ใบความรู้ที่ 6 ตัวเก็บประจุ

ใบความรู้
เร่อื ง ตวั เก็บประจุ
วตั ถปุ ระสงค์

1. บอกหลกั การเบอ้ื งต้นของตัวเก็บประจุได้อย่างถูกตอ้ ง
2. บอกปจั จัยทมี่ ผี ลต่อค่าการเกบ็ ประจุได้อย่างถูกต้อง
3. บอกชนิดของตวั เกบ็ ประจุไดอ้ ย่างถกู ตอ้ ง
4. อธิบายลกั ษณะของแบบค่าคงที่ได้อย่างถูกตอ้ ง
5. อธบิ ายลกั ษณะของแบบปรับคา่ ได้ ไดอ้ ย่างถูกตอ้ ง
6. อธบิ ายลกั ษณะของแบบเลอื กค่าได้ ได้อย่างถกู ต้อง
7. อธิบายการอ่านค่าความจุได้อย่างถูกตอ้ ง
8. อธบิ ายการต่อวงจรใชง้ านไดอ้ ยา่ งถูกต้อง
9. อธิบายการตรวจสอบตวั เกบ็ ประจุไดอ้ ย่างถูกต้อง

1. หลักการเบื้องตน้ ของตัวเกบ็ ประจุ
ตัวเก็บประจุ (Capacitor) เป็นอุปกรณ์ ที่ใช้ในการเก็บประจุ (Charge) และสามารถคายประจุ

(Discharge)ได้โดยนำสารตัวนำ 2 ชิ้นมาวางในลักษณะขนานใกล้ ๆ กัน แต่ไมไ่ ด้ต่อถึงกนั ระหว่างตัวนำทั้งสองจะ
ถูกกั้นด้วยฉนวนท่ีเรยี กว่าไดอิเล็กตริก (Dielectric) ซ่ึงไดอิเล็กตริกนอ้ี าจจะเป็นอากาศ, ไมก้า, พลาสติก, เซรามิค
หรอื สารทม่ี สี ภาพคล้ายฉนวนอืน่ ๆ เปน็ ตน้ โครงสร้างและสญั ลักษณ์ ของตวั เกบ็ ประจุแสดงดงั รูปท่ี 3.1

จากรูปที่ 3.1 ข แสดงลักษณะโครงสร้างของตัวเก็บประจุ โดยที่ 1 หมายถึงจุดที่ต่อใช้งานกับวงจร 2
หมายถึงสารตวั นำที่เป็นแผ่นเพลท 3 หมายถงึ ฉนวนในทนี่ ้ีคอื อากาศ ความจทุ างไฟฟา้ เกิดจากการปอ้ นแรงเคลอื่ น
ให้กับข้ัวทั้งสอง ของจุดท่ีต่อใช้งาน ของสารตัวนำซ่ึงจะทำให้เกิดความต่างศักย์ทางไฟฟ้า สนามไฟฟ้าท่ีเกิดขึ้นบน
สารตัวนำท่ีเป็นแผ่นเพลท จะทำให้เกิดค่าความจุทางไฟฟ้าข้ึน ลักษณะน้ีเรียกว่าการเก็บประจุ (Charge) เมื่อ
ตอ้ งการนำไปใช้งานเรียกว่าการคายประจุ (Discharge) ประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นบรเิ วณแผ่นเพลท มีหน่วยเป็นคูลอมป์
(Coulomb) สว่ นคา่ ความจุทางไฟฟา้ มีหนว่ ยเป็นฟารดั (Farad) รายละเอยี ดดงั กลา่ วแสดงในรปู ท่ี 3.2

2. ปัจจัยทมี่ ีผลต่อคา่ การเก็บประจุ
ค่าความจุของตัวเกบ็ ประจจุ ะมคี ่ามากหรอื น้อยข้นึ อยูก่ ับตวั แปร 3 ประการคือ
1. พ้ืนท่ีหน้าตัดของสารตัวนำท่ีเป็นแผ่นเพลท เขียนแทนด้วยอักษร A ถ้าพื้นท่ีหน้าตัดมากแสดงว่า

