ตัวเก็บประจุหลายตัวซึ่งเป็นส่วนประกอบทางไฟฟ้าทรงกระบอกขนาดเล็กถูกบัดกรีเข้ากับเมนบอร์ดนี้ ปีเตอร์ เดซลีย์/เก็ตตี้อิมเมจ

ในทางหนึ่ง ตัวเก็บประจุก็เหมือนกับแบตเตอรี่เล็กน้อย แม้ว่าพวกมันจะทำงานในลักษณะที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง แต่ตัวเก็บประจุและแบตเตอรี่ต่างก็กักเก็บพลังงานไฟฟ้า หากคุณได้อ่าน วิธีการทำงานของแบตเตอรี่ คุณจะรู้ว่าแบตเตอรี่มีสองขั้ว ภายในแบตเตอรี่ ปฏิกิริยาเคมีจะผลิตอิเล็กตรอนที่ขั้วหนึ่งและอีกขั้วหนึ่งจะดูดซับอิเล็กตรอนเมื่อคุณสร้างวงจร ตัวเก็บประจุนั้นง่ายกว่าแบตเตอรี่มาก เนื่องจากไม่สามารถผลิตอิเล็กตรอนใหม่ได้ แต่จะเก็บมันไว้เท่านั้น ตัวเก็บประจุเรียกว่าเพราะมี "ความจุ" เพื่อเก็บพลังงาน

ตัวเก็บประจุเป็นเหมือนแบตเตอรี่เล็กน้อย

ในบทความนี้ เราจะมาเรียนรู้ว่าตัวเก็บประจุคืออะไร ทำหน้าที่อะไร และใช้งานอย่างไรในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ 

สามารถผลิตตัวเก็บประจุเพื่อตอบสนองวัตถุประสงค์ต่างๆ ตั้งแต่ตัวเก็บประจุพลาสติกที่เล็กที่สุดในเครื่องคิดเลขของคุณ ไปจนถึงตัวเก็บประจุพิเศษที่สามารถจ่ายไฟให้กับรถโดยสารประจำทาง ต่อไปนี้คือตัวเก็บประจุประเภทต่างๆ และวิธีการใช้งาน

• อากาศ: มักใช้ในวงจรปรับจูนวิทยุ
• Mylar: ส่วนใหญ่ใช้สำหรับวงจรตัวจับเวลา เช่น นาฬิกา นาฬิกาปลุก และตัวนับ
• แก้ว: เหมาะสำหรับงานไฟฟ้าแรงสูง
• เซรามิก: ใช้สำหรับวัตถุประสงค์ความถี่สูง เช่น เสาอากาศ เครื่องเอ็กซ์เรย์ และเครื่อง MRI
• ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์: ขับเคลื่อนรถยนต์ไฟฟ้าและ รถยนต์ไฮบริด

ภายในตัวเก็บประจุ ขั้วต่อ จะเชื่อมต่อกับแผ่นโลหะสองแผ่น ที่คั่นด้วยสารที่ไม่นำไฟฟ้าหรือ ไดอิเล็กตริก คุณสามารถ สร้างตัวเก็บประจุ ได้ง่ายๆ  จากแผ่น อลูมิเนียม ฟอยล์ 2 แผ่นและกระดาษ 1 แผ่น (และคลิปหนีบไฟฟ้า) มันจะไม่ใช่ตัวเก็บประจุที่ดีเป็นพิเศษในแง่ของความจุ แต่จะใช้งานได้

ตามทฤษฎีแล้ว ไดอิเล็กตริกสามารถเป็นสารที่ไม่นำไฟฟ้าใดๆ ก็ได้ อย่างไรก็ตาม สำหรับการใช้งานจริง จะใช้วัสดุเฉพาะที่เหมาะกับการทำงานของตัวเก็บประจุมากที่สุด ไมกา เซรามิก เซลลูโลส พอร์ซเลน ไมลาร์ เทฟลอน และแม้แต่อากาศเป็นวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้าบางชนิดที่ใช้ อิเล็กทริกกำหนดชนิดของตัวเก็บประจุและสิ่งที่เหมาะที่สุด ขึ้นอยู่กับขนาดและประเภทของไดอิเล็กตริก ตัวเก็บประจุบางตัวเหมาะสำหรับการใช้งานความถี่สูง ในขณะที่บางตัวเหมาะสำหรับการใช้งานแรงดันสูง

วงจรตัวเก็บประจุ

เมื่อคุณต่อตัวเก็บประจุเข้ากับแบตเตอรี่ จะเกิดอะไรขึ้น:

• แผ่นบนตัวเก็บประจุที่ติดกับขั้วลบของแบตเตอรี่จะรับอิเล็กตรอนที่แบตเตอรี่ผลิตขึ้น
• แผ่นบนตัวเก็บประจุที่ต่อกับขั้วบวกของแบตเตอรี่จะสูญเสียอิเล็กตรอนไปยังแบตเตอรี่

