|
การเลือกตัวเก็บประจะให้เหมาะกับงาน
 "
มีตัวประกอบหลายอย่างที่จะต้องพิจารณาเมื่อจะเลือกตัวเก็บประจุสำหรับใช้งานที่ได้ออกแบบ
หรือ ใรโครงงานที่ทำ. เราจะมาดูถึงตัวประกอบเหล่านี้เพื่อที่ จะได้เลือกตัวเก็บประจุให้ถูกต้องกับการใช้งานแต่ละอย่าง
"
เมื่อพูดถึงเรื่องตัวเก้บประจุ
หลายคนอาจจะคิดว่าไม่มีอะไร. บางคนก็คิดว่างานบางอย่างจะเอาตัวเก็บประจุ
ชนิดใดมาใช้ก็ ได้ ซึ่งเป็นความคิดที่ผิด. ตัวเก็บประจุชนิดหนึ่ง จะเหมาะกับงานหนึ่งๆเท่านั้น.
ในบทนี้จะนำท่านไปพบกับ ตัวเก็บประจุชนิดต่าง ๆ ที่ได้ทำการผลิตออกมา ซึ่งจะทำให้ท่านทราบว่า
ในการเลือกตัวเก็บประจุไปใช้งานใดๆ นั้น จะต้อง คำนึงถึงปัจจัย หลายอย่าง
เช่น อุณหภูมิ ใช้งาน ความชื้น ค่าการกระเพื่อม หรือ ริปเปิ้ลของไฟกระแสสลับ
ความถี่ใช้งาน. นอกจากนี้ในการเลือกตัวเก็บประจุ ยังต้องพิจารณาถึงคุณสมบัติของตัวเก็บประจุนั้นๆ
เช่น อัตราการทนกระแส กระแสรั่วไหล อัตราการทนแรงดัน และ อายุการใช้ งานที่คาดไว้
ซึ่งจะต้องนำไปพิจารณาร่วมกันในการเลือกตัวประจุ ให้ เหมาะสมกับการใช้งาน
ก่อนอื่นเรามาดูกันก่อน
ถึงโครงสร้างของตัวเก็บประจุ. ตัวเก็บประจุนั้น พื้นฐานจะทำมาจากแผ่นตัวนำ
2 แผ่น โดยมีฉนวน คั่นกลางไว้ ซึ่งเรียกกันว่า ไดอิเล็กตริก ( dielectric
) ดังแสดงในรูป 1 เราทราบกันว่า ค่าความจุจะถูกกำหนด โดยพื้นที่ของแผ่น ตัวนำ
และ ค่า ความนำสนามไฟฟ้า ( permittivity ) ของไดอิเล้กตริก โดยค่าความจุจะมีค่าเท่ากับ
C = Ex A โดยที่ E คือ ค่า ความนำสนามไฟฟ้าของไดอิเล็กตริก A คื่อ พื้นที่ของแผ่นตัวนำ
และ d คือ ระยะห่างระหว่างแผ่นตัวนำทั้ง 2 แผ่น . เราจะเห็น ว่าทั้ง 3 ตัวนี้
เป็นปัจจัยสำคัญทีมีผลต่อค่าความจุ และ ชนิดของวัตถุที่ ใช้ทำ จะเป็นตัวส่งเสริมให้ตัวเก็บประจุมีคุณสมบัติ
ที่แตก ต่างกันไป
รูปที่ 1 เป็นรูปวาดอย่างง่าย
ๆ ซึ่งแสดงถึงโครงสร้างภายในของตัวเก็บประจุ
ชนิดของสารที่ใช้ทำไดอิเล็กตริกก็มีผลต่อค่าความจุเช่นกัน
โดยที่สารต่างชนิดกันก็จะมีค่าความนำสนามไฟฟ้า ต่างกันไป. โดยที่ค่าความนำสนามไฟฟ้าสัมพันธ์
( relative permittivity ) ซึ่งรู้จักกันในนามของค่าคงที่ของ ไดอิเล็กตริกในตารางที่1
