ตัวเก็บประจุ | สื่อการเรียนการสอน

วัตถุประสงค์การเรียนรู้Learning Objectives

อธิบายหลักการเก็บประจุและพลังงานในสนามไฟฟ้าของตัวเก็บประจุได้
บอกชนิดของตัวเก็บประจุและการเลือกใช้งานได้
อ่านค่าความจุจากรหัสตัวเลขและหน่วย pF / nF / µF ได้
คำนวณค่าความจุรวมแบบอนุกรมและขนานได้
อธิบายการประจุ/คายประจุและค่าคงที่เวลา (τ = RC) ได้

Explain how a capacitor stores charge and energy in an electric field
Identify capacitor types and how to choose them
Read capacitance from numeric codes and the pF / nF / µF units
Calculate total capacitance in series and parallel
Explain charging/discharging and the time constant (τ = RC)

คุณสมบัติและชนิดProperties & Types

เก็บและปล่อยพลังงานในรูปสนามไฟฟ้า
ต่อต้านการเปลี่ยนแปลงแรงดัน (oppose ΔV)
กรองความถี่ (Filter) และ Block DC
ใช้ใน Timing, Coupling, Bypass, Power supply

Store and release energy as an electric field
Oppose changes in voltage (oppose ΔV)
Filter frequencies and block DC
Used in Timing, Coupling, Bypass, Power supply circuits

💡 จุดสังเกตสำคัญ
ก่อนเลือกใช้งานให้ดู 3 อย่างเสมอ:
① มีขั้วหรือไม่ (มีขั้ว = ห้ามต่อกลับขั้ว ระเบิดได้)
② ช่วงค่าความจุ (pF / nF / μF)
③ แรงดันทนได้ (ต้องสูงกว่าแรงดันใช้งานจริง) 💡 Key things to check
Always look at 3 things before choosing one:
① Polarized? (polarized = never reverse it — it can explode)
② Capacitance range (pF / nF / μF)
③ Voltage rating (must exceed your working voltage)

🛢️ อิเล็กโทรไลติกElectrolytic

Aluminium Electrolytic

มีขั้ว +/−Polarized +/− 1 μF – 10,000 μF

ทรงกระบอกโลหะ ใช้ฟอยล์อะลูมิเนียมม้วนกับสารอิเล็กโทรไลต์ ทำให้ได้ ค่าความจุสูงมากในขนาดเล็ก แต่ ต้องต่อให้ถูกขั้ว (ขาสั้น/แถบขาว = ลบ) ค่าคลาดเคลื่อนสูง (±20%) และเสื่อมตามอายุ/ความร้อน

Metal can using rolled aluminium foil with an electrolyte, giving a very high capacitance in a small size, but it must be wired the right way round (short leg / white stripe = negative). Loose tolerance (±20%) and ages with heat/time.

🔧 ใช้: กรองไฟในแหล่งจ่ายไฟ, คัปปลิ้งความถี่ต่ำ🔧 Use: power-supply smoothing, low-frequency coupling

⚪ เซรามิกCeramic

Ceramic Disc / MLCC

ไม่มีขั้วNon-polarized 1 pF – 1 μF

เม็ดกลมสีน้ำตาล/ฟ้า หรือแบบ SMD เป็นชนิดที่พบบ่อยที่สุด ราคาถูก เล็ก ตอบสนองความถี่สูงดี ต่อทางไหนก็ได้ แต่ค่าความจุไม่สูงและอาจเปลี่ยนตามอุณหภูมิ/แรงดัน (เกรด X7R, Y5V)

Small brown/blue discs or SMD chips — the most common type. Cheap, tiny, great at high frequency, and not polarized. Capacitance is limited and can drift with temperature/voltage (grades X7R, Y5V).

