตรงที่ไม่มีปลอกโลหะสวมเพื่อปรับค่าความต้านทานดังรูป 4.15

 

ตัวต้านทานแบบแบ่งค่า

 

รูปที่  4.15  ตัวความต้านทานชนิดแบ่งค่าได้

5.  ตัวความต้านทานชนิดพิเศษ  (Special  Resistors)

คือ  ตัวความต้านทานที่มีการเปลี่ยนแปลงค่าได้ตามอุณหภูมิและความเข้มของแสงที่มาตกกระทบตัวความต้านทานนี้ อันได้แก่ เทอร์มิสเตอร์  (Thermister)  และ แอล ดี อาร์ (LDR : Light Dependent  Resistor)

เทอร์มิสเตอร์  (Thermister)  เป็นอุปกรณ์ที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงกล่าวคือ  ค่าความต้านทานในตัวมันจะเปลี่ยนไปกับอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง  โดยพื้นฐานแล้วจะเป็นตัวความต้านทานแบบไม่เป็นเชิงเส้น (Non-Linear)  ผลิตออกใช้งานในรูปร่างขนาดต่าง ๆ กัน บ้างก็มีรูปเป็นจานเล็ก ๆ และบางประเภทเป็นแท่งเล็ก ๆ คล้ายกับตัวความต้านทาน

เทอร์มิสเตอร์

 

รูปที่  4.16  แสดงลักษณะของเทอร์มิสเตอร์

เทอร์มิสเตอร์ จะมีอยู่ 2 ประเภท แบ่งตาม  ส.ป.ส.  ของอุณหภูมิ (Temperature-Coefficient)  คือ

1.  แบบ  NTC  (Negative  Temperature  Coefficient)  คือ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ค่าความต้านทานจะลดลง

2.  แบบ  PTC  (Positive  Temperature  Coefficient)  คือ  เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ค่าความต้านทานจะเพิ่มสูงขึ้นตามไปด้วย

แอลดีอาร์ (LDR : Light Dependent Resistor)  คือ ความต้านทานชนิดที่ไวต่อแสง กล่าวคือ ตัวความต้านทานนี้สามารถเปลี่ยนสภาพทางความนำไฟฟ้า ได้เมื่อมีแสงมาตกกระทบ บงครั้งเรียกว่าโฟโตรีซีสเตอร์ (Photo  Resistor)  หรือ โฟโตคอนดัคเตอร์  (Photo Conductor)  เป็นตัวต้านทานที่ทำมาจากสารกึ่งตัวนำ  (Semiconductor)  ประเภทแคดเมี่ยมซัลไฟด์ (Cds : Cadmium Sulfide)  หรือแคดเมี่ยมซิลินายส์ (CdSe : Cadmium Selenide)  

แอล ดี อาร์

รูปที่  4.17  แสดงลักษณะของตัว แอลดีอาร์

2.  หน่วยของความต้านทาน

ค่าความต้านทานหรือที่เรียกว่า  “รีซีสแตนท์”  (Resistance)  ตัวความต้านทานนี้จะมีหน่วยเบื้องต้นในการวัดเป็น โอห์ม (Ohm : W )  ความหมาย  “โอห์ม”  คือ เกิดจากค่าความต้านทานที่ยอมให้กรแสไหลผ่านได้  1  แอมป์  มีแรงเคลื่อนไฟฟ้า  1  โวลต์  ตกคร่อมตัวความต้านทานนี้

แต่ความต้านที่ใช้ในวงจรมีหลายขนาดตั่งแต่ค่าต่ำสุดจนถึงค่าสูงสุด จึงจำเป็นต้องมีหน่วยของความต้านทาน เพื่อช่วยในการอ่านและความสะดวกในการใช้งาน

 

หน่วยของความต้านทาน  (Unit  of  Resistance)

                   1,000  W                                      เท่ากับ                    1  K  W   (Kilo  Ohm)

                 10,000  W                                      เท่ากับ                    10 K  W      

               100,000  W                                      เท่ากับ                    100 K  W

            1,000,000  W                                      เท่ากับ                  1,000 K W     หรือ  1  MW   (Megaohm) 

3.  วิธีการอ่านค่าความต้านทาน

การอ่านค่าความต้านทานของรีซีสเตอร์มีอยู่  2  วิธี  คือ

วิธีที่  1  การอ่านค่าความต้านทาน  ค่าเปอร์เซ็นต์ผิดพลาด  และค่าอัตราทนกำลังไฟฟ้า  จากค่าที่พิมพ์ติดบนตัวรีซีสเตอร์ได้เลย    ส่วนมากจะเป็นรีซีสเตอร์แบบไวร์วาวด์  ซึ่งจะเป็นตัวความต้านทานที่มีขนาดใหญ่

วิธีที่  2  การอ่านค่าที่เป็นโค้ดสีของความต้านทาน  (Resistor  colour  Code) จะเป็นตัวความต้านทานที่มีอัตราทนกำลังไฟฟ้าต่ำ ๆ ส่วนมากจะเป็นตัวความต้านทานพวก  คาร์บอน, ฟิล์มคาร์บอน, ฟิล์มโลหะ  ซึ่งพอจะจำแนกการอ่านโค้ดสีได้จากลักษณะของตัวความต้านทานได้ดังนี้

1.  ระบบ  “หัวถึงปลาย”  (End to center band system)  คือตัวต้านทานที่มีลักษณะการต่อขาใช้งานออกมาตามความยาวกับตัวต้านทาน หรือเรียกว่า แบบสายต่อทางแกน (Axial)

2.  ระบบ “ตัวหัวจุด”  (Body-end-dot System)  คือ ตัวความต้านทานที่มีลักษณะการต่อขาในแนวรัศมี หรือเรียกว่า แบบสายต่อทางข้าง (Radial)

            อาการเสีย  ตัวความต้านทานเราสามารถตรวจพบอาการเสียอยู่เสมอ คือ ยืดค่า, ขาด, ความต้านทานไม่คงที่  และตัวความต้านทานไหม้  เนื่องมากจากกระแสไหลผ่านตัวมันมากเกินไป

            การตรวจซ่อม  เมื่อเปลี่ยนตัวความต้านทานควรจะใช้ค่าความต้านทานและอัตราทนกำลังไฟฟ้าเท่าเดิม  อย่าใช้ค่ามากกว่าหรือน้อยกว่าค่าเดิม เพราะจะทำให้วงจรนั้น ๆ ทำงานผิดพลาด ส่งผลให้อุปกรณ์ตัวอื่น   ๆ ในวงจรเสียหายได้

 

ตัวเหนี่ยวนำ

ตัวเหนี่ยวนำ  หรือ  อินดัคเตอร์  เป็นอุปกรณ์ชิ้นส่วนทางอิเล็กทรอนิกส์ชนิดหนึ่ง ที่ประกอบอยู่ในวงจรเครื่องรับ-ส่งวิทยุ, วงจรเครื่องรับโทรทัศน์, วงจรเลือกความถี่ และวงจรอื่น ๆ  ที่อาศัยหลักการเหนี่ยวนำ

บางครั้งอาจจะเรียกตัวอินดัคเตอร์ว่า  “คอยล์”  (Coils)  หรือ  “แอล”  (L)  แทนก็ได้ โดยลักษณะโครงสร้างของอุปกรณ์ประเภทนี้ คือ การนำเอาลวดตัวนำทองแดงมาพันเป็นขดจำนวนหลาย ๆ รอบบนแกน อากาศ หรือ แกนวัสดุอื่นใดก็ได้ ซึ่งขดลวดทองแดงนี้จะแสดงคุณสมบัติเป็นตัวเหนี่ยวนำทางไฟฟ้าได้ก็ต่อเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวมัน  โดยการเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นนี้จะอยู่ในรูปของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

ตัวเหนี่ยวนำ

รูปที่  4.18  แสดงลักษณะของอินดัคเตอร์และสัญลักษณ์

นอกจากนี้ขดลวดทองแดงที่นำมาทำเป็นตัวเหนี่ยวนำยังมีคุณสมบัติพิเศษอีกอย่างหนึ่ง คือ คุณสมบัติที่ต่อต้านการเปลี่ยนแปลงใด ๆ  ในการไหลของกระแสไฟฟ้าที่ผ่านเข้ามาในตัวมัน เราเรียกว่า “ค่าความเหนี่ยวนำ” หรือ “อินดัคแตนซ์” (Inductance)  

คุณสมบัติของ R และ L

รูปที่  4.19  การเปรียบเทียบคุณสมบัติของรีซีสเตอร์และอินดัคเตอร์ในวงจร เอ.ซี.