สามารถเก็บประจุได้มาก ถ้าพื้นที่หน้าตัดน้อยแสดงว่าเก็บประจุได้น้อย เพราะฉะนั้นจะเห็นได้ว่าในวงจร
อเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ท่วั ไปน้นั จะประกอบไปด้วยตวั เกบ็ ประจขุ นาดเลก็ และขนาดใหญ่จำนวนมาก ตัวเกบ็ ประจุที่มขี นาด
ใหญจ่ ะเก็บประจุไดม้ ากเพราะมีพน้ื ทหี่ น้าตัดมากนนั่ เอง

2. ระยะห่างระหว่างแผ่นเพลทท้ังสอง เขียนแทนด้วยอักษร d ถ้าอยู่ในตำแหน่งท่ีใกล้กัน ความจุจะมีค่า
มาก ถา้ อยูใ่ นตำแหน่งท่ีไกลกนั ความจุจะมีคา่ น้อย

3. ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก ค่าคงที่ของไดอิเล็กตริก เป็นค่าที่ใช้แสดงถึงความสามารถ ในการที่จะทำให้เกิด
เส้นแรงแม่เหลก็ ขึน้ เม่ือนำวัสดุตา่ งชนดิ กนั มาทำเป็นฉนวนค่ันระหว่างแผ่นเพลท ค่าคงท่ีของไดอิเล็กตรกิ แต่ละตัว
จะแตกต่างกันออกไป ดังน้ันตัวเก็บประจุท่ีใช้ไดอิเล็กตริกต่างกัน ถึงแม้จะมีขนาดเท่ากัน ค่าความจุและอัตราทน
แรงดันอาจแตกต่างกันออกไป สุญญากาศเป็นไดอิเล็กตริกท่ีมีประสิทธิภาพน้อยท่ีสุดเมื่อเทียบกับวัสดุชนิด อ่ืน
การจา่ ยแรงเคล่อื นไฟฟ้ามากเกินพิกดั อาจทำให้ไดอเิ ลก็ ตรกิ สญู สภาพ จากฉนวนกลายเปน็ ตวั นำได้

3. ชนิดของตัวเกบ็ ประจุ
ตัวเก็บประจุท่ีผลิตออกมาในปัจจุบันมีมาก มาย เราสามารถแบ่งชนิดของตัวเก็บประจุ ตามลักษณะทาง

โครงสร้าง หรือตามสารท่ีนำมาใช้เป็นไดอิเล็กตริก การแบ่งโดยใช้สารไดอิเล็กตริก เป็นวิธีการท่ีค่อนข้างละเอียด
เพราะวา่ ค่าไดอีเล็กตรกิ จะเป็นตัวกำหนดค่าตัวเก็บประจตุ ัวน้ัน ๆ ว่าจะนำไปใช้งานในลกั ษณะใด ทนแรงดนั เท่าใด
แตถ่ ้าหากแบง่ ตามระบบเก่า ทเ่ี คยแบ่งกันมาจะสามารถแบ่งตัวเกบ็ ประจุไดเ้ ป็น 3 ชนิดด้วยกันคือ

1. ตวั เกบ็ ประจุแบบคา่ คงที่ (Fixed Capacitor)
2. ตวั เกบ็ ประจแุ บบปรับค่าได้ (Variable Capacitor)
3. ตวั เกบ็ ประจแุ บบเลอื กค่าได้ (Select Capacitor)

4. ตวั เก็บประจแุ บบค่าคงท่ี (Fixed Capacitor)
คือตวั เก็บประจุท่ีไมส่ ามารถเปลี่ยนแปลงคา่ ได้ โดยปกติจะมีรูปลักษณะเป็นวงกลม หรือเปน็ ทรงกระบอก

ซึ่งมักแสดงค่าที่ตัวเก็บประจุ เช่น 5 พิโกฟารัด (PF) 10 ไมโครฟารัด (uF) แผ่นเพลทตัวนำมักใช้โลหะและมีไดอิ
เล็กตริกประเภท ไมก้า, เซรามิค, อิเล็กโตรไลติกค่ันกลาง เป็นต้น การเรียกชื่อตัวเก็บประจุแบบค่าคงท่ีน้ีจะ
เรียกชื่อตามไดอิเล็กตริกที่ใช้ เช่น ตัวเก็บประจุชนิดอิเล็กโตรไลติก ชนิดเซรามิค ชนิดไมก้า เป็นต้น ตัวเก็บประจุ
แบบค่าคงท่มี ใี ช้งานในวงจรอเิ ล็กทรอนกิ สท์ วั่ ไปมีดังน้ีคือ