🔧 ใช้: บายพาส/ดีคัปปลิ้งขา IC, กรองสัญญาณรบกวน🔧 Use: IC bypass/decoupling, noise filtering

Polyester/polypropylene film capacitor (yellow box)

🟨 ฟิล์ม (โพลีเอสเตอร์)Film (Polyester)

Polyester (MKT) / Polypropylene (MKP)

ไม่มีขั้วNon-polarized 1 nF – 10 μF

ก้อนสี่เหลี่ยมสีเหลือง/แดง ใช้แผ่นฟิล์มพลาสติกเป็นไดอิเล็กตริก ค่าเสถียร แม่นยำ ทนแรงดันสูง เสียงรบกวนต่ำ จึงนิยมในวงจรเสียงและวงจรตั้งเวลา ขนาดใหญ่กว่าเซรามิกที่ค่าเท่ากัน

Boxy yellow/red blocks using a plastic film dielectric. Stable, accurate, high-voltage and low-noise, so popular in audio and timing circuits. Bigger than a ceramic of the same value.

🔧 ใช้: วงจรเสียง, ตัวกรอง, วงจรตั้งเวลา/ออสซิลเลเตอร์🔧 Use: audio, filters, timing/oscillator circuits

🟠 แทนทาลัมTantalum

Tantalum Electrolytic

มีขั้ว +/−Polarized +/− 0.1 μF – 100 μF

หยดสีส้ม/เหลือง (แถบ = ขั้วบวก) เป็นอิเล็กโทรไลต์ชนิดหนึ่งที่ เล็กกว่า เสถียรกว่า อายุยืนกว่า แบบอะลูมิเนียม แต่ ราคาแพง และไวต่อการต่อกลับขั้ว/แรงดันเกิน (อาจลัดวงจรแล้วลุกไหม้)

Orange/yellow drops (stripe = positive). A type of electrolytic that is smaller, more stable and longer-lived than aluminium, but pricey and very sensitive to reverse polarity / over-voltage (can short and catch fire).

🔧 ใช้: กรองไฟในวงจรที่ต้องการขนาดเล็ก/ค่าเสถียร🔧 Use: filtering where small size / stable value matters

🔵 ซูเปอร์คาปาซิเตอร์Supercapacitor

Super / Ultra Capacitor

มีขั้ว +/−Polarized +/− 0.1 F – หลายพัน F

ความจุ สูงมหาศาล (เป็นฟารัด) เก็บพลังงานได้เกือบเท่าแบตเตอรี่เล็กๆ แต่ แรงดันทนต่ำ (~2.5–5 V) ชาร์จ/คายเร็ว เหมาะกับการสำรองไฟชั่วคราว ไม่เหมาะกับงานความถี่สูง

A huge capacitance (whole farads) — stores nearly as much as a small battery, but with a low voltage rating (~2.5–5 V). Charges/discharges fast; good for short-term backup, not for high frequency.

🔧 ใช้: สำรองไฟหน่วยความจำ/RTC, เก็บพลังงานชั่วคราว🔧 Use: memory/RTC backup, short-term energy storage

🎛️ ปรับค่าได้Variable

Variable / Trimmer

ไม่มีขั้วNon-polarized ~5 pF – 500 pF

หมุนหรือไขปรับเพื่อเปลี่ยน พื้นที่ซ้อนของแผ่นตัวนำ ทำให้ค่าความจุเปลี่ยนได้ ค่าน้อยมาก (pF) ใช้จูนความถี่ในวงจรวิทยุ — แบบเล็กไว้ปรับครั้งเดียวเรียกว่า ทริมเมอร์ (Trimmer)

Turned or screw-adjusted to change the overlapping area of the plates, varying the capacitance. Very small values (pF) used to tune radio frequencies — a tiny set-once version is called a trimmer.

🔧 ใช้: จูนความถี่วิทยุ, ปรับจูนวงจรละเอียด🔧 Use: radio tuning, fine circuit trimming

🟤 ไมก้าMica

Silver Mica

ไม่มีขั้วNon-polarized 1 pF – 10 nF

ใช้แผ่นแร่ ไมก้า เคลือบเงินเป็นไดอิเล็กตริก ให้ค่าที่ เสถียรและแม่นยำสูงมาก (±1%) ทนแรงดันสูง สูญเสียต่ำที่ความถี่สูง จึงเหมาะกับวงจร RF/จูนความถี่ แต่ค่าน้อยและราคาแพง

Uses a silver-coated mica mineral sheet as the dielectric, giving a very stable, accurate value (±1%), high voltage rating and low loss at high frequency — ideal for RF/tuning circuits, but low value and pricey.