            จากรูปที่  4.19  เป็นวงจรการเปรียบเทียบคุณสมบัติของรีซีสเตอร์ และอินดัคเตอร์ ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ (A.C)  เราจะเห็นจากรูป 2 ก  รีซีสเตอร์จะต่อต้านการไหลของกระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวมันอยู่ตลอดเวลา ส่วนรูปที่ 2 ข ใช้ตัวอินดัคเตอร์เป็นตัวต้านทานกระแสไฟฟ้า ซึ่งอินดัคเตอร์นี้จะต่อต้านการไหลของกระแสไฟฟ้าเฉพาะในช่วงที่กระแสไฟฟ้ามีการเปลี่ยนแปลงเท่านั้น

 

ตัวเก็บประจุ

ตัวเก็บประจุบางทีเราอาจจะเรียกว่า “ ตัวคาปาซิเตอร์”  (Capacitor) หรือ “ ตัวคอนเดนเซอร์ “ (Condenser) หรือ เรียกย่อ ๆ ว่า “ซี” (C) ก็ได้

            เมื่อกล่าวถึงตัวเก็บประจุ สิ่งแรกที่ต้องคำนึงถึงก่อนอื่นก็คือ “ ความจุ” ซึ่งหมายถึงความสามารถในการที่จะสะสมหรือเก็บประจุไฟฟ้าเอาไว้ได้

            ตัวคาปาซิเตอร์นี้ จะเป็นอุปกรณ์ทางไฟฟ้าชนิดเดียวที่สามารถสะสมประจุไฟฟ้าเอาไว้ในตัวมันได้ ซึ่งจะมีคุณสมบัติเปรียบเสมือนแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า หรือแบตเตอรี่ที่ต่ออยู่ภายในวงจร เรา สามารถใช้ตัวคาปาซิเตอร์เพื่อเพิ่ม หรือลดค่าความจุ  (Capacitance) ในวงจรไฟฟ้าได้

หลักการทำงานโดยทั่วไปของตัวคาปาซิเตอร์

          ลักษณะโครงสร้างพื้นฐานของตัวเก็บประจุนั้นจะทำมาจากแผ่นตัวนำ 2 แผ่นวางขนานอยู่ใกล้กัน โดยมีฉนวนที่เรียกว่า “ ไดอิเล็กตริด” (Dielectric) กั้นอยู่ตรงกลาง ฉนวนไดอิเล็กตริดที่ใช้อาจจะเป็นชนิด อากาศ, กระดาษ, น้ำมัน, ไมก้า, เซรามิค, น้ำยาอิเล็กทรอไลท์ หรือ ชนิดใดๆ ก็ได้

ตัวเก็บประจุ

รูป 4.20 แสดงโครงสร้างและสัญลักษณ์ของตัวเก็บประจุ

            โดยทั่วไปตัวเก็บประจุจะมีการทำงานอยู่ 2 ลักษณะ คือการเก็บประจุไว้ในตัวเก็บประจุ (Charge) และการคายประจุออกจากตัวเก็บประจุ (Discharge)

การเก็บประจุ และคายประจุของตัวคาปาซิเตอร์

            การเก็บประจุของตัวคาปาซิเตอร์

            เพื่อให้เข้าใจถึงการประจุ (Charge) ของตัวคาปาซิเตอร์เกิดขึ้นได้อย่างไรในวงจรโดยจะนำเอาแผ่นตัวนำ 2 แผ่น มาวางใกล้ๆ กันและมีฉนวนซึ่งเป็นอากาศกั้นอยู่ตรงกลางระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสอง ซึ่งจะแสดงเป็นคุณสมบัติของตัวคาปาซิเตอร์ ต่อเป็นวงจรดังรูป

วงจรเทียบเคียง

รูป 4.21 แสดงวงจรการเก็บประจุของตัวคาปาซิเตอร์

จากวงจร ดังรูป เมื่อแผ่นตัวนำยังไม่ได้รับการประจุ และสวิตช์ (S.W.) ยังไม่ได้ปิดวงจรกระแสไฟฟ้าในวงจรจะยังไม่ไหล และถ้าวัดความต่างศักย์ไฟฟ้าคร่อม ที่แผ่นตัวนำทั้ง 2 แผ่นจะเท่ากับศูนย์โวลต์ คือจะเป็นกลางทางไฟฟ้า

การเก็บประจุ

รูป 4.22 แสดงการเก็บประจุของตัวคาปาซิเตอร์

จากรูป 4.22   เมื่อสับสวิตช์ (S.W.) ปิดวงจรด้วยอำนาจของแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่แบตเตอรี่จ่ายให้แก่วงจร จะสามารถทำให้อิเล็กตรอนไหลจากขั้วลบไปสู่ขั้วบวกได้ โดยขั้วลบของแบตเตอรี่จะจ่ายอิเล็กตรอนให้กับแผ่นตัวนำ (B) และในขณะเดียวกันตัวแบตเตอรี่เองก็สูญเสียจำนวนอิเล็กตรอนไป ดังนั้นมันจะต้องดึงดูดเอาอิเล็กตรอนจากแผ่นตัวนำ (A)  เข้ามาเสริมภายในตัวมัน ซึ่งจำนวนของอิเล็กตรอนที่รับเข้ามาจะเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่แบตเตอรี่เสียไป

            เราจะสังเกตที่แอมป์มิเตอร์ให้ดีว่าขณะที่แบตเตอรี่จ่ายอิเล็กตรอนให้แผ่นตัวนำ  (B)  เข็มแอมป์มิเตอร์จะชี้ขึ้นชั่วระยะเวลาหนึ่ง  แสดงว่ากระแสไหลผ่านวงจรได้ แล้วเข็มมิเตอร์จะตกลงมาชี้ที่ตำแหน่ง 0 แอมป์ตามเดิม แสดงว่าขณะนี้กระแสไฟฟ้าหยุดไหล (อิเล็กตรอนหยุดการเคลื่อนที่)สาเหตุเกิดจากแผ่นตัวนำ (B) ไม่สามารถรับอิเล็กตรอนได้อีกต่อไปแล้วเพราะอิเล็กตรอนภายในแผ่นตัวนำ (B) จะผลักดันอิเล็กตรอนที่แบตเตอรี่จ่ายให้ และแผ่นตัวนำ (A) ที่สูญเสียอิเล็กตรอนไป จะมีประจุบวกมากขึ้น ซึ่งต้านมิให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากแผ่นตัวนำ (A) ต่อไปอีก พฤติกรรมระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสองนี้เรียกว่า “ ความจุ “ (Capacitance)