เมื่อชาร์จแล้ว ตัวเก็บประจุจะมี แรงดันไฟฟ้า เท่ากับแบตเตอรี่ (1.5 โวลต์บนแบตเตอรี่หมายถึง 1.5 โวลต์บนตัวเก็บประจุ) สำหรับคาปาซิเตอร์ตัวเล็กความจุก็น้อย แต่ตัวเก็บประจุขนาดใหญ่สามารถเก็บประจุได้ค่อนข้างมาก คุณสามารถหาคาปาซิเตอร์ขนาดใหญ่เท่ากระป๋องโซดาที่มีประจุเพียงพอสำหรับจุดไฟฉายเป็นเวลาหนึ่งนาทีหรือมากกว่านั้น

แม้แต่ธรรมชาติก็แสดงตัวเก็บประจุที่ทำงานในรูปแบบของฟ้าผ่า แผ่นหนึ่งคือ เมฆ อีกแผ่นหนึ่งคือพื้นดิน และสายฟ้าคือประจุไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาระหว่าง "แผ่นเปลือกโลก" ทั้งสองนี้ เห็นได้ชัดว่าตัวเก็บประจุขนาดใหญ่สามารถเก็บประจุได้มาก!

สมมติว่าคุณเชื่อมต่อตัวเก็บประจุดังนี้:

แผนภาพนี้แสดงวิธีที่ตัวเก็บประจุเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่

ที่นี่คุณมีแบตเตอรี่ หลอดไฟ และตัวเก็บประจุ ถ้าคาปาซิเตอร์ค่อนข้างใหญ่ สิ่งที่สังเกตได้คือเมื่อคุณต่อแบตเตอรี่ หลอดไฟจะสว่างขึ้นเมื่อมีกระแสไหลจากแบตเตอรี่ ไป ยังคาปาซิเตอร์เพื่อชาร์จประจุ หลอดไฟจะหรี่ลงเรื่อย ๆ และดับลงในที่สุดเมื่อตัวเก็บประจุถึงความจุ หากคุณถอดแบตเตอรี่ออกแล้วเปลี่ยนด้วยสายไฟ กระแสจะไหลจากแผ่นหนึ่งของตัวเก็บประจุไปยังอีกแผ่นหนึ่ง หลอดไฟจะสว่างขึ้นในขั้นต้นจากนั้นหรี่ลงเมื่อตัวเก็บประจุคายประจุจนหมด

ในหัวข้อถัดไป เราจะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับความจุและดูรายละเอียดเกี่ยวกับวิธีต่างๆ ของตัวเก็บประจุที่ใช้

เหมือนอ่างเก็บน้ำ

วิธีหนึ่งที่จะเห็นภาพการทำงานของตัวเก็บประจุคือการจินตนาการว่ามันเป็น อ่างเก็บน้ำ ที่เกี่ยวเข้ากับท่อ อ่างเก็บน้ำ "เก็บ" แรงดันน้ำ — เมื่อปั๊มระบบน้ำผลิตน้ำมากกว่าความต้องการของเมือง ส่วนเกินจะถูกเก็บไว้ในอ่างเก็บน้ำ จากนั้นในช่วงเวลาที่มีความต้องการสูง น้ำส่วนเกินจะไหลออกจากหอคอยเพื่อรักษาแรงดันให้สูงขึ้น ตัวเก็บประจุจะเก็บอิเล็กตรอนในลักษณะเดียวกันและปล่อยอิเล็กตรอนในภายหลัง

ฟารัด

มุมมองของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่เรียกว่าตัวเก็บประจุแบบฟิล์ม ตัวเก็บประจุเป็นอุปกรณ์ที่เก็บพลังงานไฟฟ้าในสนามไฟฟ้า JAVIER ZAYAS ถ่ายภาพ/เก็ตตี้อิมเมจ

ศักยภาพในการจัดเก็บของตัวเก็บประจุหรือ ความจุวัดเป็นหน่วยที่เรียกว่า ฟารัด ตัวเก็บประจุ 1 ฟารัดสามารถเก็บประจุไฟฟ้าได้ 1 คูลอมบ์ (คู-ลอมบ์) ที่ 1 โวลต์ คูลอมบ์คือ 6.25e18 (6.25 * 10^18 หรือ 6.25 พันล้าน อิเล็กตรอน ) หนึ่ง แอมป์ แสดงถึงอัตราการไหลของอิเล็กตรอน 1 คูลอมบ์ของอิเล็กตรอนต่อวินาที ดังนั้นตัวเก็บประจุ 1 ฟารัดจึงสามารถเก็บอิเล็กตรอนได้ 1 แอมป์-วินาทีที่ 1 โวลต์