🔧 ใช้: วงจร RF, ออสซิลเลเตอร์, วงจรจูนความถี่แม่นยำ🔧 Use: RF, oscillators, precision tuning circuits

▪️ เซรามิกชิป (MLCC)Ceramic Chip (MLCC)

SMD Multilayer Ceramic

ไม่มีขั้วNon-polarized 1 pF – 100 µF

เซรามิกหลายชั้นแบบ SMD (ติดผิวบอร์ด) ไม่มีขา — เป็นตัวเก็บประจุที่ พบมากที่สุดในอุปกรณ์ยุคใหม่ (มือถือ/คอมพิวเตอร์) เล็กมาก ราคาถูก ความถี่สูงดีเยี่ยม แต่ค่าอาจดริฟต์ตามแรงดัน/อุณหภูมิ (เกรด X7R, X5R, C0G)

Multilayer ceramic in an SMD (surface-mount) package with no leads — the most common capacitor in modern devices (phones/computers). Tiny, cheap, excellent at high frequency, but value can drift with voltage/temperature (grades X7R, X5R, C0G).

🔧 ใช้: ดีคัปปลิ้ง/บายพาสบนบอร์ด SMD ทุกชนิด🔧 Use: decoupling/bypass on all modern SMD boards

ตารางเปรียบเทียบอย่างย่อ

Quick comparison table

ชนิดType	ขั้วPolarity	ช่วงค่าRange	จุดเด่นStrength	ข้อจำกัดWeakness
อิเล็กโทรไลติกElectrolytic	มีขั้วPolarized	1 μF–10000 μF	ค่าสูง ราคาถูกHigh value, cheap	เสื่อม, คลาดเคลื่อนสูงAges, loose tolerance
เซรามิกCeramic	ไม่มีขั้วNon-pol.	1 pF–1 μF	เล็ก ถูก ความถี่สูงดีTiny, cheap, HF	ค่าไม่สูง, ดริฟต์ตามอุณหภูมิLow value, drifts
ฟิล์มFilm	ไม่มีขั้วNon-pol.	1 nF–10 μF	เสถียร แม่นยำ ทนแรงดันStable, accurate	ขนาดใหญ่กว่าBulkier
แทนทาลัมTantalum	มีขั้วPolarized	0.1 μF–100 μF	เล็ก เสถียร อายุยืนSmall, stable	แพง, กลับขั้วแล้วไหม้Pricey, fragile
ซูเปอร์คาปSupercap	มีขั้วPolarized	0.1 F–1000s F	ความจุมหาศาลHuge capacitance	แรงดันต่ำ, ช้าLow voltage, slow
ปรับค่าได้Variable	ไม่มีขั้วNon-pol.	5 pF–500 pF	ปรับค่าได้Adjustable	ค่าน้อยมากVery small value
ไมก้าMica	ไม่มีขั้วNon-pol.	1 pF–10 nF	แม่นยำสูง, RF ดีVery accurate, RF	ค่าน้อย, แพงLow value, pricey
เซรามิกชิป (MLCC)Ceramic chip (MLCC)	ไม่มีขั้วNon-pol.	1 pF–100 µF	จิ๋ว, ถูก, พบบ่อยสุดTiny, cheap, ubiquitous	ดริฟต์ตามแรงดัน/อุณหภูมิDrifts with V/temp

สูตรพื้นฐานBasic Formula

Q = C × V

สัญลักษณ์Symbol	ความหมายMeaning	หน่วยUnit
Q	ประจุที่เก็บได้Charge stored	Coulomb (C)
C	ค่าความจุCapacitance	Farad (F)
V	แรงดันที่คร่อมVoltage across	Volt (V)

ตัวอย่าง
Cap 100 μF ถูกชาร์จด้วย 12 V
Q = 100×10⁻⁶ × 12 = 0.0012 C = 1.2 mC

พลังงานที่เก็บได้ (Energy stored)
E = ½ × C × V²
E = ½ × 100×10⁻⁶ × 12² = 7.2 mJ

Example
100 μF cap charged to 12 V
Q = 100×10⁻⁶ × 12 = 0.0012 C = 1.2 mC

Energy stored
E = ½ × C × V²
E = ½ × 100×10⁻⁶ × 12² = 7.2 mJ

RC Time Constant (τ)RC Time Constant (τ)