            เมื่อเราวัดความต่างศักย์ไฟฟ้าคร่อมที่แผ่นตัวนำทั้งสองจะได้ค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าตกคร่อมสูงประมาณเท่ากับแบตเตอรี่ที่จ่ายแรงดันไฟฟ้าให้แก่วงจรนี้ยังผลให้ที่แผ่นตัวนำ (B) จะแสดงประจุลบ และแผ่นตัวนำ (A)  จะแสดงประจุบวกออกมา ฉนวนหรือไดอิเล็กตริดที่กั้นระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสองจะเป็นตัวป้องกันไม่ให้ประจุลบที่แผ่นตัวนำ (B) วิ่งผ่านตัวมันไปยังประจุบวกที่แผ่นตัวนำ (A) ได้ ซึ่งผลของการประจุของแผ่นตัวนำทั้งสองจะทำให้เกิดความเครียด (Strain)  ขึ้นกับวงหมุนของอิเล็กตรอนซึ่งอยู่ภายในไดอิเล็กตริดนี้อันเป็นสาเหตุทำให้กำลังงานเกิดขึ้นได้

การทำงาน

รูป 4.23 เมื่อตัวคาปาซิเตอร์เก็บประจุไว้เติมที่แล้ว การปิด – เปิดสวิตซ์จะไม่มีผลต่อวงจร

            จากรูป 4.23 เมื่อสับสวิตช์ (S.W.) เปิดวงจรออกที่แผ่นตัวนำทั้งสองก็ยังคงมีประจุไฟฟ้าอยู่ทั้งนี้เพราะไม่มีทางที่จะทำให้อิเล็กตรอนในแผ่นตัวนำเคลื่อนที่ไปไหนได้ ถึงแม้เราจะสับสวิตช์ (S.W.) ให้ปิดวงจรอีกครั้งก็๓ตามจะไม่มีผลต่อวงจรเพราะตัวคาปาซิเตอร์ได้เก็บประจุไฟฟ้าไว้เต็มที่แล้วซึ่งจะเป็นคุณสมบัติในการเก็บประจุ (Charge)  นั่นเอง

            การคายประจุของตัวคาปาซิเตอร์

            เมื่อตัวคาปาซิเตอร์รับประจุไฟฟ้าไว้เต็มที่แล้วมันจะคงสภาพนี้ต่อไปเรื่อยๆ ในการที่จะทำให้ตัวคาปาซิเตอร์คายประจุออกมาได้ก็โดยนำเอาแหล่งจ่ายแบตเตอรี่ที่ต่อในวงจรออก ซึ่งตัวคาปาซิเตอร์จะมีคุณสมบัติเป็นแหล่งจ่ายแรงเคลื่อนไฟฟ้าในวงจรแทนแบตเตอรี่ที่ถูกปลดออกไป วงจรการคายประจุของตัวคาปาซิเตอร์แสดงดังรูป

คายประจุ

รูป 4.24 วงจรคายประจุตัวคาปาซิเตอร์

            การทำงานของวงจรเมื่อสับสวิตช์ (S.W.)  ปิดวงจรจะสังเกตเห็นว่าแผ่นตัวนำทั้งสองแผ่นจะต่อถึงกันได้ และที่แอมป์มิเตอร์เข็มมิเตอร์จะชี้ขึ้นระยะเวลาหนึ่ง แสดงว่าอิเล็กตรอนที่แผ่นตัวนำ (B)  ที่มีประจุลบ จะไหลผ่านแอมป์มิเตอร์ และสวิตช์ (S.W.) มาที่แผ่นตัวนำ (A)  มีประจุบวกจนมีผลทำให้แผ่นตัวนำทั้งสองแผ่น มีสภาพเป็นกลางไม่แสดงประจุไฟฟ้าออกมาซึ่งอิเล็กตรอนจึงหยุดไหลเข็มของแอมป์มิเตอร์จึงกลับมาชี้ที่ตำแหน่ง 0 ตามเดิม ซึ่งการไหลของกระแสไฟฟ้าในวงจรจะมีทิศทางตรงกันข้ามกับการเก็บประจุครั้งแรก เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า การคายประจุ (Discharge)

ความจุของตัวคาปาซิเตอร์

          ความจุ (Capacity) คือ ความสามารถในการสะสมประจุไฟฟ้าของตัวคาปาซิเตอร์ ซึ่งจะขึ้นอยู่กับส่วนประกอบ 3 ประการ คือ

1.      พื้นที่ผิวของแผ่นตัวนำ

2.      ระยะห่างระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสองแผ่น

3.      ชนิดของวัสดุที่ใช้เป็นไดอิเล็กตริด

1.พื้นที่ผิวของแผ่นตัวนำ จะเป็นสิ่งสำคัญที่ใช้กำหนดขนาดของความจุ (Capacitance) ทั้งนี้เพราะว่า  แผ่นตัวนำที่มีพื้นที่มากจะสามารถรับจำนวนอิเล็กตรอนได้มากกว่าแผ่นตัวนำที่มีพื้นที่น้อย

ดังนั้นการที่เพิ่มเนื้อที่ของแผ่นตัวนำก็ย่อมจะทำให้ค่าของความจุของตัวเก็บประจุเพิ่มขึ้น และการที่ลดเนื้อที่ของแผ่นตัวนำลงจะทำให้ค่าความจุของตัวเก็บประจุลดน้อยตามไปด้วย

พื้นผิวมีผลต่อความจุ

ก. พ.ท.ผิวของแผ่นตัวนำน้อย               ข. พ.ท.ผิวของแผ่นตัวนำมาก

    ความจุของตัวเก็บประจุน้อย                  ความจุของตัวเก็บประจุมาก

รูป 4.25 แสดงพื้นที่ผิวของแผ่นตัวนำที่มีผลต่อค่าความจุ

2. ระยะห่างระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสองแผ่น  จะมีผลต่อปฏิกิริยาระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสองแผ่นที่วางขนานกัน โดยถ้าวางให้แผ่นตัวนำทั้งมีระยะใกล้ๆ กัน จะทำให้ค่าความจุระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสองเพิ่มขึ้น และถ้าเราเลื่อนให้แผ่นตัวนำทั้งสอง วางมีระยะห่างจากกันก็จะมีผลทำให้ค่าความจุระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสองลดลง

            สาเหตุที่เป็นเช่นนี้ก็เนื่องมาจากผลที่เกิดขึ้นจากประจุไฟฟ้าบนแผ่นตัวนำหนึ่งส่งผลมากระทำต่อประจุไฟฟ้าบนแผ่นตัวนำอีกแผ่นหนึ่ง โดยแผ่นตัวนำที่รับอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้น จะมีประจุลบจะส่งผลผลักดันให้อิเล็กตรอนที่อยู่บนแผ่นตัวนำตรงข้ามหลุดออกไปทำให้เกิดประจุบวกที่แผ่นตัวนำนี้ และในขณะเวลาเดียวกัน แผ่นตัวนำที่มีประจุบวกก็จะเหนี่ยวนำให้อิเล็กตรอนที่ไหลเข้ามาที่แผ่นตัวนำตรงข้ามเพิ่มมากขึ้นทำให้เกิดประจุลบบนแผ่นตัวนำที่รับอิเล็กตรอนเข้ามา

