โช้คความถี่สูง

โช้คความถี่สูง

เมื่อสมองของคุณริเริ่มประมวลข้อมูล ต่างๆ ออกมาว่า. คุณมีความจำเป็นจะต้อง เข้าไปยุ่งกับสัญญาณความถี่สูงๆ เมื่อไร. อุปกรณ์ตัวแรกที่คุณจะ ต้องทำศึกเคี่ยวกับมันก่อนเห็นจะได้แก่ ขดลวดต่างๆมากมายหลายแบบ. โช้คที่จะกล่าวถึงนี้เป็นตัวอย่าง หนึ่งของขดลวด ที่ใช้กับความถี่สูง ซึ่งคุณจะต้องเจอกับมันตัวต่อตัวอย่างแน่นอน. ถ้าจะว่ากัน ตามความหมายของภาษาอังกฤษ แล้ว โช้ค ( choke ) ก็หมาย ความถึงการสะกัดไว้ หรือ กั้นไว้. ถ้าเรียกกันเต็มหน่อยว่า อาร์เอฟโช้ค ( RF chocke , radio frequency choke ) โดยทั่วไปก็จะ หมายถึง ขดลวดสำหรับใช้ป้องกันสัญญาณความถี่วิทยุ ไม่ให้ผ่านไป. ในขณะเดียวกันก็ ลำเลียงปล่อยให้สัญญาณกระแสตรง และ สัญญาณความถี่ต่ำ เช่น สัญญาณเสียงผ่านไปได้ ซึ่งวงจรที่ทำหน้าที่นี้ก็เรียกว่า วงจร ดีคัปปลิ้ง ( decoupling )

ตัวอย่างการใช้งานของโช้คความถี่สูง ในการป้องกันการรบกวนจากสัญญาณความถี่ สูง ในการป้องกันการรบกวนจาก สัญญาณความถี่สูงจะพบเห็นได้ในวงจรที่ใช้ เอสซีอาร์ หรือ ไตรแอก วงจรหรี่ไฟ หรือ วงจรควบคุมมอเตอร์แบบ ต่างๆ เพราะ ในขณะที่เอสซีอาร์ หรือ ไตรแอกเหล่านี้เริ่มนำกระแสแบบทันทีทัน ใด. จะส่งสัญญาณความถี่ออกมาพร้อมกันด้วย. ซึ่งอาจจะไป รบกวนเครื่องมืออื่นๆได้ จึงต้องกันไว้ก่อน. นอกจากนี้ยังมี การใช้งานกัน อย่างกว้างขวางในวงจรกรองสัญญาณต่าง ๆ ไม่ว่าวงจรผ่านความถี่ต่ำ , ผ่าน ความถี่สูง , วงจรรูปพัลล์ หรือการชดเชยความถี่กว้างมาก เช่น วงจรขยาย สัญญาณภาพ.

โครงสร้าง

ถ้าจะว่ากันแบบทั่วๆไป จะเห็นรูปร่างของโช้คได้ตามรูปที่ 1 ซึ่งจะ เห็นเป็นลวดพันบนแกนอะไร สักอย่างหนึ่ง. อาจจะเป็น สารเฟโนลิค ( อย่างเดียวกับที่ใช้แผ่นวงจรพิมพ์แบบ ธรรมดา ) เป็นพลาสติก หรือ เป็นผงเหล็ก หรือไม่ก็อาจเป็นสารเฟอร์ไรต์ก็ได้ ถ้าเป็นผงเหล็ก หรือ สารเฟอร์ไรต์ก็จะช่วยลดจำนวนรอบของขดลวดให้น้อยลง

รูปที่ 1 โครง สร้างทั่ว ๆ ไปของโช้คความถี่สูง

ปกติแล้วแกนที่ใช้พันขดลวดจะมีปลายลวด ยื่นออกมาทั้งสองข้าง. ลวดทั้งสองเส้นนี้จะฝังติดกับ แกนแน่น และ ปลายลวด นี้ก็จะเชื่อมต่อกับปลาย ทั้งสองของขดลวด รูปร่างโดยทั่วไปจะเป็นแกนยาวแบบทรงกระบอก. แต่ที่ปลายลวดทั้งสอง หรือขาของ มันยื่นออกมาทางเดียวกันก็มีเหมือนกัน

โครงสร้างอีกแบบหนึ่งดังที่เห็นในรูป ที่ 2 สร้างมาเพื่อลดผลการรบกวนจากสนามแม่เหล็กภายนอก . โช้คแบบนี้สามารถ ติดตั้งชิดๆกันหลายๆตัวเลยก็ได้.