τ = R × C

τ (tau) = เวลาที่ Cap ชาร์จถึง 63.2% ของ Vmax
ชาร์จเต็ม (99%) ≈ 5τ
ดิสชาร์จเหลือ 37% ≈ 1τ
ใช้คำนวณ Timing circuit, RC filter, RC oscillator

τ (tau) = time to charge to 63.2% of Vmax
Fully charged (99%) ≈ 5τ
Discharged to 37% ≈ 1τ
Used in timing circuits, RC filters, RC oscillators

ตัวอย่าง
R = 10 kΩ, C = 100 μF
τ = 10,000 × 100×10⁻⁶ = 1 วินาที

ชาร์จเต็มใน 5τ = 5 วินาที

ตาราง % แรงดันตามเวลา
1τ → 63.2% | 2τ → 86.5%
3τ → 95.0% | 4τ → 98.2%
5τ → 99.3% (ถือว่าเต็ม)

Example
R = 10 kΩ, C = 100 μF
τ = 10,000 × 100×10⁻⁶ = 1 second

Fully charged in 5τ = 5 seconds

Voltage vs. time
1τ → 63.2% | 2τ → 86.5%
3τ → 95.0% | 4τ → 98.2%
5τ → 99.3% (considered full)

⚡ ทดลอง: ชาร์จ/คายประจุ RC (โต้ตอบได้)⚡ Interactive: RC Charge / Discharge

ปรับ R และ C แล้วดูกราฟแรงดันคร่อมตัวเก็บประจุ V_C เปลี่ยนตามเวลา — สังเกตว่ารูปคลื่นเป็นเส้นโค้ง exponential เหมือนเดิมเสมอ แต่ τ = RC เป็นตัวกำหนดว่าเร็ว/ช้าแค่ไหน (ที่ 1τ ชาร์จถึง 63.2% และเต็มที่ ~5τ)

Adjust R and C and watch the capacitor voltage V_C change over time — the curve shape is always the same exponential, but τ = RC sets how fast it happens (at 1τ it reaches 63.2%, and is essentially full by ~5τ).

⚙ ปรับค่า⚙ Adjust

โหมดMode

V_supply = 5 V

ตัวต้านทานResistor R10 kΩ

ตัวเก็บประจุCapacitor C100 µF

τ = R × C

— s

เต็มFull (5τ)

— s

V_C

— V

%

— %

การอ่านรหัสตัวเก็บประจุ (Ceramic / Polyester)Reading Capacitor Codes (Ceramic / Polyester)

รหัส 3 หลัก: หลักที่ 1–2 = ค่า, หลักที่ 3 = ตัวคูณ (×10ⁿ pF)
ตัวอักษรต่อท้าย = Tolerance (J/K/M)
ตัวเลขเพิ่มเติม = Voltage rating (เช่น 50V, 100V)

3-digit code: digits 1–2 = value, digit 3 = multiplier (×10ⁿ pF)
Trailing letter = Tolerance (J/K/M)
Extra number = Voltage rating (e.g. 50V, 100V)

รหัสCode	pF	nF	μF
101	100	0.1	—
102	1,000	1	0.001
103	10,000	10	0.01
104	100,000	100	0.1
105	1,000,000	1,000	1
221	220	0.22	—
473	47,000	47	0.047

วิธีอ่าน Electrolytic
Cap อิเล็กโทรไลติกพิมพ์ค่าตรงๆ เช่น 100μF 25V
ขาที่ยาวกว่า = ขั้วบวก (+)
แถบสีขาว/เงินข้าง = ขั้วลบ (−)

⚠️ ต่อขั้วผิดจะระเบิดได้!
ต้องให้แรงดันวงจร < Voltage rating เสมอ

Reading Electrolytic Caps
Electrolytic caps print value directly, e.g. 100μF 25V
Longer lead = positive (+)
White/silver stripe side = negative (−)

⚠️ Reversed polarity can cause explosion!
Circuit voltage must always be < voltage rating