ระยะห่างมีผลต่อความจุ

รูป 4.26 แสดงระยะห่างระหว่างแผ่นตัวนำที่มีผลต่อความจุ

3. ชนิดของวัสดุที่ใช้ทำเป็นไดอิเล็กตริด  เมื่อเราใช้ขนาดของพื้นที่ผิวแผ่นตัวนำเท่ากันและระยะห่างระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสองแผ่นก็คงที่สิ่งที่จะมีผลทำให้ความจุของตัวคาปาซิเตอร์เปลี่ยนไปได้อีกก็คือ ชนิดของไดอิเล็กตริดที่นำมาใช้เป็นฉนวนกั้นระหว่างแผ่นตัวนำ โดยส่วนมากแล้วชนิดของไดอิเล็กตริดจะเปรียบเทียบกับฉนวนที่เป็นอากาศ เพราะจะมีค่าคงที่ของไดอิเล็กตริด (Dielectric Constant) เท่ากับ 1

            เมื่อเปลี่ยนไดอิเล็กตริดเป็นชนิดอื่นแทนอากาศ เช่น ไมก้าจะมีค่าคงที่ของไดอิเล็กตริดเท่ากับ 7 หมายถึงว่าจะมีค่าความจุเพิ่มเป็น 7 เท่าของ อากาศ หรือ น้ำมันมะกอก (oil) มีค่าคงที่ของ    ไดอิเล็กตริดเท่ากับ 3 หมายถึง จะมีค่าความจุเพิ่มเป็น 3 เท่าของอากาศ เป็นต้น

            ซึ่งค่าคงที่ไดอิเล็กตริดยิ่งมากจะทำให้มีค่าความจุของตัวเก็บประจุมากขึ้นตามไปด้วย แต่ค่าความคงทนหรือความแกร่งของไดอิเล็กตริดจะมีผลต่อ อัตราทนกำลังไฟของตัวเก็บประจุนี้ ชนิดของไดอิเล็กตริดที่ใช้ทำตัวคาปาซิเตอร์ ที่ดีที่สุด คือไมก้า แต่มีค่าความจุน้อยและไดอิเล็กตริดที่มีการรั่วของประจุมากที่สุดคือ ชนิดไดอิเล็กโตรไลท์ติคซึ่งจะมีการรั่วของประจุถึงมิลลิแอมป์ นิยมใช้ในวงจรที่ไม่ต้องการความละเอียดมากมายนัก เช่น วงจรฟิลเตอร์ในภาคเพาเวอร์ซัพพลาย เป็นต้น

            ความจุของตัวคาปาซิเตอร์ เราสามารถคำนวณหาค่าได้จากสูตร

 

 

 

 


            เมื่อ   C             =          ความจุ (Capacitance) หน่วย (pF)

                    KΠ                      =   ค่าคงที่ของไดอิเล็กตริด

                    A              =          พื้นที่ของแผ่นตัวนำ หน่วย (ตารางนิ้ว)

                    N             =          จำนวนแผ่นตัวนำที่นำมาวางซ้อนกัน

                   D             =          ระยะห่างระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสองหน่วย (นิ้ว)

 

หน่วยของค่าความจุ  (Unit of Capacitance)

            ค่าความจุจะเป็นหน่วยวัดของตัวคาปาซิเตอร์ ซึ่งค่าความจุไฟฟ้า 1ฟารัด หมายถึง การจ่ายแรงเคลื่อนไฟฟ้า 1 โวลต์ แล้วทำให้เกิดประจุไฟฟ้า 1 คูลอมป์ ขึ้นที่แผ่นตัวนำทั้งสองแผ่นของตัวเก็บประจุนี้ จะได้ว่าตัวเก็บประจุนี้มีค่าความจุไฟฟ้าขนาด 1 ฟารัด

            เขียนเป็นสมการได้ว่า

   ประจุไฟฟ้า

แรงเคลื่อนไฟฟ้า

 

 
           

ความจุไฟฟ้า  =

 

 


              หรือ                      C    =

 

เมื่อ                  C    =   ความจุไฟฟ้า (Capacitance) หน่วยฟารัด (F)

                        Q    =   ประจุไฟฟี้ที่แผ่นตัวนำ หน่วยคูลอมป์ (C)

                        V    =    แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ขั้วทั้งสองตัวเก็บประจุหน่วยโวลต์ (V)

            ฟารัด (FARAD) เป็นหน่วยของความจุไฟฟ้าได้มาจากชื่อนักวิทยาศาสตร์ผู้ค้นพบปรากฏกาณ์นี้ คือ ท่าน ไมเคิล   ฟราเดย์           

            ค่าความจุ 1 ฟารัด จะต้องใช้ตัวคาปาซิเตอร์ ที่มีขนาดใหญ่โตมากปกติแล้วค่าของความจุที่ใช้งานจะอยู่ในช่วงของไมโครฟารัด (mF ) จนถึงพิโดฟารัด (pF)  เท่านั้น

อัตราทนไฟของตัวคาปาซิเตอร์

            เมื่อพิจารณาถึงฉนวนที่นำมาทำป็นไดอิเล็กตริดที่กั้นระหว่างแผ่นตัวนำของตัวคาปาซิเตอร์ขณะที่มีความจุที่เกิดขึ้นระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสองซึ่งจะมีผลทำให้เกิดความเครียดในวงโคจรของไดอิเล็กตริดนี้เมื่อเราเพิ่มแรงเคลื่อนไฟฟ้าเพื่อเพิ่มการประจุให้สูงขึ้น มันอาจจะทำให้ไดอิเล็กตริดเสื่อมสภาพลง และแรงเคลื่อนไฟฟ้านี้จะมีค่าสูงสุดเรียกว่า “ เบรคดาว์นโวลต์เตจ” (Break  down Voltage) ซึ่งจะเป็นแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ทำให้ตัวคาปาซิเตอร์นั้นเสียหาย

            เพราะฉะนั้นในการเลือกใช้ตัวคาปาซิเตอร์ในการใช้งานจะต้องคำนึงถึงค่าอัตราทนไฟของตัวคาปาซิเตอร์แต่ละตัวว่ามีค่าเท่าไร ค่าความจุของตัวคาปาซิเตอร์แต่ละตัวอาจจะมีค่าเท่ากันได้ แต่ค่าอัตราทนไฟอาจจะต่างกันได้ อย่างเช่น 100 mF 16V  กับ  100 mF  25V เป็นต้น

            อัตราทนไฟของตัวคาปาซิเตอร์โดยมากจะเขียนบอกไว้ที่ตัวคาปาซิเตอร์ ซึ่งจะบอกค่าอัตราทนไฟเป็น โวลต์ ดี.ซี. (V.D.C.) Working  Voltage (W.V.), หรือ Testing Voltage (T.V.)