รูปที่ 2 โครง สร้างของโช้คความถี่สูงแบบป้องกันการรบกวน

โช้คที่มีค่าความเหนี่ยวนำต่ำๆ มักพันเป็นแบบโซลินอยด์ ( solenoid ) โดยพัน เพียงชั้นเดียวมักจะมีค่าความเหนี่ยวนำ อยู่ในช่วง 0.1 ไมโครเฮนรี ถึง 200 ไมโครเฮนรี โช้คที่มีค่าความเหนี่ยวนำต่ำมากๆ ประมาณ 10 ไมโครเฮนรี ลงไป จะพันบนแกนที่ทำด้วยสารที่ ไม่เป็นแม่เหล็ก. ถ้าแกนเป็นผงเหล็กจะมีค่าความเหนี่ยวนำสูงขึ้นมาอยู่ในระหว่าง 5 ไมโครเฮนรี ถึง 100 ไมโครเฮนรี และ ถ้าเป็นเฟอร์ไรต์จะ มีค่าสูงขึ้นไปถึง 200 ไมโครเฮนรี

โช้คที่มีค่าความเหนี่ยวนำสูงๆ หน่อย มักจะพันกัน แบบหลายชั้น. แต่การพันแบบหลายชั้นนั้นมีข้อจำกัด คือ ค่าความจุที่ เกิดขึ้นระหว่างเส้นลวด กันเองจุสูงขึ้นเรื่อยๆ เมื่อจำนวนรอบเพิ่มขึ้น ทำให้ใช้กับสัญญาณความถี่ สูงๆไม่ได้. โช้คที่พันขดลวด แบบหลายชั้น จะมีค่าความ เหนี่ยวนำอยู่ในช่วง 20 ไมโครเฮนรี ถึง 10 ไมโครเฮนรี และ มักจะใช้แกนเป็นผงเหล็ก หรือไม่ก็ เฟอร์ไรต์

โช้คที่พันเป็นแบบพาย ( piewound ) มัก จะมีค่าตั้งแต่ 47 ไมโครเฮนรี ไปจนถึง 10 ไมโครเฮนรี โช้คแบบพายจะพันลวด เป็นรูปคล้ายวงแหวน มีตำนวนชั้นมาก และ พันซิกแซกไป มา เพื่อลดค่าความจุระหว่างเส้นลวดลงไป. โช้คแบบพายอาจมีลวด ที่พันเป็นวงแหวนอยู่ได้ 1 , 2 , 3 , 4 , 5 หรือ 6 ชุดเพื่อเพิ่มค่าความเหนี่ยวนำให้สูง ขึ้น ปรกติแล้วความกว้าง , เส้นผ่า ศูนษ์กลาง และ จำนวนรอบของขดลวดวงแหวน มักจะเท่ากัน. แต่ก็ไม่แน่เสมอไป สำ หรับโช้คที่ใช้ใน งานพิเศษ อาจลดเส้นผ่านศูนษ์กลาง และ เพิ่มความกว้างขึ้นได้ ซึ่งจะทำให้ได้ค่าความเหนี่ยวนำที่แน่นอนกว่า.

โช้คอีกแบบหนึ่ง คือ แบบโปรแกรสสีฟ แล็ทเทอราล ( progressive lateral ) คล้ายๆ แบบพาย แต่ แทนที่จะพันขอ ลวดซิกแซกขึ้นทางด้านสูง กลับพันซิกแซกไปรอบๆ แกน. วิธีนี้ ช่วยลดค่าความจุที่เกิดขึ้น ระหว่างเส้นลวด และ มีค่าความ เหนี่ยว นำแน่นอนกว่า.

โช้คที่ถูกห่อหุ้มจนมิดทั้งตัว อาจเป็นได้ ทั้งแบบที่พันขดลวดชั้นเดียว หรือ หลายชั้น และ อาจหล่อด้วย อะไรก็ได้ที่เหมาะสม เช่น อีพ๊อกซี่ เป็นต้น. โช้คแบบพายบางที ถูกห่อจนมิดก็มี แต่มักจะเคลือบด้วยขี้ผึ้งมากกว่า.