จะแสดงถึงค่าคงที่ของไดอิเล็กตริกของสารชนิด ต่าง ๆ ที่เราทราบมาว่า ถ้าเลือกใช้สารที่มีค่าคงที่
ของไดอิเล็กตริกมาก ค่า ความจุของตัวเก็บประจุนั่นก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย.แต่
อย่างไรก็ตามก็มีความจริงที่ต้องคำนึงถึง นั้นคือ การเลือกสาร ที่ใช้ทำ ไดอิเล็กตริกนั้นไม่ได้ขึ้นอยู่เฉพาะค่าคงที่
ของไดอิเล็กตริก อย่างเดียวเท่านั้น แต่ยังต้องคำนึงถึงค่าความทนทานของไดอิเล็กตริก
( dielectric strength ) ด้วย
ตารางที่
1 ค่าความนำสนามไฟฟ้าสัมพัทธ์ของไดอิเล็กตริกชนิดต่าง ๆ
ค่าความทนทานของไดอิเล็กตริก
คือ ค่าแรงดันต่อหน่วยความหนาของสาร ที่ป้อนแก่ไดอิเล็กตริก ซึ่งสารที่ใช้
ทำไดอิเล็กตริก ี้ทนได้. ก่อนที่ จะเกิดการ พังทะลุทางไฟฟ้าเกิดขึ้น. การพังทะลุทางไฟฟ้านี้
เกิดขึ้นเมื่อแรงดันที่ป้อน ให้แก่ตัวเก็บประจุมากเกินไป ทำให้เกิดการกระโดดข้ามของประจุผ่านสารไดอิเล็กตริก
ทำให้ เกิดเป็นรู ขึ้นบน แผ่นไดอิเล็กตริก ซึ่งจะทำให้ตัวเก็บประจุนั้นเสีย
หายใช้การไม่ได้ เนื่องจากประจุไฟฟ้าจะข้ามจาก แผ่นตัวนำหนึ่งไปยัง อีกแผ่นหนึ่งได้
จึงไม่สามารถเก็บประจุได้อีก
รูปที่ 2 ตัวเก็บประจุแบบที่ใช้กันทั่วไปบางชนิด
จากบน(ซ้ายไปขวา) เป็นตัวเก็บประจุแบบโพลีคาร์บอเนต 3 ตัว ถัดมาเป็นตัวเก็บประจุแบบไมก้า
3 ตัว ถัดมาเป็นตัวเก็บประจุแบบแทนทาลัม เป็นตัวเก็บประจุแบบเมตัลไลซ์เซรามิก
5 ตัว ตัวเก็บประจุที่อยู่ใต้ตัวเก็บประจุแบบไมก้า ก็คือตัวเก็บประจุแบบโพลีสไตรีน
แถวล่าง (จากซ้าย) เป็นตัวเก็บประจุแบบฟีดทรู ถัดมาเป็นตัวเก็บประจุแบบไมล่าร์ฟิล์ม
2 ตัว ถัดมาเป็นตัวเก็บประจุแบบโพรีเอสเตอร์ 2 ตัว ขวาสุดเป็นตัวเก็บประจุแบบเซรามิกดิสก็
นอกจากนี้
ตัวเก็บประจุที่มีค่าคงที่ของ ได อิเล็กตริกสูงๆ ก็จะไม่ค่อยมีเสถียรภาพ
โดยจะไวต่อการเปลี่ยนแปลง ของอุณหภูมิ และ แรงดันที่ป้อนให้แด่ตัวมัน และ
โดยปกติแล้วค่าตัวประกอบการสูญเสีย ( dissipation factor ) ก็จะมีมากกว่าตัวเก็บประจุ
ซึ่งใช้สาร ไดอิเล็กตริกที่มีค่าคงที่ของไดอิเล็กตริกต่ำกว่า
รูปที่ 3 แสดงถึงวิธีการที่ไดอิเล็กตริก
และแผ่นตัวนำในตัวเก็บประจุถูกม้วนสำหรับการบรรจุในตัวถัง
แบบของตัวถังที่ใช้บรรจุตัวเก็บประจุก็เช่นเดียวกันที่จะต้องนำมาพิจารณาด้วย.
