อุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ

   อุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์
                   หมายถึง อุปกรณ์ที่ใช้ในวงจรไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งอุปกรณ์แต่ละประเภทมีหลายชนิด มีหลักการใช้งานแตกต่างกันไป
   สำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้า สามารถจำแนกหลายประเภท คือ
1. แหล่งจ่ายไฟฟ้า
2. สวิตช์
3. ตัวนำไฟฟ้า
4. ตัวต้านทานไฟฟ้า
5. ตัวเก็บประจุไฟฟ้า
6.ตัวเหนี่ยวนำไฟ้ฟ้า
   สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์  เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่อยู่ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์มีหลายชนิดด้วยกัน ส่วนใหญ่เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เป็นสารกึ่งตัวนำ

1.แหล่งจ่ายไฟฟ้า (อังกฤษ: power supply)

                  เป็น อุปกรณ์ทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ที่จ่ายพลังงานไฟฟ้าในรูปของกระแสหรือแรงดันให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดอื่นๆ  เป็นคำที่ใช้กันมากที่สุด ในการแปลงพลังงานไฟฟ้าจากรูปแบบหนึ่ง ไปเป็นอีกรูปแบบหนึ่ง แม้ว่ามันจะยังอาจหมายถึง อุปกรณ์ที่แปลงพลังงานรูปแบบหนึ่ง (เช่นพลังงานกล, พลังงานเคมี, พลังงานแสงอาทิตย์) ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า. แหล่งจ่ายไฟแบบควบคุมได้(อังกฤษ: regulated power supply)สามารถ ควบคุม แรงดันหรือกระแสเอาต์พุตให้มีค่าที่คงที่แน่นอน แม้ว่าอุปกรณ์ทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ จะมีการเปลี่ยนแปลงหรือมีการเปลี่ยนแปลงที่พลังงานที่อินพุทก็ตาม
                 แหล่งจ่ายไฟฟ้าทุกตัวต้องได้รับพลังงานจากแหล่งพลังงานภายนอกเพื่อจ่ายให้ อุปกรณ์ทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งการบริโภคพลังงานของตัวมันเองในขณะที่ปฏิบัติงาน แหล่งพลังงานภายนอกจะขึ้นอยู่กับการออกแบบ. แหล่งจ่ายไฟอาจจะได้รับพลังงาน จาก:

• ระบบสายส่งพลังงานไฟฟ้า อาจเป็นกระแสสลับ หรือกระแสตรงที่ได้จากอุปกรณ์ไฟฟ้าที่แปลงแรงดันไฟฟ้า กระแสสลับให้เป็นกระแสตรง
• อุปกรณ์จัดเก็บพลังงาน เช่นแบตเตอรี่ และ เซลล์เชื้อเพลิง
• ระบบเครื่องกลไฟฟ้า เช่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากพลังงานกล เช่น Generator และ Alternator
• พลังงานแสงอาทิตย์

 2. สวิตช์ (Switch) เป็นอุปกรณ์สำหรับตัดหรือเชื่อมต่อวงจรหรือสัญญาณไฟฟ้า

 3. ตัวนำไฟฟ้า

ความต้านทานไฟฟ้า (Resistance) 
             เป็นสมบัติเฉพาะของวัตถุในการที่จะขวางหรือต้านทานการไหล ของกระแสไฟฟ้าที่จะไหลผ่านวัตถุนั้นๆ
       ตัวนำไฟฟ้า (Conductor)
              เป็น สสาร วัตถุ วัสดุ หรือ อุปกรณ์ที่สามารถยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ง่าย  ได้แก่ ทองแดง อลูมิเนียม ทอง และเงิน ซึ่งเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีที่สุด แต่ในสายไฟทั่วไปจะใช้ทองแดงเป็นตัวนำ เพราะตัวนำที่ทำจากจะเงินมีราคาแพง
ฉนวนไฟฟ้า
       ฉนวน (Insulator)
             เป็น สสาร วัตถุ วัสดุ หรือ อุปกรณ์ที่ไม่สามารถยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านไปได้  ได้แก่ ไม้แห้ง พลาสติก, ยาง, แก้ว และกระดาษแห้ง เป็นต้น

