คาปาซิเตอร์ หรือ ตัวเก็บประจุ คืออะไร หลักการทำงานของตัวเก็บประจุ ในอุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้าเป็นอย่างไร

หนึ่งในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่จำเป็นต่อเครื่องใช้ไฟฟ้าชื่อว่า ‘คาปาซิเตอร์’ เพื่อเก็บพลังงานในรูปแบบสนามไฟฟ้า มักพบบ่อยบนแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์เกือบทุกวงจร แต่คาปาซิเตอร์ หรือ ตัวเก็บประจุ คืออะไร มีหลักการทำงานของตัวเก็บประจุในอุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้าเป็นอย่างไรบ้าง ติดตามได้ในบทความนี้

คาปาซิเตอร์ หรือ ตัวเก็บประจุ คืออะไร

คาปาซิเตอร์ หรือ ตัวเก็บประจุ (Capacitor) คือ ทำหน้าที่เก็บพลังงานในรูปสนามไฟฟ้า ที่สร้างขึ้นระหว่างคู่ฉนวน โดยมีค่าประจุไฟฟ้าเท่ากัน เป็นอุปกรณ์พื้นฐานสำคัญในงานอิเล็กทรอนิกส์ และพบได้แทบทุกวงจร มีคุณสมบัติตรงข้ามกับตัวเหนี่ยวนำ จึงมักใช้หักล้างกันหรือทำงานร่วมกันในวงจรต่าง ๆ

การทำงานของตัวเก็บประจุ

การทำงานของตัวเก็บประจุมีอยู่ 2 ลักษณะ ได้แก่ การเก็บประจุ และการคายประจุ

• การเก็บประจุ เกิดขึ้นเมื่อมีการเก็บอิเล็กตรอนไว้ที่เพลตของตัวเก็บประจุ เมื่อนำแบตเตอรี่ต่อกับตัวเก็บประจุ อิเล็กตรอนจากขั้วลบของแบตเตอรี่ จะเข้าไปรวมกันที่แผ่นเพลต ทำให้เกิดประจุลบขึ้นและยังส่งสนามไฟฟ้าไป ผลักอิเล็กตรอนของแผ่นเพลตตรงข้าม ซึ่งโดยปกติในแผ่นเพลตจะมี ประจุเป็นบวก และลบ ปะปนกันอยู่ เมื่ออิเล็กตรอนจากแผ่นเพลตนี้ถูก ผลักให้หลุดออกไปแล้วจึงเหลือประจุบวกมากกว่าประจุลบ ยิ่งอิเล็กตรอนถูกผลักออกไปมากเท่าไร แผ่นเพลตนั้นก็จะเป็นบวกมากขึ้นเท่านั้น

• การคายประจุ เกิดขึ้นเมื่อตัวเก็บประจุที่ถูกเก็บประจุแล้ว ถ้าเรายังไม่นำขั้วตัวเก็บประจุมาต่อกัน อิเล็กตรอนก็ยังคงอยู่ที่แผ่นเพลต แต่ถ้ามีการครบวงจร ระหว่างแผ่นเพลตทั้งสองเมื่อไร อิเล็กตรอนก็จะวิ่งจากแผ่นเพลตทางด้านลบ ไปครบวงจรที่แผ่นเพลตบวกทันที

ชนิดของตัวเก็บประจุ

ตามวัสดุการใช้งานได้ 2 ชนิด คือ ตัวเก็บประจุแบบค่าคงที่ (Fixed Capacitor) และตัวเก็บประจุแบบปรับค่าได้ (Variable Capacitor)

1. ตัวเก็บประจุแบบค่าคงที่: ตัวเก็บประจุที่ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงค่าได้ ระบุชัดเจน