4.1 ตัวเกบ็ ประจุชนิดอเิ ล็กโตรไลต์ (Electrolyte Capacitor)
ตัวเก็บประจุชนิดอิเล็กโตรไลต์ (Electrolyte Capacitor) เป็นที่นิยมใช้กันมากเพราะให้ค่าความจุสูง มี
ขั้วบวกลบ เวลาใช้งานต้องติดตั้งให้ถูกขั้ว โครงสร้างภายในคล้ายกับแบตเตอร่ี นิยมใช้กับงานความถ่ีต่ำหรือใช้
สำหรับไฟฟ้ากระแสตรง มขี ้อเสยี คอื กระแสร่วั ไหลและความผดิ พลาดสูงมาก
4.2ตวั เกบ็ ประจุชนิดแทนทาล่มั อเิ ล็กโตรไลต์ (Tantalum Electrolyte Capacitor)
ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ที่ต้องการความผิดพลาดน้อย ใช้กับไฟฟ้ากระแสตรง ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
มักจะใช้ตัวเก็บประจุชนิดแทนทาล่ัมอิเล็กโตรไลต์ แทนชนิดอิเล็กโตรไลต์ธรรมดา เพราะให้ค่าความจุสูงเช่นกัน
โครงสร้างภายในประกอบด้วยแผ่นตัวนำ ทำมาจากสารแทนทาลั่ม และแทนทาลั่มเปอร์ออกไซค์อีกแผ่น
นอกจากนย้ี งั มแี มงกานิสไดออกไซค์ เงิน และเคลอื บดว้ ยเรซนิ ดงั รูปท่ี 3.4

4.3 ตัวเกบ็ ประจุชนิดไบโพลา่ ร์ (Bipolar Capacitor)
นยิ มใช้กันมากในวงจรภาคจา่ ยไฟฟา้ กระแสตรง เครอื่ งขยายเสียง เป็นตวั เก็บประจุจำพวกเดียวกบั ชนิดอิ
เล็กโตรไลต์ แตไ่ มม่ ขี ัว้ บวกลบ บางคร้งั เรยี กสนั้ ๆ วา่ ไบแคป

4.4 ตัวเกบ็ ประจุชนดิ เซรามคิ (Ceramic Capacitor)
เป็นตัวเก็บประจุท่ีมีค่าไม่เกิน 1 ไมโครฟารัด (mF) นิยมใช้กันทั่วไปเพราะมีราคาถูก เหมาะสำหรับวงจร
ประเภทคัปปลง้ิ ความถว่ี ทิ ยุ ขอ้ เสยี ของตัวเกบ็ ประจุชนดิ เซรามิคคอื มีการสญู เสยี มาก

4.5 ตัวเกบ็ ประจุชนดิ ไมลาร์ (Mylar Capacitor)
เป็นตัวเก็บประจุท่ีมีค่ามากกว่า 1 ไมโครฟารัด (mF) เพราะฉะนั้นในงานบางอย่างจะใช้ไมลาร์แทน
เซรามิค เน่ืองจากมีเปอร์เซนต์ความผิดพลาดและการร่ัวไหลของกระแสน้อยกว่าชนิดเซรามิค เหมาะสำหรับวงจร
กรองความถ่ีสูง วงจรภาคไอเอฟของวิทยุ,โทรทัศน์ ตวั เกบ็ ประจชุ นิดไมลารจ์ ะมีตัวถังท่ีใหญ่กว่าเซรามคิ ในอตั ราทน
แรงดนั ทเ่ี ทา่ กัน

4.6 ตัวเก็บประจุชนิดฟดี ทรู (Feed-through Capacitor)
ลักษณะโครงสร้างเป็นตัวถังทรงกลมมีขาใช้งานหนึ่งหรือสองขา ใช้ในการกรองความถี่รบกวนที่เกิดจาก
เคร่อื งยนต์มักใช้ในวิทยรุ ถยนต์