Tolerance และ Voltage RatingTolerance & Voltage Rating

รหัส Tolerance

Tolerance Codes

ตัวอักษรLetter	Tolerance	ใช้งานUse case
B	±0.1 pF	งานความแม่นยำสูงHigh precision
C	±0.25 pF	RF วงจรRF circuits
D	±0.5 pF	RF, cap ค่าน้อยRF, small caps
F	±1%	Film แม่นยำPrecision film
G	±2%	Film, ออสซิลเลเตอร์Film, oscillators
J	±5%	งานทั่วไปGeneral use
K	±10%	ใช้บ่อยที่สุดMost common
M	±20%	Bypass, DecouplingBypass, Decoupling
Z	+80% / −20%	ElectrolyticElectrolytic

📌 รหัส B–D เป็นค่าคลาดเคลื่อนหน่วย pF (ใช้กับ cap ค่าน้อย ≤ 10 pF) ส่วน F ขึ้นไปเป็น % (ใช้กับ cap ค่ามาก > 10 pF)
ตารางนี้เป็นรหัสที่พบบ่อย — ยังมีรหัสเฉพาะทางอื่น (เช่น A ±0.05 pF, H ±3%, P GMV) ที่ใช้น้อยมาก หากเจอให้ดูเพิ่มเติมจาก datasheet ของผู้ผลิต 📌 Codes B–D are absolute tolerances in pF (for small caps ≤ 10 pF); F and above are in % (for larger caps > 10 pF).
This table covers the common codes — rarer specialist codes also exist (e.g. A ±0.05 pF, H ±3%, P GMV); look them up in the manufacturer's datasheet if you encounter one.

Voltage Rating (แรงดันทนได้)

Voltage Rating

แรงดันวงจรต้องต่ำกว่า Voltage rating อย่างน้อย 20–50%
วงจร 12 V → เลือก Cap ≥ 16 V (นิยม 25 V)
วงจร 5 V → เลือก Cap ≥ 10 V
Electrolytic มัก rated 6.3 / 10 / 16 / 25 / 35 / 50 / 63 / 100 V
ใช้เกิน Voltage rating → Cap ร้อน, รั่ว, หรือระเบิด

Circuit voltage must be at least 20–50% below the voltage rating
12 V circuit → choose Cap ≥ 16 V (25 V is common)
5 V circuit → choose Cap ≥ 10 V
Electrolytic ratings: 6.3 / 10 / 16 / 25 / 35 / 50 / 63 / 100 V
Exceeding the rating → overheating, leakage, or explosion

ESR — ความต้านทานอนุกรมสมมูลESR — Equivalent Series Resistance

ตัวเก็บประจุในอุดมคติเก็บประจุได้อย่างเดียว แต่ตัวจริงมี ความต้านทานแฝงเล็กน้อยต่ออนุกรม อยู่ภายใน (จากขั้ว ฟอยล์ และสารอิเล็กโทรไลต์) เรียกว่า ESR (Equivalent Series Resistance) หน่วยเป็นโอห์ม (Ω)

An ideal capacitor only stores charge, but a real one has a small resistance in series inside it (from the leads, foil and electrolyte). This is the ESR (Equivalent Series Resistance), measured in ohms (Ω).

⚠️ ทำไม ESR จึงสำคัญ ⚠️ Why ESR matters

กระแสริปเปิลไหลผ่าน ESR → เกิดความร้อน (P = I²·ESR) ทำให้ Cap ร้อนและเสื่อมเร็ว
ESR สูง → กรองไฟได้แย่ลง ริปเปิลในแหล่งจ่ายไฟมากขึ้น
วงจรสวิตชิ่ง (SMPS) ต้องการ Cap ESR ต่ำ (Low-ESR) โดยเฉพาะ
Cap เสื่อม/แห้ง → ESR สูงขึ้นมาก เป็นสัญญาณว่าควรเปลี่ยน

Ripple current through the ESR creates heat (P = I²·ESR), so the cap warms up and ages faster
High ESR → poorer filtering, more ripple in the power supply
Switch-mode supplies (SMPS) specifically need Low-ESR capacitors
A worn-out / dried cap shows much higher ESR — a sign it needs replacing

📉 แนวโน้มของค่า ESR 📉 ESR trends

ค่าความจุ (μF) ยิ่งสูง → ESR ยิ่งต่ำ
แรงดันทนได้ (V) ยิ่งสูง → ESR มักจะต่ำลง
ESR เพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิต่ำและที่ความถี่สูง
ยิ่ง ESR ต่ำ ยิ่งดี (วัดด้วย ESR meter ขณะ Cap ยังอยู่ในวงจรได้)