            ตัวอย่างเช่น

- ตัวคาปาซิเตอร์ 100 mF  12V  หรือ  12  V.D.C. หมายถึงตัวเก็บประจุนี้ใช้กับวงจรที่ใช้ไฟกระแสตรงไม่เกิน 12 โวลต์

- ตัวคาปาซิเตอร์ 47  mF 600 W.V.  หมายถึงตัวเก็บประจุตัวนี้จะใช้กับวงจรที่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าไม่เกิน 600  โวลต์

- ตัวคาปาซิเตอร์  0.1 mF 600 T.V.  หมายถึงตัวเก็บประจุนี้ใช้กับวงจรที่มีค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าไม่เกิน  600  โวลต์

การเลือกใช้ค่าอัตราทนไฟของตัวคาปาซิเตอร์  จะต้องให้มีค่ามากกว่าค่าของแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ใช้ในวงจรจริงเสมอเพื่อความปลอดภัยและการใช้งานได้ยืนนานของตัวคาปาซิเตอร์นี้

ชนิดตัวคาปาซิเตอร์

          การแบ่งชนิดของตัวคาปาซิเตอร์ ตามการใช้งานจะมีอยู่ 2 ชนิด คือ

1.      ชนิดที่มีค่าคงที่ (Fixed Capacitor)

2.      ชนิดที่เปลี่ยนค่าได้ (Variable Capacitor)

1.  ตัวคาปาซิเตอร์ชนิดที่มีค่าคงที่  (Fixed Capacitor) จะเป็นตัวเก็บประจุที่มีค่าคงที่ไม่สามารถเปลี่ยนค่าความจุได้ ตัวเก็บประจุประเภทนี้จะบอกค่าความจุและอัตราทนไฟของมันเป็นค่าตัวเลขหรืออาจจะใช้แบบชนิดโค๊ดสีเหมือนกับตัวต้านทานได้ โดยมากจะมีการเรียกชื่อตามชนิดของไดอิเล็กตริดที่ใช้เป็นตัวกั้นระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสองของตัวเก็บประจุนี้อันได้แก่ชนิดดังจะได้กล่าวต่อไปนี้

            ตัวคาปาซิเตอร์แบบกระดาษ (Paper Capacitor) เป็นตัวเก็บประจุที่ใช้กระดาษชุบขี้ผึ้งเป็นตัวไดอิเล็กตริดวางขั้นระหว่างแผ่นตัวนำ (Metal Foil) ที่ยาวมากเพื่อให้เกิดความจุตามต้องการแล้วทำการม้วนให้เป็นก้อนรูปทรงกระบอกดังรูป 4.27

คาปาซิเตอร์แบบกระดาษ

 รูป 4.27 ตัวคาปาซิเตอร์แบบกระดาษ

ที่แผ่นตัวนำที่เป็นแผ่นโลหะบางๆ (Metal Foil) ทั้งสองแผ่นจะถูกต่อขาที่เป็นลวดตัวนำออกมาใช้งาน เสร็จแล้วจะหุ้มด้วยวัตถุที่เป็นฉนวน อย่างเช่น ปลอกกระดาษแข็ง หรือ หุ้มด้วยพลาสติกอีกทีเพื่อป้องกันความชื้นและฝุ่นละออง ตัวคาปาซิเตอร์แบบกระดาษนี้จะมีค่าความจุตั้งแต่ 0.001 mF ถึง 1 mF อัตราทนไฟสูงประมาณ 200 โวลต์ถึง 1600 โวลต์ การใช้งานจะใช้ได้ทั่วไปมีเสถียรภาพปานกลางและอายุการใช้งานที่นาน มีขนาดใหญ่ราคาถูก

ตัวคาปาซิเตอร์แบบไมก้า (Mica Capacitor) ตัวเก็บประจุชนิดนี้จะใช้ไมก้าเป็นไดอิเล็กตริด ซึ่งจะเป็นฉนวนที่เกิดขึ้นเองในธรรมชาติ และถือว่าเป็นไดอิเล็กตริดที่ดีที่สุด

โครงสร้างของมันอาจจะใช้แผ่นตัวนำบางๆ อาจจะใช้หลายๆ แผ่นวางสลับซ้อนกันแต่จะต้องคั้นด้วยฉนวนไมก้าเสมอ ดังรูป 4.28 เสร็จแล้วจะหุ้มด้วยพลาสติกเพื่อป้องกันการสึกหรอชำรุด ค่าความจุของตัวคาปาซิเตอร์ชนิดไมก้านี้จะมีค่าประมาณ  1  pF ถึง  0.1  mF อัตราทนกำลังไฟจะขึ้นอยู่กับความหนาของไดอิเล็กตริดที่ใช้กั้นระหว่างแผ่นตัวนำโดยทั่วไปประมาณ  100  โวลต์ ถึง  2,500  โวลต์ ดี.ซี.

คาปาซิเตอร์แบบไมกา

ก.      โครงสร้างตัวคาปาซิเตอร์แบบไมก้า

รูป 4.28 ตัวคาปาซิเตอร์แบบไมก้า

ตัวคาปาซิเตอร์ชนิดไมก้ายังแบ่งออกตามชนิดของแผ่นตัวนำที่นำมาใช้มีอยู่ 2 ชนิดคือ

1.      แบบโลหะฟอยล์ (Metal  Foil) จะใช้แผ่นฟิล์มของโลหะบางๆ ทำเป็น

อิเล็กโทรดของตัวคาปาซิเตอร์ซึ่งจะเป็นแบบที่เรียกว่า ไมก้าก้อน (Stacked- mica  Capacitor)

                        2.    แบบซิลเวอร์ไมก้า (Silver mica Capacitor) ประกอบด้วยแผ่นอิเล็กโทรด ซึ่งทำมาจากโลหะเงินบริสุทธิ์ฉาบลงบนแผ่นไมก้า เพื่อจะทำให้คุณสมบัติของตัวเก็บประจุแบบนี้ดีขึ้น

            ตัวคาปาซิเตอร์แบบเซรามิค (Ceramic Capacitor) โดยทั่วไปตัวเก็บประจุชนิดนี้จะใช้ไดอิเล็กตริดที่ทำมาจากกระเบื้องดินเผา หรือที่เรียกว่า เซรามิค (Ceramic) แล้วเคลือบผิวเซรามิคด้วยเงินเพื่อใช้แทนเป็นแผ่นตัวนำทำให้มีค่าความจุสูงขึ้นแต่ขนาดเล็กลงเมื่อเปรียบเทียบกับตัวเก็บประจุชนิดอื่นตัวคาปาซิเตอร์ชนิดนี้มีค่าความจุระหว่าง 1 pF ถึง 2.2 mF มีอัตราทนไฟตั้งแต่ 3.3 โวลต์ ถึง 6,000 โวลต์ ดี.ซี.  รูปร่างที่ผลิตออกใช้จะเป็นแบบจานแผ่นกลม (Dise) และแบบรูปทรงกระบอก (Tubular)

เซรามิก

ก. โครงสร้างของเซรามิค คาปาซเตอร์

ข.      รูปร่างของเซรามิคคาปาซิเตอร์

รูป 4.29 ตัวคาปาซิเตอร์แบบเซรามิค

ตัวคาปาซิเตอร์ชนิดเซรามิค ยังสามารถบ่งออกเป็น 3 แบบคือ

            1. Low Dielectric จะใช้เซรามิค พวก TIT ANIUM OXODE ที่มีค่าไดอิเล็กตริค (KÎ) ประมาณ 4 ~ 200 ค่าความจุไม่ค่อยสูงมาก

            2. High Dielectric จะใช้เซรามิคพวก TITANIUN ACID BARIUM ค่าไดอิเล็กตริค (KÎ) มีค่าประมาณ 1,000 ไปจนถึง 2,000 ใช้ทำตัวคาปาซิเตอร์มีค่าความจุสูงและขนาดเล็ก

            3. Semi Conductor Ceramic Capacitor ใช้สารไม่บริสุทธิ์เติมลงไปใน TITANIUM ACID BARIUM กลายเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดหนึ่งแล้วนำมาทำเป็นฐานรองไดอิเล็กตริคสามารถทำให้มีขนาดเล็ก แล้วมีค่าความจุมากกว่าแบบ High dielectric

            ตัวคาปาซิเตอร์แบบฟิล์ม (Film Capacitor) ตัวเก็บประจุชนิดนี้จะมีลักษณะโครงสร้างเหมือนกับตัวคาปาซิเตอร์แบบกระดาษมาก แต่จะใช้ไดอิเล็กตริค ที่เป็นแผ่นฟิล์มที่ทำมาจาก โพลีเอสเตอร์ (polyester) หรือชนิดไมลาร์ (Mylar), โพลีโปรไพลีน (Polypropylene) โพลีสไตรีน

( Polystyrene), โพลีคาร์บอเนต (poly Carbonate) และอื่น ๆ โดยนำมาคั้นระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสองแผ่นแล้วพับใหมีลักษณะเป็นรูปทรงกระบอก ซึ่งจะมีชื่อเรียกต่างกันตามชนิดของสารไดอิเล็กตริค ที่ใช้ ได้แก่

            - ชนิดโพลีเอสเตอร์ คาปาซิเตอร์ ชื่อทางการค้าเรียกว่า MKT มีค่าความจุ 0.001 ถึง 100 mF อัตราทนแรงดันถึง 1,500 โวลต์ ดี.ซี.