4.7 ตัวเก็บประจุชนดิ โพลีสไตรีน (Polystyrene Capacitor)
เป็นตัวเก็บประจุท่ีมีค่าน้อยระดับนาโนฟารัด(nF) มีข้อดีคือให้ค่าการสูญเสียและกระแสร่ัวไหลน้อยมาก
นยิ มใช้ในงานคปั ปลิง้ ความถ่วี ิทยแุ ละวงจรจนู ที่ต้องการความละเอียดสงู จัดเปน็ ตัวเก็บประจรุ ะดบั เกรด A

4.8 ตัวเก็บประจุชนดิ ซิลเวอร์ไมก้า (Silver Mica Capacitor)
เป็นตัวเก็บประจุท่ีมีค่า10 พิโกฟารัด (pF) ถึง 10นาโนฟารัด (nF) เปอร์เซนต์ความผิดพลาดน้อย นิยมใช้
กบั วงจรความถสี่ งู จัดเปน็ ตวั เกบ็ ประจุระดบั เกรด A อกี ชนิดหน่ึง

4.9 ตัวเก็บประจุแบบปรับค่าได้ (Variable Capacitor)
ตัวเก็บประจุแบบปรับค่าได้ (Variable Capacitor) ค่าการเก็บประจุจะเปลี่ยนแปลงไปตามการเคล่ือนท่ี
ของแกนหมุน โครงสร้างภายในประกอบด้วย แผ่นโลหะ 2 แผ่นหรือมากกว่าวางใกล้กัน แผ่นหน่ึงจะอยู่กับที่ส่วน
อกี แผน่ หนงึ่ จะเคลื่อนท่ีได้ ไดอเิ ลก็ ตริกทใี่ ช้มหี ลายชนิดด้วยกันคือ อากาศ, ไมก้า, เซรามิค และพลาสติก เป็นตน้

5. ตวั เก็บประจแุ บบปรับค่าได้
ตัวเก็บประจุแบบปรับค่าได้อีกชนิดหนึ่งที่เป็นท่ีรู้จักกัน ดีคือทริมเมอร์และแพดเดอร์(Trimmer and

Padder) โครงสร้างภายในประกอบด้วยแผ่นโลหะ 2 แผ่นวางขนานกัน ในกรณีที่ต้องการปรับค่าความจุ ให้ใช้ไข
ควงหมุนสลักตรงกลางค่าที่ปรับจะมีค่าอยู่ระหว่าง 1 พิโกฟารัด(pF) ถึง 20 พิโกฟารัด (pF) การเรียกชื่อตัวเก็บ
ประจแุ บบน้วี ่าทริมเมอร์หรือแพดเดอร์นั้นขึ้นอยูก่ ับว่า จะนำไปต่อในลักษณะใด ถ้านำไปตอ่ ขนานกับตัวเก็บประจุ
ตัวอ่ืนจะเรยี กว่า ทรมิ เมอร์ แต่ถา้ นำไปต่ออนกุ รมจะเรียกวา่ แพดเดอร์
6. ตัวเกบ็ ประจแุ บบเลือกค่าได้ (Select Capacitor)

ตัวเก็บประจุแบบเลือกค่าได้ (Select Capacitor) คือตัวเก็บประจุในตัวถังเดียว แต่มีค่าให้เลือกใช้งาน
มากกว่าหนึ่งค่าดังแสดงในรปู ท่ี 3.6

7. การอ่านค่าความจุ
ค่าความจุของตัวเก็บประจุหมายถึง ความสามารถในการเก็บประจุไฟฟ้ามีหน่วยเป็นฟารัด(Farad) เขียน