สำหรับขาต่อของตัวเก็บประจุที่มี รูปร่าง เป็นทรงกระบอกนั้น มีค่าความเหนี่ยวนำสูง
ซึ่งจะเป็นตัวจำกัดคุณสมบัติของตัวเก็บประจุที่ความถี่สูง. ตัวเก็บประจุแบบเซรามิก
ที่มีรูปร่างเป็นทรงกระบอกนั้น จะเป็นรูปร่างที่เสถียรที่สุด. เนื่องจากไม่มีขั้วต่อที่อยู่ตรงข้ามที่
จะทำให้เกิดค่าความจุย่อยๆ ( stray capacitance ) โดยที่ค่าความจุทั้งหมดจะเกิดจากตัวเซรามิกเอง
รูปที่ 4 แสดงถึงตัวเก็บประจุแบบไมก้า
3 ชนิด คือค่าความจุ 10 pF,0.5pF , 100 pF 1% และ 390pF 1% สามารถทนแรงดันได้สูงถึง
350 โวลต์ดีซี ค่าสัมประสิทธิ์ต่ออุณหภูมิของตัวเก็บประจุค่า 10 pF เท่ากับ
+75 PPM /c ส่วนอีก 2 ตัวมีค่าสัมประสิทธิ์ต่ออุณหภูมิเท่ากับ +35 PPM/c
เนื่องจากไมก้าเป็นสารที่ไม่ยีดหยุ่นจึงไม่สามารถนำมาม้วนเป็นทรงกระบอกได้
ตัวถังแบบหุ้ม
( dipped ) หรือแบบหล่อจากแม่พิมพ์ ( molded ) ที่มี ขาต่อออกมาในแนวรัศมี
จะช่วยลดอิมพีแดนซ์ของ ขาต่อ. เนื่องจากจะทำให้ตัวเก็บประจุสามารถติดตั้งใกล้กับผิวหน้ากับแผ่นวงจรพิมพ์ได้.
สำหรับตัวเก็บประจุทีมีตัวถังเป็นชิ้นสี่เหลี่ยม ( chip ) จะไม่มีขาต่อยื่นออกมา
แต่จะใช้หน้าสัมผัสของตัวถังแทนขา เพื่อที่จะลดอิมพีแดนซ์ของขาต่อลง. นอกจากนี้
ตัวเก็บประจุ แบบนี้ยังมีขนาดเล็กเพียงพอที่จะติดตั้ง ข้างๆตัวไอซี ซึ่งเป็นการลดระยะทางให้กับตัวเก็บประจุ
ที่ใช้ในการส่งผ่านสัญญาณซึ่งจำเป็น ในวงจรเกี่ยวกับความถี่สูง. เนื่องจาก
ลายทองแดงบนแผ่นวงจรพิมพ์จะมีค่าความถี่สูง. เนื่งจากลายทองแดงบนแผ่นวงจรพิมพ์จะมีค่า
ความเหนี่ยวนำถึง 10 นาโนเฮนรี่ / นิ้ว
รูปที่ 5ก และ 5ข เป็นการแสดงว่าตัวเก็บประจุแบบไมก้าประกอบด้วยแผ่นตัวนำบาง
ๆ 2 แผ่น คั่นด้วยไดอิเล็กตริกไมก้า ในภาพเป็นตัวเก็บประจุขนาด 390 pF หลังจากใช้คีมหักออกมาเป็น
2 ซีกตัวถังด้านนอกถูกหล่อมาจากตัวประสานชนิดหนึ่ง แผ่นตัวนำนั้นทำขึ้นมาจากการฉาบโลหะลงบนแผ่นไมก้าทั้ง
2 ข้าง
ตัวเก็บประจุได้แปรออกมาหลายชนิด
อันประกอบด้วยแบบเซรามิก ไมก้า เปเปอร์ พลาสติก อะลูมินั่ม และ แบบแทนทาลั่ม.
โดยที่ตัวเก็บประจุแต่ละชนิดได้ถูกออกแบบมาเพื่อให้มีคุณสมบัติที่ดีที่สุดสำหรับงานหนึ่งๆ
หรือ สภาพแวดล้อมอันหนึ่ง. การเลือก ใช้ตัวเก็บแระจุแต่ละชนิดจะได้อธิบายในลำดับต่อไป
ซึ่งเป็นเพียงแนวทาง ในการตัดสินใจเท่านั้น. ในบางครั้ง เราอาจจะพบตัวเก็บ
ประจุซึ่งแตกต่างกันอกไปจากแนวทางนี้ ก็ได้
รูปที่ 6 เป็นภาพแสดงการทำตัวเก็บประจุแบบไมก้าให้มีค่าความจุสูง
ๆ โดยการเพิ่มจำนวนแผ่นไมก้า ซ้อนกันแล้วต่อตัวเก็บประจุภายในขนานกัน
|
หน้าแรก 