คุณสมบัติการทำงาน

โช้คที่ดีจะต้องให้ค่าอิมพีแดนซ์สูงได้ตลอด ช่วงความถี่กว้าง ๆ แต่ในความเป็นจริง การที่มีค่าความจุระหว่างเส้นลวด กระจายอยู่ทั่วไป และ ความต้านทาน ภายในเส้นลวด จะมีผลทำให้การทำงานเปลี่ยนแปลงไป.

รูปที่ 3 สัญลักษณ์ แทนขดลวดที่ความถี่ต่าง ๆ

ที่ความถี่ต่ำๆ ค่าความจุมีผลกระทบกระเทือนน้อยมาก จนถือได้ว่าค่าความจุนี้ไม่มีเลยก็ได้ ซึ่งจะแทนโช้คได้ด้วยสัญลักษณ์ รูป ก. ในรูปที่ 3 ที่ความ ถี่สูงขึ้นๆ จนถึงที่ความถี่อันหนึ่ง มันจะทำหน้าที่เป็นวงจรเรโซแนนซ์ แบบขนาน. ซึ่งแทนได้ด้วย สัญลักษณ์ ในรูป ข. ที่ความถี่สูงขึ้นไปกว่านี้ ค่าความจุ ระหว่างเส้นลวดจะมีผลมากกว่าความเหนี่ยวนำของขดลวด. ตัวโช้ค แทนที่จะมีความเหนี่ยวนำกลับกลายเป็นมี ความจุ ดังสัญลักษณ์ เรโซแนนซ์ แบบอนุกรมใน รูป ค. อิมพีแดนซ์ของโช้คนี้ จะเห็นว่า เพิ่มขึ้น และลดลงตามความถี่ ดังกราฟในรูปที่ 4 ในการใช้งาน เราไม่ควรใช้งานโช้คที่ความถี่ใกล้กับค่าความ ถี่ เรโซแนนซ์อนุกรม มากเกินไป. โดยปกติ จะใช้งานห่างออกไปประมาณ 20 - 30 เปอร์เซ็นต์ และไม่ควรใช้ งานโช้คที่ความถี่เกินกว่า 150 เปอร์เซ็นต์ ของค่าความถี่เรโซแนนซ์อนุกรมด้วย.

รูปที่ 4 ค่าอิมพี แดนซ์ของโช้คทั่ว ๆ ไปที่ความถี่ต่าง ๆ

ยิ่งค่าความจุระหว่างเส้นลวดน้อย เท่าไร ค่า ความถี่เรโซแนนซ์อนุกรมก็จะยิ่งสูงมากเท่า นั้น. ซึ่งก็คือ ความสามารถในการ ทำงานของโช้คที่ ความถี่สูงขึ้นนั่นเอง. โช้คแบบพิเศษๆ เช่นแบบ โปรเกรสซีฟแล็ท เทอราล มี ค่าความจุระหว่างเส้นลวดต่ำมาก. ทั้งยังมีการ เปลี่ยนแปลงค่าอิมพีแดนซ์ตลอดช่วงความถี่ ใช้งานน้อยมากเมื่อเทียบกับโช้คแบบอื่น ๆ ซึ่งได้เปรียบเทียบกันให้ดูแล้ว ดังในรูปที่ 5.

รูปที่ 5 การ เปรียบเที่ยบค่าความถี่เร โซแนนซ์อนุกรมกับค่าความเหนี่ยวนำของโช้ครูปร่างต่าง ๆ

ความต้านทานกระแสตรงของโช้คสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ส่วน. ส่วนหนึ่งเป็นความต้านทานที่ค่อย ๆ เพิ่มขึ้นตามความ ถี่ที่เพิ่ม ขึ้นอันเนื่องมาจากการแสจะไม่ยอมไหลในใจกลางของเส้นลวด. แต่จะมาเบียด ไหลตามผิวของเส้นลวดเพิ่มขึ้นทุกที. เมื่อ ความถี่เพิ่มขึ้น ๆ ถ้าคิดเฉพาะความต้านทานปกติ ก็อาจได้ 500 ถึง 600 โอห์ม. สำหรับโช้คที่มีค่าความเหนี่ยวนำสูง แต่ถ้าคิด ความต้านทานกระแสตรงทั้งหมด ความต้านทานนี้ จะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆต่ามความถี่.แต่ไม่ใช่ขึ้น ตลอดเวลา. เพราะผลอันเนื่องมาจาก ความต้านทานนี้ตกลงในที่สุด. ตามเส้นกราฟในรูปที่ 6.

