ค่าความต้านทานของตัวเก็บประจุ (Capacitive Reactance)

ค่าความต้านทานของตัวเก็บประจุ (Capacitive Reactance)

ก่อนหน้านี้เราได้เรียนรู้มาแล้วว่าตัวเก็บประจุมีคุณลักษณะ ชาร์จและดิสชาร์จประจุ (Charging and Dischagrging) และเราก็รู้ว่าตัวเก็บประจุจะป้องกันไม่ให้ไฟฟ้ากระแสตรงไหลผ่าน (DC Current) ยกเว้นช่วงเวลาสั้นๆตอนเริ่มชาร์จประจุ แต่เมื่อเราใช้ไฟฟ้ากระแสสลับจ่ายให้กับวงจรที่มีตัวเก็บประจุอยู่ กระแสจะวิ่งไหลผ่านได้โดยการชาร์จและดิสชาร์จตามที่ได้กล่าวไปในตอนการทำงานของตัวเก็บประจุ ซึ่งการที่จะรู้ว่ากระแสไหลผ่านในวงจรมีเท่าไหร่นั้น เราสามารถใช้กฏของโอห์ม (I = V / R) มาคำนวณได้ เพียงแต่ค่าความต้านทานของตัวเก็บประจุ (Capacitive Reactance) จะเปลี่ยนแปลงไปตามความถี่ของแหล่งจ่ายและขนาดของตัวเก็บประจุ ตามสูตรข้างล่าง ซึ่งเราจะใช้สัญลักษณ์ Xc แทนความหมายของความต้านทานของตัวเก็บประจุ

Xc = 1 / (2 x ∏ x f x C)

โดย f จะมีหน่วยเป็นเฮิร์ซ (Hz) ของเแหล่งจ่ายแรงดันไฟสลับ และ C มีหน่วยเป็นฟารัด (F) และค่า ∏ เป็นค่าคงที่เท่ากับ 3.14 ซึ่งคุณสามารถประมาณค่า 2∏ = 6.28 และแทนค่าในสูตรจะได้

Xc = 1 / (ุ6.28 x f x C)

โดยคุณจะห็นได้จากสูตรว่า ยิ่งความถึ่มีค่ามากหรือตัวเก็บประจุมีค่ามากจะทำให้ค่าความต้านทานของตัว เก็บประจุมีค่าน้อยลง ซึ่งถ้าคุณจ่ายไฟกระแสตรงที่ไม่มีความถึ่ (f = 0 Hz) จะทำให้ค่าความต้านทานของตัวเก็บประจุเป็นอนันต์(Infinity) ซึ่งกระแสจะไม่สามารถไหลผ่านได้ ตามที่เราได้เรียนรู้กันไป
ตัวอย่าง คำนวณค่าความต้านทานของตัวเก็บประจุ ของตัวเก็บประจุขนาด 0.1 µF และแหล่งจ่ายไฟ AC มีความถี่ 20 KHz
Xc = 1 / (6.28 x 20,000 x 0.0000001)
≈ 80 Ω
ในกรณีที่คุณลดความถึ่ลงมาเหลือ 1 Hz ค่าความความต้านทานตัวเก็บประจุจะเปลี่ยนเป็น

Xc = 1 / (6.28 x 1 x 0.0000001)
≈ 1.6 MΩ

กฏของโอห์มสำหรับตัวเก็บประจุ

ค่าความต้านทานตัวเก็บประจุ ถูกวัดในหน่วยโอห์ม ซึ่งนั่นหมายความว่าเราสามารถใช้กฏของโอห์มได้ จากตัวอย่างที่แล้วถ้าเราใช้ความถี่ 1 Hz กับตัวเก็บประจุ 0.1 µF เราจะได้ค่า Xc = 1.6 MΩ และค่าแรงดันสูงสุดที่ใช้ Vpeak = 5 V คุณจะได้ค่ากระแสสูงสุดที่ไหลในวงจรเท่ากับ
Ipeak = Vpeak / Xc
= 5 V / 1.6 MΩ
= 0.0625 A (62.5 mA)
ซึ่งถ้าความถี่น้อยๆ หรือไม่มีความถี่เลย(กระแสตรง)  จะไม่สามารถทำให้กระแสไหลผ่านได้ตามกราฟ
ดังรูป