• ตัวเก็บประจุแบบกระดาษ: ตัวเก็บประจุที่ใช้กระดาษอาบน้ำยาทำเป็นแผ่นไดอิเล็กตริก นำไปใช้งานซึ่งต้องการค่าความต้านทานของฉนวนที่มีค่าสูง และมีเสถียรภาพต่ออุณหภูมิสูงได้ดี
• ตัวเก็บประจุแบบไมก้า: ตัวเก็บประจุที่ใช้แผ่นไมก้าเป็นฉนวนไดอิเล็กตริก ไม่มีขั้วไฟฟ้า จะมีเสถียรภาพต่ออุณหภูมิ และ ความถี่ดี มีค่าตัวประกอบการสูญเสียต่ำ และสามารถทำงานได้ดีที่ความถี่สูง
• ตัวเก็บประจุแบบเซรามิก: ตัวเก็บประจุที่ใช้เซรามิกมาทำเป็นแผ่นไดอิเล็กตริก ไม่มีขั้วไฟฟ้า
• ตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลต์: ตัวเก็บประจุที่นิยมใช้กันมากเพราะให้ค่าความจุสูง มีขั้วบวกลบ เวลาใช้งานต้องติดตั้งให้ถูกขั้ว โครงสร้างภายในคล้ายกับ แบตเตอรี่ นิยมใช้กับงานความถี่ต่ำหรือใช้สำหรับไฟฟ้ากระแสตรง
• ตัวเก็บประจุแบบโพลีสไตลีน: เป็นตัวเก็บประจุที่แบ่งได้หลายแบบเช่น โพลีเอสเตอร์ โพลีคาร์บอนเนต โพลีโพไฟลีน ค่าความจุจะอยู่ในช่วง นาโน – ไมโคร
• ตัวเก็บประจุแบบแทนทาลั่ม: ตัวเก็บประจุที่ใช้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้กับไฟฟ้ากระแสตรงได้อย่างมีประสิทธิภาพ มักจะใช้ตัวเก็บประจุชนิดแทนทาลั่ม แทนชนิดอิเล็กโตรไลต์ธรรมดา เพราะให้ค่าความจุสูงเช่นกัน
• ตัวเก็บประจุแบบไมลา: ตัวเก็บประจุที่นิยมใช้มากเพราะมีเสถียรภาพสูง กระแสรั่วต่ำ มีค่าสัมประสิทธิ์ทางอุณหภูมิสูง แต่ไม่มีขั้วบวกลบ เพราะฉะนั้นในงานบางอย่างจะใช้ไมลาแทนเซรามิค เนื่องจากมีเปอร์เซ็นต์ความผิดพลาดและการรั่วไหลของกระแสน้อยกว่าชนิดเซรามิค เหมาะสำหรับวงจรกรองความถี่สูง
• ตัวเก็บประจุแบบไบโพลา: ตัวเก็บประจุที่นิยมใช้กันมากในวงจรภาคจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง เครื่องขยายเสียง เป็นตัวเก็บประจุจำพวกเดียวกับชนิดอิเล็กโตรไลต์ แต่ไม่มีขั้วบวกลบ
• ตัวเก็บประจุแบบโพลีโพรไพลีน: ตัวเก็บประจุที่มีประสิทธิภาพสูง และถ้านำไปใช้กับไฟกระแสไฟฟ้าสลับ มีคุณสมบัติคล้ายกับชนิดโพลีสไตลีน

2. ตัวเก็บประจุแบบปรับค่าได้: ตัวเก็บประจุที่ค่าการเก็บประจุจะเปลี่ยนแปลงไปตามการเคลื่อนที่ของแกนหมุน โครงสร้างภายในประกอบด้วย แผ่นโลหะ 2 แผ่นหรือมากกว่าวางใกล้กัน แผ่นหนึ่งจะอยู่กับที่ส่วนอีกแผ่นหนึ่งจะเคลื่อนที่ได้ ไดอิเล็กตริกที่ใช้มีหลายชนิดด้วยกันคือ อากาศ ไมก้า เซรามิค และพลาสติก เป็นต้น