รูปที่ 6 ค่าความ ต้านทานกระแสตรงของโช้คที่ความถี่ต่าง ๆ

ค่าจำกัดของโช้คความ ถี่สูงนี้อีกตัวหนึ่งคือ จำนวนกระแสที่ยอมให้ไหลผ่านตัวมันได้ โดยไม่เกิดความร้อนถึงขั้นเสียหาย และ ไม่มากพอที่จะเปลี่ยนแปลงลักษณะสมบัติ การทำงานของมัน ซึ่งมักจะมีค่าอยู่ในช่วงไม่กี่ มิลลิแอมแปร์ สำหรับโช้คที่มีค่า ความเหนี่ยวนำสูงๆ จนถึงหลายแอมแปร์ สำหรับโช้คที่มีค่าความเหนี่ยวนำต่ำๆ.

โช้คที่ทำมาสำหรับทนกระแสสูงหน่อยก็มี เหมือนกัน มักจะใช้กับพวกวงจรสัญญาณรบกวน ที่เกิดจากเอสซีอาร์หรือ ไตรแอก , วงจรกันกระแสกระชากของไส้หลอดต่างๆ และ วงจรส่งกำลังความถี่วิทยุกำลังสูง ๆ แบบหลอด เป็นต้น.

ค่า Q ของโช้คมัก จะต่ำ เพราะ ไม่ได้ต้องการให้ทำงานที่ความถี่เดียวเหมือนวงจรเลือกความถี่ ค่าที่ได้ จากที่ผู้ผลิตกำหนด มามักจะเป็นค่า Q ต่ำสุดที่ความถี่ใด ความถี่หนึ่ง. ลองดูตัวอย่าง ได้ในรูปที่ 7

รูปที่ 7 เปรียบ เทียบค่า Q ของโช้คกับความถี่ของโช้ค 2 ขนาด

การอ่านค่า

รูปที่ 8 รหัสสี ของโช้คที่ใช้แบบเดียวกับตัวต้านทาน

รูปที่ 9 รหัสสี แบบใช้ความกว้างของแถบสีบอกตำแหน่งของจุดทศนิยม

รูปที่ 10 การอ่าน ค่าแบบนี้คล้ายในรูปที่ 8 แต่ใช้สีทองแทนจุดทศนิยม ถ้าค่าความเหนี่ยวนำน้อยกว่า 10 mH

รูปที่ 11 โช้คขนาดเล็กที่ใช้ติดตั้งบนแผ่นวงจรพิมพ์บางทีอาจใช้จุดสีแทนแถบสีก็ ได้ แต่ การอ่านค่ายังคงเหมือนเดิม

การเขียนค่าความเหนี่ยวนำของโช้คนั้นเขียนได้หลายวิธี. วิธีการใช้ รหัสสีได้อธิบายย่อๆ ไว้แล้วในรูปที่ 8 , 9 , 10 และ 11. หน่วยของค่าความเหนี่ยวนำตามปกติใช้ เป็นไมโครเฮนรี่ ( mH ) เสมอ. การบอกว่าเป็นรหัสตัวเลขก็เป็นแบบง่ายๆ เช่น โช้คที่มีค่าความเหนี่ยวนำไม่เกินกว่า 100 mH จะ ใช้ตัวเลขเพียง 3 ตัว เท่านั้น แล้วใช้ ตัว R แทนจุดทศนิยม ดังตัวอย่าง.

0.68 mH เขียนเป็น R68 0

4.7 mH เขียนเป็น 4R7 0

33 mH เขียนเป็น 33R 0

สำหรับโช้คที่มีค่าความเหนี่ยวนำตั้งแต่ 100 mH ขึ้น ไป จะเขียนด้วยตัวเลข 4 ตัว เท่านั้น. สามตัวแรกบอกค่าตัวเลขข้าง หน้า และ ตัวสุดท่ฃ้ายบอกจำนวนเลขศูนษ์ที่ ต่อท้ายดังตัวอย่าง.

680 mH เขียนเป็น 6800

4700 mH เขียนเป็น 4701

33000 mH เขียนเป็น 3302

ยังมีตัวอักษรที่ต่อท้ายอีกตัวหนึ่ง ซึ่งจะบอกค่า เปอร์เซ็นต์ความผิดพลาดของค่าความเหนี่ยวนำ ดังต่อไปนี้

J = 5%

K = 10%

M = 20%