            - ชนิดโพลีโปรไพลีน คาปาซิเตอร์ ชื่อทางการค้าเรียกว่า MKP มีค่าความจุ ถึง 10 mF อัตราทนแรงดัน ถึง 400 โวลต์ไฟตรงและ 270 โวลต์ไฟสลับ (แบบฟอยล์จะมีอัตราทนแรงดัน 200 โวลต์ถึง 1,600 โวลต์ไฟตรง และ 300 โวลต์ถึง 440 โวลต์ไฟสลับ)

            - ชนิดโพลีสไตรีนคาปาซิเตอร์ มีชื่อทางการค้าคือ MKS ค่าความจุถึง 10 uF อัตราทนแรงดันถึง 1,000 โวลต์ดี.ซี.

            - ชนิดโพลีคาร์บอเนตคาปาซิเตอร์ มีชื่อทางการค้าคือ MKC ค่าความจุถึง 50 uF อัตราทนแรงดันถึง 1,000 โวลต์ดี.ซี.

คาปาซฺเตอร์แบบฟิล์ม

รูป 4.30 ตัวคาปาซิเตอร์แบบฟิล์ม

ตัวคาปาซิเตอร์แบบฟิล์มนี้จะไม่มีขั้ว (NON Polarity) ในการใช้งาน และค่าความต้านทานของฉนวนมีค่าสูง จึงมีการเปลี่ยนแปลงของค่าความจุเนื่องมาจากอุณหภูมิน้อยที่สุด ใช้กับวงจรความถี่สูงได้ดี วงจรตั้งเวลา วงจรอินทีเกรท และวงจรคลับปลิ้งสัญญาณ อายุของตัวเก็บประจุจะมีระยะเวลายืนนาน แต่ทว่าตัวคาปาซิเตอร์ชนิดโพลีโปรไพลีนและ ชนิดโพลีสไตรีน นั้นจะมีราคาแพง

            - ตัวคาปาซิเตอร์แบบไดอิเล็กตริค (Electrolytic Capacitor) หรือบางที่อาจจะเรียกว่าอลูมิเนียมอิเล็กโตรไลติค คาปาซิเตอร์ ตัวคาปาซิเตอร์ชนิดรี้ประกอบด้วยแผ่นอลูมิเนียมที่เป็นแผ่นโลหะที่ทำเป็นขั้วบวก จุ่มอยู่ตรงกลางของน้ำยาเคมี หรือสารละลายอิเล็กโตรไลติค ที่ใช้สารละลายพวก Ethylene Glycol, Glycerine, Boric Acid Liquid Ammonia และอื่นๆ ที่อยู่ในสภาพของเหลวข้น ที่บรรจุอยู่ในกระบอกโลหะ เมื่อป้อนแรงเคลื่อนไฟฟ้าให้ตัวเก็บประจุ โดยป้อนไฟบวกเข้าที่แผ่นอลูมิเนียมที่เป็นขั้วบวกและไฟลบเข้าที่ขั้วลบของสารละลาย อิเล็กโตรไลติคจะปรากฏผลว่ามีการแยกตัวทางไฟฟ้า (Electrolysis) เกิดขึ้นทำให้ขั้วบวกเกิดฟิล์มอลูมิเนียมอ๊อกไซด์ (Aluminum Oxide) ซึ่งจะเป็นสารไดอิเล็กตริค เกิดขึ้นรอบ ๆ แผ่นพวกนี้ โดยมันจะเป็นไดอิเล็กตริค ที่บางที่สูดที่กั้นระหว่าง แผ่นตัวนำบวก และลบสามารถทำให้ตัวเก็บประจุสะสมประจุไฟฟ้าได้ และมีค่าความจุมากกว่าตัวคาปาซิเตอร์ชนิดอื่น ๆ แต่ตัวคาปาซิเตอร์ชนิดนี้จะมีข้อเสียในเรื่องคุณสมบัติทางความถี่ และคุณสมบัติทางอุณหภูมิไม่ค่อยดี ค่ากระแสรั้ว (Leak Current) และค่าสูญเสียอันเนื่องมาจากสารไดอิเล็กตริค มีมาก นอกจากนั้นถ้าหากต่อขั้วในการใช้งานกลับกันหรือใช้กับแรงเคลื่อนไฟฟ้าค่ามากเกินกำหนดจะทำให้วาล์วนิรภัยเสียทำให้สารละลายอิเล็กโตรไลติคกลายเป็นก๊าซพ่นออกมา ซึ่งทั่ว ๆ ไป เรียกว่า คาปาซิเตอร์ระเบิดนั่นเอง

ไดอิเลคทริก

         Capacitor Roll

รูป 4.31 แสดงโครงสร้างและสัญลักษณ์ของตัวคาปาซิเตอร์แบบอิเล็กโตรไลติค

            นอกจากสารละลายอิเล็กโตรไลติคที่เป็นของเหลวข้นที่นำมาทำตัวคาปาซิเตอร์แบบนี้หรือที่เรียกว่า ชนิดอิเล็กโตรไลท์แบบเปียก (Wet electrolytic Capacitor) เรายังสามารถใช้สารอิเล็กโตรไลท์ที่มีความเข้มข้นมากคล้ายแป้งเปียกมาทำตัวคาปาซิเตอร์ชนิดอิเล็กโตรไลท์แบบแห้ง (dry electrolytic Capacitor) ได้

            เพื่อขจัดปัญหาเรื่องการรั่วไหลของสารอิเล็กโตรไลท์ โดยเอาแผ่นตัวนำแผ่นบวก และแผ่นลบ มาวางซ้อนกันแล้วคั่นด้วยสารอิเล็กโตรไลท์ชนิดแห้ง แล้วม้วนเป็นรูปทรงกระบอกหรือบรรจุลงในกล่องที่ออกแบบเอาไว้ตามต้องการ ตัวคาปาซิเตอร์แบบนี้จะมีคุณสมบัติทางความถี่สูง คุณสมบัติการรั่วของกระแส และอื่น ๆ ดีขึ้น

            ตัวคาปาซิเตอร์แบบอิเล็กโตรไลท์ จะมีค่าตั้งแต่ 1 mF ขึ้นไปจนถึงหลายๆ พันไมโครฟารัดและอัตราทนไฟจะสังเกตุดูได้จากตัวคาปาซิเตอร์นี้ได้เลย แต่จะต้องคำนึงถึงขั้วของตัวเก็บประจุในการใช้งานทุกครั้ง การนำไปใช้งานนิยมใช้กับวงจรความถี่ต่ำ เช่น วงจรจ่ายกำลังไฟฟ้า และวงจรคัปปลิ้งในภาคขยายเสียง เป็นต้น