4.ตัวต้านทาน หรือ รีซิสเตอร์ (อังกฤษ: resistor)

                      เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ชนิดหนึ่งที่มีคุณสมบัติในการต้านการไหลผ่านของกระแสไฟฟ้า ทำด้วยลวดต้านทานหรือถ่านคาร์บอน เป็นต้น^[1] นั่นคือ ถ้าอุปกรณ์นั้นมีความต้านทานมาก กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านจะน้อยลง เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดพาสซีฟสองขั้ว ที่สร้างความต่างศักย์ไฟฟ้าคร่อมขั้วทั้งสอง (V) โดยมีสัดส่วนมากน้อยตามปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน (I) อัตราส่วนระหว่างความต่างศักย์ และปริมาณกระแสไฟฟ้า ก็คือ ค่าความต้านทานทางไฟฟ้า หรือค่าความต้านทานของตัวนำมีหน่วยเป็นโอห์ม ( สัญลักษณ์ : Ω ) เขียนเป็นสมการตามกฏของโอห์ม ดังนี้

 แบ่งออกได้ 3 ชนิดด้วยกันคือ
1.ตัวต้านทานชนิดคงที่ Fixed Resistor
2.ตัวตัวต้านทานชนิดปรับค่าได้ Adjustable Resistor
3.ตัวต้านทานแบบเปลี่ยนค่าได้  Variable Resistor

การอ่านค่าตัวต้านทาน
การอ่านค่าตัวต้านทานชนิดแบบ 4 แถบสี

 

วิธีการอ่านอ่านค่าตัวต้านทานแบบ 4 แถบสี

-แถบที่ 1 คือ ตัวเลขตัวตั้งที่

-แถบที่ 2 คือ ตัวเลขตัวตั้งที่ 2

-แถบที่ 3 คือ ตัวคูณหรือการแทนจำนวนเลขศูนย์

-แถบที่ 4 คือ สีที่บอกถึงเปอร์เซนต์ค่าความคลาดเคลื่อนของค่าความต้านทาน (%)

ตัวอย่าง ชนิด  4 แถบสี เรียงตามสีได้ดังนี้                      
                                                                                                    เขียว น้ำเงิน   เหลือง        น้ำตาล

                                                                                                ค่า     5       6     x10k    ±1%

                                                                                             =   560kΩ  ±1%

วิธีการอ่านดังนี้-

-แถบที่1 จะเป็นตั้งตั้ง หลักที่1
-แถบที่2 จะเป็นตั้งตั้ง หลักที่2
-แถบที่3 จะเป็นตั้งตั้ง หลักที่3
-แถบที่4 จะเป็นตัวคูณ
-แถบที่5 จะเป็นเปอร์เซ็นต์ความผิดพลาด

ตัวอย่างชนิด 5 แถบ สี เรียงตามสีได้ดังนี้ 
                                                                                                                                         แดง  ส้ม  ม่วง  ดำ          น้ำตาล

                                                                                                ค่า    2   3  7    x1      ±1%

                                                                                                 =    237Ω  ±1%
5. ตัวเก็บประจุไฟฟ้า คาปาซิเตอร์ (อังกฤษ: capacitor หรือ อังกฤษ: condenser) 

                     เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์อย่างหนึ่ง ทำหน้าที่เก็บพลังงานในสนามไฟฟ้า ที่สร้างขึ้นระหว่างคู่ฉนวน โดยมีค่าประจุไฟฟ้าเท่ากัน แต่มีชนิดของประจุตรงข้ามกัน บางครั้งเรียกตัวเก็บประจุนี้ว่า คอนเดนเซอร์ (condenser) มีหน่วยเป็นฟารัดF(Farad)
ชนิดของตัวเก็บประจุแบ่งตามวัสดุการใช้งานแบ่งออกได้ 3 ชนิดด้วยกันคือ
1.ตัวเก็บประจุชนิดคงที่ Fixed capacitor
2.ตัวเก็บประจุแบบปรับค่าได้ Variable capacitor