โดยทั่วไปแล้วตัวเก็บประจุขนาด 1 ฟารัดจะมีขนาดค่อนข้างใหญ่ อาจใหญ่เท่ากับทูน่ากระป๋องหรือขวดโซดาขนาด 1 ลิตร ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่รับได้ ด้วยเหตุนี้ ตัวเก็บประจุจึงมีหน่วยวัดเป็นไมโครฟารัด (หนึ่งในล้านของฟารัด)

หากต้องการทราบมุมมองเกี่ยวกับขนาดของฟารัด ลองนึกถึงสิ่งนี้:

•  แบตเตอรี่ อัลคาไลน์ AA มาตรฐานเก็บได้ประมาณ 2.8 แอมป์ชั่วโมง
• นั่นหมายความว่าแบตเตอรี่ AA สามารถผลิตไฟ 1.5 โวลต์ได้ 2.8 แอมป์ต่อชั่วโมง (ประมาณ 4.2 วัตต์ต่อชั่วโมง — แบตเตอรี่ AA สามารถให้แสงสว่างแก่หลอดไส้ 4 วัตต์นานกว่าหนึ่งชั่วโมงเล็กน้อย)
• เรียกมันว่า 1 โวลต์เพื่อทำให้คณิตศาสตร์ง่ายขึ้น หากต้องการเก็บพลังงานของแบตเตอรี่ AA หนึ่งก้อนไว้ในตัวเก็บประจุ คุณต้องใช้ 3,600 * 2.8 = 10,080 ฟารัดจึงจะเก็บประจุได้ เนื่องจาก 1 แอมป์ชั่วโมงเท่ากับ 3,600 แอมป์-วินาที

หากต้องใช้สิ่งของขนาดเท่าทูน่ากระป๋องในการถือฟารัด ฟารัด 10,080 ฟารัดจะใช้พื้นที่มากกว่าถ่าน AA เพียงก้อนเดียว! เป็นไปไม่ได้ที่จะใช้ตัวเก็บประจุเพื่อเก็บพลังงานจำนวนมากเว้นแต่คุณจะใช้ไฟฟ้าแรงสูง

แอพพลิเคชั่น

ความแตกต่างระหว่างตัวเก็บประจุและแบตเตอรี่คือตัวเก็บประจุสามารถทิ้งประจุทั้งหมดได้ภายในเสี้ยววินาที ซึ่งแบตเตอรี่จะใช้เวลาหลายนาทีในการคายประจุจนหมด นั่นเป็นสาเหตุที่แฟลชอิเล็กทรอนิกส์ใน กล้อง ใช้ตัวเก็บประจุ — แบตเตอรี่จะชาร์จตัวเก็บประจุของแฟลชเป็นเวลาหลายวินาที จากนั้นตัวเก็บประจุจะทิ้งประจุเต็มลงในหลอดแฟลชแทบจะในทันที ซึ่งอาจทำให้ตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ที่มีประจุไฟฟ้าเป็นอันตรายอย่างยิ่งได้ — แฟลชและ ทีวี มีคำเตือนเกี่ยวกับการเปิดตัวเก็บประจุด้วยเหตุผลนี้ พวกมันมีตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ที่สามารถฆ่าคุณด้วยประจุที่มีอยู่

ตัวเก็บประจุใช้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ได้หลายวิธี:

บางครั้งตัวเก็บประจุถูกใช้เพื่อเก็บประจุสำหรับการใช้งานความเร็วสูง นั่นคือสิ่งที่แฟลชทำ เลเซอร์ขนาดใหญ่ใช้เทคนิคนี้เช่นกันเพื่อให้ได้แสงวาบที่สว่างมากในทันที

คาปาซิเตอร์ยังสามารถกำจัดการกระเพื่อมของไฟฟ้าได้อีกด้วย หากสายที่มีแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงมีการกระเพื่อมหรือมีหนามแหลมอยู่ในนั้น ตัวเก็บประจุขนาดใหญ่สามารถกำจัดแรงดันไฟฟ้าได้โดยการดูดซับจุดสูงสุดและเติมลงในหุบเขา

ตัวเก็บประจุสามารถปิดกั้นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงได้ หากคุณต่อตัวเก็บประจุขนาดเล็กเข้ากับแบตเตอรี่ จะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลระหว่างขั้วของแบตเตอรี่เมื่อตัวเก็บประจุชาร์จ อย่างไรก็ตาม สัญญาณกระแสสลับ (AC) ใดๆ จะไหลผ่านตัวเก็บประจุแบบไม่มีข้อจำกัด นั่นเป็นเพราะตัวเก็บประจุจะชาร์จและคายประจุเมื่อกระแสสลับผันผวน ทำให้ดูเหมือนว่ากระแสสลับกำลังไหล

ในหัวข้อถัดไป เราจะดูประวัติของตัวเก็บประจุและวิธีที่ผู้มีความคิดที่เฉียบแหลมที่สุดบางคนมีส่วนทำให้เกิดความก้าวหน้า

ที่มา: howstuffworks