-          ตัวคาปาซิเตอร์ แบบ แทนทาลัม (Tantalum Electrolytic Capacitor)

แทนทาลัม

รูป 4.32 แสดงโครงสร้างและสัญลักษณ์ของตัวคาปาซิเตอร์แบบแทนทาลั่ม

          เป็นตัวคาปาซิเตอร์ที่ใช้สารแทนทาลั่ม ทำเป็นขั้วบวกแทนแผ่นอลูมิเนียม ส่วนสารอิเล็กโตรไลท์ที่ใช้ทำเป็นไดอิเล็กตริคนั้นจะมีอยู่ 2 แบบ คือ แบบโซลิค อิเล็กโตรไลท์ (Solid Electrolyte) ซึ่งใช้ MnO2 และแบบซัลฟูริดแอสิค (Sulfuric Acid) เมื่อนำไปเปรียบเทียบกับขนิดตัวคาปาซิเตอร์แบบอลูมิเนียมอิเล็กโตรไลท์ติคแล้วปรากฏว่ามีคุณสมบัติการรั่วของกระแส คุณสมบัติทางความถี่ คุณสมบัติทางอุณหภูมิดีกว่า จึงนิยมใช้กับวงจรกำจัดสัญญาณรบกวน วงจรคับปลิ้ง วงจรฟิลเตอร์และอื่นๆ

            ค่าความจุของตัวคาปาซิเตอร์แบบแทนทาลั่มจะมีค่าความจุตั้งแต่ 0.001 mF ถึง 1,000 mF อัตราทนแรงดัน 6 โวลต์ถึง 120 โวลต์ ดี.ซี.   แต่ค่าความจุที่มีขายในท้องตลาดจะมีค่า 0.1 mF ถึง 100 mF         

            2. ตัวคาปาซิเตอร์ชนิดเปลี่ยนค่าได้ (Variable Capacitor) ตัวเก็บประจุชนิดนี้จะประกอบด้วยแผ่นโลหะ 2 ชุด หรือที่เรียกว่าแก๊งค์ (gang) คือ ชุดแผ่นโลหะที่สามารถเคลื่อนที่ได้เรียกว่าโรเตอร์ (Rotor) และแผ่นโลหะที่ยึดติดกับเฟรมอยู่กับที่เรียกว่าสเตเตอร์ (Stator) โดยทั่วไปสเตเตอร์จะมีจำนวนแผ่นมากกว่าโรเตอร์อยู่ 1 แผ่น ฉนวนที่ใช้กั้นระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสองจะใช้อากาศเป็นไดอิเล็กตริค ค่าความจุของตัวเก็บประจุแบบนี้จะมีค่าเปลี่ยนไปเมื่อเราหมุนแกนโรเตอร์ โดยถ้าหมุนให้แผ่นโลหะทั้งสองวางขนานกันมากที่สุดค่าความจุของตัวเก็บประจุจะมีค่าสูง และถ้าหมุนให้แผ่นโลหะทั้งสองแผ่นวางซ้อนกันน้อยที่สุดค่าความจุของตัวเก็บประจุก็จะน้อยตามไปด้วย ปกติตัวเก็บประจุแบบนี้จะมีค่าความจุประมาณ 10 – 400 PF การนำไปใช้งาน นิยมใช้ในวงจรจูนเนอร์ของเครื่องรับวิทยุ และเครื่องส่งวิทยุ

คาปาซิเตอร์ปรับค่าได้

รูป 4.33 แสดงรูปร่างและสัญลักษณ์ของวาริเอเบิ้ล คาปาซิเตอร์

            ทริมเมอร์ หรือ แพดเดอร์ จะเป็นตัวเก็บประจุชนิดที่ปรับค่าได้ ซึ่งประกอบด้วย แผ่นโลหะสองแผ่นวางขนานกันแล้วคั่นด้วยแผ่นไมก้าเป็นไดอิเล็กตริค สามารถปรับให้แผ่นโลหะทั้งสองมีระยะชิดและห่างกันได้เพื่อต้องการให้ค่าความจุเปลี่ยนไปโดยใช้สกรูตัวเล็กๆ เป็นตัวปรับแต่ง

รูปร่างคาปาซิเตอร์ปรับค่าได้

รูป 4.34 แสดงรูปร่างและสัญลักษณ์ตัวเก็บประจุปรับค่าได้ (Adjustable Capacitor

ถ้าเรานำเอาตัวเก็บประจุชนิดปรับค่าได้มาต่อแบบอันดับกันเราจะเรียกว่า “ แพดเดอร์” (Padder) และถ้านำมาต่อแบบขนานกันจะเรียกว่า “ทริมเมอร์” (Trimmers)

 

การอ่านค่าและโค๊ดสีของตัวคาปาซิเตอร์

          ในการอ่านค่าของตัวคาปาซิเตอร์นั้นเราจะสังเกตได้จากโค๊ดต่างๆ ที่พิมพ์ติดไว้ที่ตัวคาปาซิเตอร์ซึ่งจะบอกถึงค่าความจุ อัตราทนแรงดัน และค่าความผิดพลาดของความจุคิดเป็น % การกำหนดโค๊ดในการอ่านค่าของตัวเก็บประจุจะมีอยู่ 2 แบบ คือ

1.      แบบโค๊ดตัวเลข จะมีลักษณะในการอ่านค่าความจุ ดังนี้

- การอ่านค่าความจุ และอัตราทนแรงดันได้โดยตรงจากค่าที่พิมพ์ติดไว้ที่ตัวคาปาซิเตส่วนมากจะเป็นตัวเก็บประจุที่มีขนาดใหญ่ เช่น ตัวเก็บประจุชนิดอิเลคโตรไลท์ และชนิดกระดาษ เป็นต้น

- การอ่านค่าความจุที่เป็นรหัสโค๊ดของตัวเลข ส่วนมากจะเป็นตัวเก็บประจุที่มีค่าความจุน้อยและขนาดเล็ก ซึ่งจะพิมพ์เป็นรหัสของตัวเลขลงบนตัวคาปาซิเตอร์นี้ โค๊ดตัวเลขการอ่านถ้าเป็นเลขจำนวนเต็มจะมีหน่วยเป็น พิโคฟารัด (PF) และถ้าเป็นเลขจุดทศนิยมจะมีหน่วยจะมีหน่วยเป็น ไมโครฟารัด (uF) ค่าความผิดพลาดของตัวคาปาซิเตอร์จะใช้โค๊ดเป็นอักษรภาษาอังกฤษ คือ

อักษร  J  หมายถึง ค่าความผิดพลาด ± 5%

อักษร K  หมายถึง ค่าความผิดพลาด ± 10%

อักษร  L  หมายถึง ค่าความผิดพลาด ± 15%

อักษร M  หมายถึง ค่าความผิดพลาด ±20%

ตัวอย่าง โค๊ดตัวเลข 203K50     หมายถึง ตัวคาปาซิเตอร์มีค่าความจุ 20´ 103 = 20,000 PF หรือ

0.02 uF ค่าความผิดพลาด ± 10 % อัตราทนแรงดัน 50 โวลต์

            โค๊ดตัวเลข 102 J 50     หมายถึง ตัวคาปาซิเตอร์มีค่าความจุ 10´ 102 = 1,000 PF หรือ