3.ตัวเก็บประจุแบบเลือกค่าได้ Select Capacitor
 การอ่านค่าความจุ

           ค่าความจุของตัวเก็บประจุหมายถึงความสามารถในการเก็บประจุไฟฟ้ามีหน่วยเป็นฟารัด(Farad) เขียนแทนด้วยอักษรภาษาอังกฤษตัวเอฟ (F) ตัวเก็บประจุที่มีความสามารถในการเก็บประจุได้ 1 ฟารัดหมายถึงเมื่อป้อนแรงเคลื่อนจำนวน 1 โวลท์ จ่ายกระแส 1 แอมแปร์ ในเวลา 1 นาที ให้กับแผ่นเพลททั้งสอง สามารถเก็บประจุไฟฟ้าได้ 1 คูลอมบ์  ในงานไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์จะไม่ค่อยนิยมใช้ตัวเก็บประจุที่มีค่ามากเป็นฟารัด เพราะฉะนั้นค่าของตัวเก็บประจุที่พบในวงจรต่าง ๆ จึงมีค่าเพียงไมโคร นาโน และพิโกฟารัด ค่าต่าง ๆ สามารถแสดงค่าได้ดังนี้์

           จากความสัมพันธ์ของค่าการเก็บประจุ ประจุไฟฟ้าและแรงดัน สามารถเขียนเป็นสูตรความสัมพันธ์ได้ดังนี้คือ

             ค่าความจุจะพิมพ์ติดไว้บริเวณตัวเก็บประจุ ตัวอย่างเช่น 100 V 150 uF  ,  10 uF 50 V 0.01 uF ตัวเก็บประจุบางตัวแสดงค่าเป็นรหัสตัวเลข เช่น 103 วิธีการอ่านค่าจะใช้วิธีเดียวกับการอ่านค่าแถบสีตัวต้านทาน สีที่ 1 และ 2 จะเป็นตัวตั้ง ส่วนสีที่ 3 หมายถึงตัวคูณ แล้วอ่านค่า เป็นหน่วยพิโกฟารัด จากในรูปที่ 3.7 เขียนตัวเลข 103 บนตัวเก็บประจุจะอ่านค่าได้ 10 และเติม 0 ไปอีก 3 ตัว ทำให้ได้ค่า 10,000 pF หรือมีค่าเท่ากับ 0.01 uF

             การอ่านค่าความจุสามารถกระทำได้ตามวิธีที่อธิบายดังกล่าว แต่ในปัจจุบันตัวเก็บประจุได้ผลิตออกมามากมาย วิธีการอ่านก็มีหลากหลายวิธีมาก ดังนั้นผู้เขียนจะแสดงรูปและอธิบายวิธีการอ่านแต่ละตัวพอสังเขป เพื่อเป็นแนวทางในการศึกษาต่อไป นอกจากนี้ตัวเก็บประจุได้แสดงค่าผิดพลาด และอัตราทนแรงดันไว้บนตัวเป็นอักษรภาษาอังกฤษเอาไว้แต่ละตัวมีความหมายดังนี้คือ

            หน่วยความจุที่ใช้ในปัจจุบันส่วนใหญ่จะเป็นหน่วยพิโกฟารัดและไมโครฟารัด เมื่ออ่านค่าเป็นพิโกฟารัด และต้องการแปลงเป็นหน่วยไมโครฟารัด สามารถทำการเทียบหน่วยจาก 1,000,000 พิโกฟารัดเท่ากับ 1 ไมโครฟารัดแล้วเทียบค่าออกมา ดังนี้

           ในกรณีที่ตัวเก็บประจุแสดงค่าเป็นแถบสีนิยมใช้กับตัวเก็บประจุชนิดแทนทาลั่มซึ่งจะมีแบบ 3 แถบสี และ 5 แถบสี วิธีการอ่านก็จะคล้าย ๆ กับการอ่านค่าแถบสีของตัวต้านทาน ผู้เขียนจะแสดงรูปและอธิบายวิธีการอ่านแต่ละตัวพอสังเขป เพื่อเป็นแนวทางในการศึกษาต่อไปดังนี้