การอ่านค่าตัวเก็บประจุ

ตัวเก็บประจุ
 บางตัวจะพิมพ์บอกค่าตัวเก็บประจุที่ตัว อุปกรณ์เลย ซึ่งถ้าจะทำอย่างนั้นได้ต้องเป็นตัวเก็บประจุที่มีเนื้อที่พอที่จะให้พิมพ์ ค่าไว้บนตัวอุปกรณ์ได้ รวมถึงค่าแรงดันที่ใช้งาน
แล้วในกรณีที่พื้นที่ของตัวเก็บประจุไม่พอหรือไม่เหมาะที่จะพิมพ์ตัว หนังสือเยอะแยะ จะทำยังไง! ก็มีคนคิดค้นรหัส 3 หลักพิมพ์ติดไว้ที่ตัวเก็บประจุเพื่อเป็นการบอกค่าในหน่วยพิโคฟารัด(pF) เท่านั้น โดยที่รหัสสองตัวแรกจะเป็นจำนวนตัวเลข ส่วนตำแหน่งที่ 3 จะบอกเป็นจำนวนเลขศูนย์ จากนั้นก็ใส่หน่วยพิโคฟารัดต่อท้ายได้เลย เช่น 103 จะเท่ากับ 10000 pF แต่บางตัวก็บอกแค่2 รหัส นั่นหมายความว่าค่าของตัวเก็บประจุไม่มีเลขศูนย์ต่อท้าย ให้ใช้ค่า 2 หลักแรกเป็นค่าตัวเก็บประจุเลย เช่น 22 จะเท่ากับ 22 pF ซึ่งไม่มีตำแหน่งที่ 3 ก็ไม่ต้องใส่เลขศูนย์ไป ส่วนหน่วยก็ยังเหมือนเดิมคือ pF.
สำหรับตัวเก็บประจุที่มีค่ามากกว่า 1000 pF ทางผู้จำหน่ายอุปกรณ์ส่วนใหญ่จะมีรายการบอกเป็น uF สำหรับใครที่ยังไม่ชำนาญในเรื่องหน่วยอาจจะต้องหัดหน่อย เพราะเวลาอ่านค่าที่ได้จากตัวอุปกรณ์จะมีหน่วยเป็นพิโคฟารัด ซึ่งผมได้เตรียมค่าตารางแปลงหน่วยของตัวเก็บประจุไว้ข้างล่างแล้ว ซึ่งเป็นรายการที่ใช้บ่อยๆ ส่วนใครไม่อยากจำหรือนำมาดูบ่อยๆ ต้องหัดแปลงหน่วยให้เป็นนะครับ

Capacitor Value Referrence
Marking	Value
nn (number 01 – 99)	nn pF
101	100 pF
102	0.001 μF
103	0.01 μF
104	0.1 μF
221	220 pF
222	0.0022 μF
223	0.022 μF
224	0.22 μF
331	330 pF
332	0.0033 μF
333	0.033 μF
334	0.33 μF
471	470 pF
472	0.0047 μF
473	0.047 μF
474	0.47 μF

สำหรับการบอกค่าตัวเก็บประจุยัง มีอีกแบบที่ไม่ค่อยได้เห็นกัน โดยใช้ตัวเลข 2 ตัวและตัวอักษร ยกตัวอย่างเช่น 4R1 ค่าที่ได้ให้เปลี่ยน R เป็นจุดทศนิยมจะได้ค่า 4.1 ซึ่งการบอกแบบนี้จะไม่บอกหน่วยมาด้วย ซึ่งอาจจะเป็นได้ทั้งไมโครฟารัดและพิโคฟารัด อันนี้ต้องลองเอาไปวัดกับมิเตอร์ที่วัดค่าตัวเก็บประจุได้
มาถึงตัวสุดท้ายคือค่าความผิดพลาด โดยจะบอกค่าเป็นตัวอักษรตำแหน่งที่ 4 หลังตัวเลขสามหลักแรก เช่น 103Z จะมีความหมายว่า ซึ่งค่าที่อ่านได้อาจจะมีค่า +80% หรือ -20% ของ0.01 μF ซึ่งค่าความผิดพลาดและความหมายของแต่ละตัวอักษร แสดงตามตารางข้างล่าง

Capacitor Tolerance Markings
Code	Tolerance
B	+/– 0.1 pF
C	+/– 0.25 pF
D	+/– 0.5 pF
F	+/– 1 per cent
G	+/– 2 per cent
J	+/– 5 per cent
K	+/– 10 per cent
M	+/– 20 per cent
Z	+ 80 per cent, –20 per cent

สำหรับการใช้งานตัวเก็บประจุนั้นมีให้เลือกหลากหลาย ขึ้นอยู่กับชนิดของแผ่นไดอิเล็กทริกที่ใช้กั้นระหว่างแผ่นเพลท ซึ่งถ้าในวงจรที่คุณต่อมีการระบุชนิดของตัวเก็บประจุแล้วแนะนำให้เลือกใช้ ตามที่ออกแบบมานะครับ แม้ว่ามันอาจจะใช้แทนกันได้ แต่อาจใช้ได้ในระยะสั้นๆ ถ้าในระยะยาวแล้วอาจมีปัญหาเรื่องความเสถียรได้ สำหรับตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลต์ จะเป็นตัวเก็ฐประจุแบบมีขั้ว ดังนั้นเวลาต่อใช้งานจำเป็นที่จะต้องดูขั้วให้ดี ซึ่งตำแหน่งขั้วลบจะมีเครื่องหมายบอกอยู่ที่ตัวอุปกรณ์แล้ว

หน้าตาของตัวเก็บประจุแบบต่างๆ