0.001 uF ค่าความผิดพลาด ± 5 % อัตราทนแรงดัน 50 โวลต์

            โค๊ดตัวเลข 0.22 K 50   หมายถึง ตัวคาปาซิเตอร์มีค่าความจุ 0.22 uF ค่าความผิดพลาด

 + 10% อัตราทนแรงดัน 50 โวลต์

            2. แบบโค๊ดสี การอ่านค่าความจุแบบนี้จะมีหลักเกณฑ์ที่ไม่ค่อยแน่นอนแล้วแต่บริษัทผู้ผลิตเป็นผู้กำหนด ปัจจุบันไม่ค่อยนิยมใช้ส่วนมากจะใช้กำหนดค่าความจุของตัวเก็บประจุชนิดเซรามิคและไมก้า การอ่านโค๊ดสีจะใช้ค่าของสีเหมือนกับค่าของความต้านทาน ซึ่งค่าโค๊ดสีนี้จะบอกถึงค่าความจุอัตราทนแรงดันและค่าความผิดพลาดของตัวเก็บประจุ บางชนิดอาจจะบอกถึงสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิมาด้วย ค่าความจุที่อ่านได้จากโค๊ดสีจะมีหน่วยเป็นพิโคฟารัด (PF)

การอ่านค่า

รูป 4.35 แสดงการอ่านค่าตัวคาปาซิเตอร์จากรหัสโค๊ดสี

การต่อตัวคาปาซิเตอร์แบบวงจรอันดับและขนาน

            ในการต่อตัวเก็บประจุเพื่อการใช้งานสิ่งที่จะต้องคำนึงถึงก็คือค่าความจุไฟฟ้า อัตราทนแรงดันไฟฟ้าสูงสุด และขั้วของตัวเก็บประจุที่จะนำไปต่อเข้ากับแหล่งจ่ายไฟฟ้า ซึ่งจะต้องต่อให้ถูกขั้ว ลักษณะของการต่อตัวเก็บประจุมีดังนี้ คือ

            - การต่อตัวคาปาซิเตอร์แบบวงจรอันดับ การต่อคาปาซิเตอร์แบบนี้จะมีผลต่อโครงสร้างของวงจรคือจะทำให้ไดอิเล็กตริค มีความหนาแน่นเพิ่มมากขึ้น ดังนั้นค่าความจุรวม (CT) ของวงจรจะมีค่าลดน้อยกว่า ค่าความจุของตัวคาปาซิเตอร์ที่มีค่าน้อยที่สุดในวงจร การต่อตัวคาปาซิเตอร์แบบวงจรอันดับดังแสดงในรูป ค่าอัตราทนแรงดันไฟฟ้าในวงจรอันดับนี้จะมีค่าเท่ากับผลบวกของอัตราทนแรงดันไฟฟ้าของตัวคาปาซิเตอร์แต่ละตัวรวมกัน

วงจรและสัญลักษณ์

รูป 4.36 แสดงการต่อตัวคาปาซิเตอร์แบบวงจรอันดับและสัญลักษณ์

 

 

เขียนสูตรได้ว่า

1   

C2

 

1   

C1

 

ความจุไฟฟ้ารวม        ช=        +         +        +        + ...

            ถ้านำเอาตัวคาปาซิเตอร์ 2 ตัว มาต่ออันดับกัน สามารถใช้สูตรในการคำนวณหาค่าความจุ คือ

CT

 

                                       =

 

 

            ค่าอัตราทนแรงดันไฟฟ้ารวมของวงจร

                               

    E     =    V1   +   V2    +  V3  +  . . . . . .   VN    

 

            - การต่อตัวคาปาซิเตอร์แบบวงจรขนาน การต่อตัวเก็บประจุในวงจรขนานนั้นจะเป็นการเพิ่มค่าพื้นที่ผิวของแผ่นตัวนำให้มีค่ามากขึ้น ดังนั้น ค่าความจุรวม (CT) ของวงจรจะเท่ากับผลบวกของค่าความจุไฟฟ้าแต่ละตัวของคาปาซิเตอร์ในวงจรขนานร่วมกัน ดังแสดงการต่อวงจรดังรูป ค่าอัตราทนแรงดันไฟฟ้าของวงจรนี้จะเท่ากับ อัตราทนแรงดันไฟฟ้าของตัวคาปาซิเตอร์ที่มีค่าน้อยที่สุดในวงจร เพราะค่าของโวลท์เตจในวงจรขนานที่ตกคร่อมตัวคาปาซิเตอร์ทุกตัวจะมีค่าเท่ากัน

วงจรและสัญลักษณฺ

รูป 4.37 แสดงการต่อตัวคาปาซิเตอร์แบบวงจรขนานและสัญลักษณ์

เขียนเป็นสูตรได้ว่า

 


ความจุไฟฟ้ารวม          CT     =     C1   +   C2   +   C3   + . . . .       CN

 

 

         ค่าอัตราทนแรงดันไฟฟ้ารวม

                                     

 E   =    V1  =   V2   =    V3  =  . . . . . .       VN

 

การตรวจวัดตัวคาปาซิเตอร์

          ตัวเก็บประจุหรือตัวคาปาซิเตอร์ ซึ่งเราทราบมาแล้วว่าทำมาจากแผ่นตัวนำ 2 แผ่น นำมาวางใกล้ๆ กันโดยมีฉนวนไดอิเล็กตริคคั่นกลาง อาการเสียที่ตรวจพบบ่อยๆ คือ การรั่ว, ซึมหรือแผ่นตัวนำทั้งสองแตะถึงกัน เราสามารถใช้มัลติมิเตอร์ตรวจเช็คได้แต่จะมีข้อจำกัดคือเราจะตรวจเช็คได้เพียงว่า “ตัวเก็บประจุเสียหรือไม่เท่านั้น”

            การวัดตัวเก็บประจุโดยใช้มัลติมิเตอร์โดยจะต้องตั้งให้มิเตอร์อยู่ในย่านการวัดของ โอห์มมิเตอร์ แล้วเลือกใช้สเกลตามค่าความจุของตัวเก็บประจุดังต่อไปนี้

-          ค่าความจุตั้งแต่ 100 mF ขึ้นไป ตั้งที่สเกล R ´ 1

-          ค่าความจุตั้งแต่ 20 mF ถึง 100 mF ตั้งที่สเกล R ´ 10

-          ค่าความจุตั้งแต่ 1 mF ถึง 10 mF ตั้งที่สเกล R ´ 1k

-          ค่าความจุต่ำกว่า 1 mF ลงมาตั้งที่สเกล R ´ 10k

< ข้อควรจำ    ในการใช้โอห์มมิเตอร์เช็คตัวเก็บประจุ คือตัวเก็บประจุมีค่ามากตั้งสเกล

R ค่าน้อย ถ้าตัวเก็บประจุค่าน้อยตั้งสเกล R ค่ามาก >

            ในขณะที่ทำการตรวจเช็ค,เราสามารถสังเกตที่เข็มของมิเตอร์คือถ้าเข็มมิเตอร์ตีขึ้น แล้วชี้ที่ค่า ๆ หนึ่ง แล้วเข็มมิเตอร์จะค่อยๆ ลดลงจนมีค่าเกือบถึง 0 โอห์ม แสดงว่าตัวเก็บประจุนี้ใช้ได้ แต่ถ้าเข็มมิเตอร์ยังคงค้างหรือลดลงเพียงเล็กน้อยจะแสดงว่า ตัวเก็บประจุนี้รั่ว หรือ ช๊อตทะลุแผ่นตัวนำตัวเก็บประจุนี้จะไม่สามารถนำมาใช้งานได้อีกต่อไป