6.ตัวเหนี่ยวนำ (อังกฤษ: Inductor) บางครั้งถูกเรียกว่าคอยล์หรือรีแอคเตอร์(อังกฤษ: coil หรือ reactor)

                   เป็น อุปกรณ์ในวงจรไฟฟ้าแบบพาสซีฟสองขั้วไฟฟ้า(ขา) มีคุณสมบัติในการป้องกันการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวมัน มันประกอบด้วยตัวนำ เช่นลวดทองแดงม้วนกันเป็นวงกลม เมื่อกระแสไหลผ่านตัวมัน พลังงานจะถูกเก็บไว้ชั่วคราวในรูปสนามแม่เหล็กในคอยล์นั้น เมื่อกระแสนั้นเปลี่ยนแปลง, สนามแม่เหล็กที่แปรตามเวลาจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าในตัวนำนั้น ตามกฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์ ซึ่งจะต้านกับการเปลี่ยนแปลงของกระแสที่สร้างมัน
                   ตัวเหนี่ยวนำถูกกำหนดโดยการเหนี่ยวนำของมัน หรืออัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้า ซึ่งมีหน่วยเป็น Henries (H) ตัวเหนี่ยวนำมีค่าปกติตั้งแต่ 1 μH (10^{- 6}H)จนถึง 1 H ตัวเหนี่ยวนำจำนวนมากมีแกนเป็นแม่เหล็กที่ทำจากเหล็ก หรือเฟอร์ไรต์ภายในคอยล์ เหมือนกับตัวเก็บประจุและตัวต้านทาน ตัวเหนี่ยวนำเป็นหนึ่งในสามชิ้นส่วนวงจรเชิงเส้นแบบพาสซีฟที่ประกอบขึ้นเป็น วงจรไฟฟ้า ตัวเหนี่ยวนำถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กระแสสลับ (AC) โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุปกรณ์วิทยุ มันถูกใช้ป้องกันการไหลของกระแส AC ขณะที่ยอมให้กระแส DC ผ่านไปได้ ตัวเหนี่ยวนำที่ถูกออกแบบมาเพื่อการนี้จะเรียกว่าโช๊ค(อังกฤษ: choke) มันยังถูกใช้ในตัวกรองอิเล็กทรอนิกส์เพื่อแยกสัญญาณที่มีความถี่ที่แตกต่าง กันและใช้ร่วมกับตัวเก็บประจุเพื่อทำเป็นวงจรปรับหาความถี่(อังกฤษ: tuner) ที่ใช้ในการปรับหาคลื่นสถานีของเครื่องรับวิทยุและโทรทัศ

การอ่านค่าความเหนี่ยวนำ
               ค่าความเหนี่ยวนำ มักแสดงโดยการพิมพ์ค่าลงบนตัวเหนี่ยวนำ แสดงเป็นรหัสตัวเลข หรือแสดงเป็นแถบสีแบบตัวต้านทาน ส่วนค่าความผิดพลาดในกรณีการพิมพ์ค่าหรือใช้รหัสตัวเลขนั้นจะมีการพิมพ์เป็นตัวอักษร ดังนี้

 

                 กรณีพิมพ์ค่าบนตัวเหนี่ยวนำถ้าค่าความเหนี่ยวนำไม่เกิน 100 uH จะใช้ตัวเลข 3 ตัวและใช้ R แทนจุดทศนิยมดังนี้

              กรณีแสดงเป็นรหัสตัวเลข จะใช้ตัวเลข 3 ตัวโดยตัวที่ 1-2 ให้อ่านค่าตามตัวเลขที่พิมพ์ ส่วนตัวที่ 3 แสดงเลขยกกำลังหรือตัวเติมศูนย์ดังตัวอย่าง

               กรณีแสดงเป็นแถบสีแบบตัวต้านทาน  อาจจะมีลักษณะเป็นแถบ 3 สี แถบ 4 สี หรือแสดงเป็นจุด อ่านค่าเป็นหน่วย uH แต่การอ่านค่ายังมีลักษณะ คล้ายกับการอ่านค่าแถบสีของตัวต้านทาน

ตัวอย่างการคำนวณ ความเหนี่ยวนำ