แทนด้วยอักษรภาษาอังกฤษตัวเอฟ (F) ตัวเก็บประจุที่มีความสามารถในการเก็บประจุได้ 1 ฟารัดหมายถึงเม่ือ
ปอ้ นแรงเคลื่อนจำนวน 1 โวลท์ จ่ายกระแส 1 แอมแปร์ ในเวลา 1 นาที ใหก้ ับแผ่นเพลทท้ังสอง สามารถเกบ็ ประจุ
ไฟฟ้าได้ 1 คูลอมบ์ ในงานไฟฟ้าอิเลก็ ทรอนิกส์จะไม่ค่อยนิยมใช้ตัวเก็บประจุท่ีมีค่ามากเปน็ ฟารัด เพราะฉะน้ันค่า
ของตัวเกบ็ ประจทุ พ่ี บในวงจรตา่ ง ๆ จึงมคี า่ เพียงไมโคร นาโน และพิโกฟารัด คา่ ต่าง ๆ สามารถแสดงค่าได้ดงั น์้ี

จากความสมั พันธข์ องคา่ การเก็บประจุ ประจุไฟฟ้าและแรงดัน สามารถเขยี นเป็นสูตรความสัมพันธไ์ ด้ดงั นคี้ ือ

ค่าความจุจะพิมพ์ติดไว้บริเวณตัวเก็บประจุ ตัวอย่างเช่น 100 V 150 uF , 10 uF 50 V 0.01 uF ตัว
เกบ็ ประจบุ างตวั แสดงค่าเป็นรหัสตวั เลข เช่น 103 วิธีการอา่ นคา่ จะใชว้ ธิ ีเดียวกับการอ่านค่าแถบสีตัวตา้ นทาน สีที่
1 และ 2 จะเป็นตัวต้ัง ส่วนสีท่ี 3 หมายถึงตัวคูณ แล้วอ่านค่า เป็นหน่วยพิโกฟารัด จากในรูปที่ 3.7 เขียนตัวเลข
103 บนตัวเกบ็ ประจุจะอ่านคา่ ได้ 10 และเตมิ 0 ไปอีก 3 ตวั ทำใหไ้ ดค้ ่า 10,000 pF หรอื มีค่าเท่ากับ 0.01 uF

การอ่านค่าความจุสามารถกระทำได้ตามวิธีที่อธิบาย ดังกล่าว แต่ในปัจจุบันตัวเก็บประจุได้ผลิตออกมา
มากมาย วิธีการอ่านก็มีหลากหลายวิธีมาก ดังน้ันผู้เขียนจะแสดงรูปและอธิบายวิธีการอ่านแต่ละตัวพอสังเขป เพ่ือ
เป็นแนวทางในการศกึ ษาต่อไป นอกจากนีต้ วั เกบ็ ประจไุ ด้แสดงค่าผดิ พลาด และอัตราทนแรงดันไว้บนตัวเป็นอักษร
ภาษาอังกฤษเอาไว้แต่ละตวั มีความหมายดัง นค้ี อื

หน่วยความจุที่ใช้ในปัจจุบันส่วนใหญ่จะเป็นหน่วยพิโกฟารัด และไมโครฟารัด เมื่ออ่านค่าเป็นพิโกฟารัด
และต้องการแปลงเป็นหน่วยไมโครฟารัด สามารถทำการเทียบหน่วยจาก 1,000,000 พิโกฟารัดเท่ากับ 1 ไมโคร
ฟารัดแล้วเทียบคา่ ออกมา ดังน้ี

ในกรณีท่ีตัวเก็บประจุแสดงค่าเป็นแถบสีนิยมใช้กับตัวเก็บ ประจุชนิดแทนทาล่ัมซึ่งจะมีแบบ 3 แถบสี
และ 5 แถบสี วิธีการอ่านก็จะคล้าย ๆ กับการอ่านค่าแถบสีของตัวต้านทาน ผู้เขียนจะแสดงรูปและอธิบายวิธีการ
อา่ นแต่ละตวั พอสงั เขป เพอื่ เปน็ แนวทางในการศึกษาตอ่ ไปดังน้ี

8. การต่อวงจรใช้งาน
การต่อวงจรตัวเก็บประจุมีอยู่ 3 แบบคือ วงจรอนุกรม, วงจรขนาน และวงจรผสม ในรายละเอียด

บางอย่างอาจจะไม่เหมือนกับการต่อตัวต้านทาน เพราะฉะน้ันผู้เรียนจะต้องศึกษาและทำความเข้าใจการต่อท้ัง 3
แบบ ดังน้ี