Higher capacitance (μF) → lower ESR
Higher voltage rating (V) → usually lower ESR
ESR rises at low temperature and at high frequency
Lower ESR is better (an ESR meter can test it in-circuit)

ตารางอ้างอิงค่า ESR ทั่วไป (Electrolytic, หน่วย Ω)

Typical ESR reference table (electrolytic, in Ω)

แถว = ค่าความจุ | คอลัมน์ = แรงดันทนได้ | ตัวเลขในช่อง = ค่า ESR โดยประมาณที่ 100 kHz, 20 °C (“—” = ไม่มีรุ่นทั่วไป)

Rows = capacitance | Columns = voltage rating | Cell = approximate ESR at 100 kHz, 20 °C (“—” = no common part)

ค่าความจุCapacitance	10 V	16 V	25 V	35 V	63 V	100 V	250 V
10 μF	—	8.0	5.3	3.2	2.4	3.0	2.5
22 μF	5.4	3.6	2.1	1.5	1.5	1.5	1.8
47 μF	2.2	1.6	1.2	0.68	0.56	0.7	0.8
100 μF	1.2	0.7	0.32	0.32	0.3	0.15	0.8
220 μF	0.6	0.33	0.23	0.17	0.16	0.09	0.5
470 μF	0.24	0.18	0.12	0.09	0.09	0.05	0.3
1000 μF	0.12	0.09	0.08	0.07	0.05	0.06	—
4700 μF	0.23	0.2	0.12	0.08	0.04	—	—
10000 μF	0.12	0.08	0.06	0.04	—	—	—

💡 ค่าจากตารางเป็นเพียงค่าอ้างอิงทั่วไป — ค่าจริงขึ้นกับยี่ห้อ ซีรีส์ (Low-ESR/105 °C) ความถี่ และอุณหภูมิ ดูได้จาก datasheet ของผู้ผลิต 💡 These are typical reference values — the real ESR depends on the brand, series (Low-ESR / 105 °C), frequency and temperature. Always check the manufacturer's datasheet.

การแปลงหน่วยความจุCapacitance Unit Conversion

หน่วยUnit	สัญลักษณ์Symbol	เทียบกับ FaradEquivalent in Farads	ใช้กับ Cap ชนิดTypical capacitor type
ฟารัดFarad	F	1 F	Super capacitorSupercapacitor
มิลลิฟารัดMillifarad	mF	10⁻³ F	ไม่นิยมใช้จริง มักเขียนเป็น μF แทนRarely used in practice — usually written as μF instead
ไมโครฟารัดMicrofarad	μF	10⁻⁶ F	Electrolytic, Tantalum
นาโนฟารัดNanofarad	nF	10⁻⁹ F	Polyester (MKT)
พิโคฟารัดPicofarad	pF	10⁻¹² F	Ceramic, Variable

1 μF = 1,000 nF = 1,000,000 pF | 1 nF = 0.001 μF = 1,000 pF | 1 pF = 0.001 nF = 0.000001 μF

วงจรตัวเก็บประจุCapacitor Circuits

วงจรอนุกรม (Series)

Series Circuit

1/C_T = 1/C₁ + 1/C₂ + ...

ค่าความจุรวม น้อยกว่าทุกตัว
แรงดันแบ่งกันตามสัดส่วน 1/C
ตัวอย่าง: C₁=10μF, C₂=10μF → C_T=5μF Total capacitance is less than the smallest
Voltage divides inversely with capacitance
Example: C₁=10μF, C₂=10μF → C_T=5μF

วงจรขนาน (Parallel)

Parallel Circuit

C_T = C₁ + C₂ + ...

ค่าความจุรวม มากกว่าทุกตัว
แรงดันเท่ากันทุกตัว
ตัวอย่าง: C₁=10μF, C₂=10μF → C_T=20μF Total capacitance is greater than any individual
Same voltage across all capacitors
Example: C₁=10μF, C₂=10μF → C_T=20μF

ตัวเก็บประจุ (Capacitor)

Capacitor