อะไรคือความจุฟิซิกส์

1. นิยาม

คำว่า "ตัวเก็บประจุถาวร" ที่ใช้กันโดยทั่วไปอาจเป็นคำที่ใช้ในวงกว้าง ส่วนใหญ่หมายถึงตัวเก็บประจุคงที่ ตัวเก็บประจุคงที่คือประเภทของตัวเก็บประจุที่มีค่าความจุไฟฟ้าคงที่ ในวงจร ค่าความจุไฟฟ้าจะไม่เปลี่ยนแปลงเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงตามปกติ หรือสภาพภายนอกอื่น ๆ ที่พบบ่อย หน้าที่หลักของมันรวมถึงการเก็บพลังงานไฟฟ้า การกรองสัญญาณ การเชื่อมต่อ และการข้ามผ่าน

2. โครงสร้างและหลักการ

โครงสร้าง

ยกตัวอย่างเช่น ตัวเก็บประจุเซรามิกที่พบทั่วไป มันประกอบด้วยสารตัวกลางเซรามิก ขั้วไฟฟ้า และวัสดุห่อหุ้ม สารตัวกลางเซรามิกเป็นส่วนสำคัญที่กำหนดค่าความจุไฟฟ้าและคุณสมบัติอื่น ๆ ขั้วไฟฟ้าทำจากวัสดุโลหะ (เช่น เงิน พาลาเดียม เป็นต้น) และใช้ในการนำประจุออก วัสดุห่อหุ้มมีบทบาทในการป้องกันโครงสร้างภายใน

หลักการ

ตัวเก็บประจุทำงานบนหลักการของการเก็บพลังงานไฟฟ้าในสนามไฟฟ้า เมื่อมีแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วสองข้างของตัวเก็บประจุ ประจุไฟฟ้าจะสะสมที่ขั้วทั้งสอง สร้างสนามไฟฟ้า พลังงานของสนามไฟฟ้านี้ถูกเก็บไว้ในตัวเก็บประจุในรูปแบบของพลังงานไฟฟ้า สำหรับตัวเก็บประจุคงที่ ขนาดของความจุไฟฟ้าขึ้นอยู่กับพื้นที่ของแผ่นทั้งสอง ระยะห่างระหว่างแผ่น และค่าคงที่ของสารตัวกลางระหว่างแผ่น ตามสูตร c=εs/d (โดยที่ C คือความจุ ε คือค่าคงที่ของสารตัวกลาง S คือพื้นที่ของแผ่น และ d คือระยะห่างระหว่างแผ่น) ในตัวเก็บประจุคงที่ พารามิเตอร์เหล่านี้จะมีค่าคงที่หลังจากการผลิต ดังนั้นค่าความจุไฟฟ้าจึงคงที่

3. ประเภทและการใช้งาน

ประเภท

• ตัวเก็บประจุเซรามิก: มีคุณสมบัติขนาดเล็ก ประสิทธิภาพสูงที่ความถี่สูง และมีความเสถียรสูง แบ่งออกเป็นชั้น I (ชนิดปรับอุณหภูมิ), ชั้น II (ชนิดความถี่สูง), และชั้น III (ชนิดกึ่งตัวนำ) ตัวเก็บประจุเซรามิกชั้น I ใช้ในวงจรสั่นสะเทือนความถี่สูง เครื่องมือวัดที่มีความแม่นยำสูง และสถานการณ์ที่ต้องการความเสถียรของความจุไฟฟ้าสูง ตัวเก็บประจุเซรามิกชั้น II เหมาะสำหรับวงจรข้ามผ่านและกรองสัญญาณทั่วไป

• ตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์: แบ่งออกเป็นตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์อลูมิเนียมและตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์แทนทาลัม ตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์อลูมิเนียมมีความจุไฟฟ้าสูงแต่มีกระแสรั่วไหลสูง ใช้ในวงจรกรองสัญญาณความถี่ต่ำและการทำให้สัญญาณไฟฟ้าเรียบ ตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์แทนทาลัมมีประสิทธิภาพดีกว่าและใช้ในวงจรพลังงาน การส่งผ่านสัญญาณ และสถานการณ์ที่ต้องการประสิทธิภาพสูง

• ตัวเก็บประจุฟิล์ม: รวมถึงตัวเก็บประจุฟิล์มโพลีเอสเตอร์ ตัวเก็บประจุฟิล์มโพลีโพรพิลีน ฯลฯ ตัวเก็บประจุฟิล์มโพลีเอสเตอร์ใช้ในวงจร DC และ AC ความถี่ต่ำของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป ตัวเก็บประจุฟิล์มโพลีโพรพิลีน มีข้อดีคือความสูญเสียน้อยและมีคุณสมบัติฉนวนที่ดี ใช้ในวงจรความถี่สูงและวงจรแรงดันสูงอย่างแพร่หลาย

การใช้งาน

• วงจรพลังงาน: ในวงจรปรับและกรองสัญญาณของแหล่งกำเนิดพลังงาน ตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์ใช้ในการทำให้สัญญาณ DC ราบรื่นและกรองสัญญาณริบบิ้นหลังจากการปรับ ตัวอย่างเช่น ในแหล่งกำเนิดพลังงานคอมพิวเตอร์ ตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์ขนาดใหญ่สามารถลดการแกว่งของแรงดันไฟฟ้าที่ออกจากแหล่งกำเนิดพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ และให้แหล่งพลังงานที่มั่นคงสำหรับส่วนประกอบต่าง ๆ ของคอมพิวเตอร์

• วงจรคู่: ในวงจรขยายสัญญาณเสียง ตัวเก็บประจุใช้ในการคู่สัญญาณเสียง ตัวอย่างเช่น ระหว่างวงจรขยายสัญญาณเสียงสองขั้นตอน ตัวเก็บประจุใช้ในการคู่สัญญาณออกของวงจรขยายขั้นตอนแรกเข้าสู่วงจรขยายขั้นตอนถัดไป ในขณะเดียวกัน มันก็ป้องกันสัญญาณ DC และอนุญาตให้มีเพียงสัญญาณ AC เสียงผ่าน ทำให้สัญญาณเสียงถูกส่งผ่านและขยายได้อย่างมีประสิทธิภาพ

• วงจรสั่นสะเทือน: ในวงจรสั่นสะเทือนของอุปกรณ์ส่งและรับวิทยุ ตัวเก็บประจุคงที่ เช่น ตัวเก็บประจุเซรามิกหรือตัวเก็บประจุฟิล์ม ร่วมกับอินดักเตอร์และส่วนประกอบอื่น ๆ สร้างวงจรสั่นสะเทือนเพื่อสร้างสัญญาณสั่นสะเทือนความถี่สูงที่มั่นคง ตัวอย่างเช่น ในวงจรสั่นสะเทือนภายในของวิทยุ ตัวเก็บประจุคงที่และอินดักเตอร์ทำงานร่วมกันเพื่อกำหนดความถี่สั่นสะเทือน ทำให้วิทยุสามารถรับสัญญาณกระจายเสียงที่มีความถี่เฉพาะ