8.1 วงจรอนุกรม การต่อวงจรอนุกรม คือการนำเอาตัวเก็บประจุต้ังแต่ 2 ตัวขึ้นไปมาต่ออนุกรมหรือ
อนั ดับ การต่อลักษณะน้ีจะทำให้พื้นท่ีรวมของแผ่นเพลทลดลง แต่ความหนาของไดอิเล็กตริกจะเพิ่มข้ึน มีผลทำให้
การเก็บประจรุ วมมีค่านอ้ ยลง อตั ราทนแรงไฟมากข้ึน คา่ การเก็บประจรุ วมหาไดจ้ ากสตู ร

8.2 วงจรขนาน การต่อวงจรขนาน คือการนำเอาตัวเก็บประจุมาต่อขนานกัน การต่อลกั ษณะนี้จะทำให้
พื้นท่ีรวมของแผ่นเพลทเพ่ิมข้ึน มผี ลทำให้การเก็บประจุรวมมีค่าเพ่ิมข้ึนด้วย อัตราทนแรงไฟ(WV) สูงสุดของวงจร
มีค่าเท่ากับตัวท่ีมีอัตราทนแรงไฟน้อยท่ีสุด ค่าการเก็บประจุรวมคำนวณจากการรวมพื้นที่ของแผ่นเพลททุกแผ่น
รวมกนั หาไดจ้ าก สตู ร

8.3 วงจรผสม การต่อวงจรผสมคือการนำเอาตัวเกบ็ ประจุมาอนุกรมและขนานในวงจรเดียวกนั

9. การตรวจสอบตวั เก็บประจุ
การตรวจสอบตัวเก็บประจวุ ่าดีหรือเสยี นัน้ จะใชม้ ัลติมิเตอร์ แบบเข็มวัดตัวเก็บประจทุ ่ีมีค่าต้ังแต่ 1 ไมโคร

ฟารัดข้ึนไป ในกรณีท่ีค่าน้อยกว่า 1 ไมโครฟารัดเข็มมิเตอร์จะเปล่ียนแปลงน้อย ทำให้ดูยาก วิธีการวัดน้ันเริ่มจาก
ปรบั มัลติมเิ ตอร์ไปที่ย่าน R X 1K แล้วนำสายมเิ ตอร์ไปสัมผสั ทข่ี าของตัวเก็บประจุ ในกรณที ี่ตวั เก็บประจมุ ีขวั้ ต้อง
วัดใหถ้ กู ข้ัวดว้ ย แล้วสังเกตเขม็ มิเตอรด์ งั นี้

1. วัดแล้วเขม็ ชไี้ ปทางขวามือ ถ้าความจมุ ากเข็มจะช้ีไปมาก รอเวลาระยะหนึ่ง เขม็ มเิ ตอร์จะตกกลบั มา
ทางซ้ายเหมือนเดิม อยา่ งนี้แสดงว่าใชง้ านได้

2. วดั แลว้ เข็มไมข่ น้ึ ถา้ สลบั สายมเิ ตอรแ์ ล้วยังไม่ขึ้นอีก แสดงวา่ ตัวเกบ็ ประจขุ าด
3. วดั แล้วเข็มข้นึ คา้ ง ถ้าสลับสายมเิ ตอร์แล้วยงั เหมือนเดมิ แสดงวา่ ตัวเก็บประจุรั่ว
4. เข็มชีไ้ ปทางขวาสุดแลว้ คา้ ง แสดงว่าตัวเกบ็ ประจชุ อ็ ต
การวัดค่าตา่ ง ๆ เช่น ความจุ ความต้านทาน แรงดนั และคา่ คงทไี่ ดอเิ ลก็ ตรกิ สามารถใชเ้ คร่ืองมือทดสอบ
ตวั เก็บประจุวัดค่าได้ ในรูปท่ี 3.8 คอื เคร่ืองมือทช่ี ่ือว่ายูนิเวอร์แซลแอลซีอารม์ ิเตอร์ (Universal LCR Meter) เป็น
เครอ่ื งมือทใ่ี ช้ในการวัด ทดสอบ วเิ คราะหค์ ่าของตัวเกบ็ ประจุ และตัวเหน่ยี วนำ