ขอให้ลืมเรื่องที่เข้าใจมาก่อนหน้านี้ไปก่อนนะครับ ผมจะอธิบายพื้นฐานให้เข้าใจใหม่ครับ ถ้าคุณอ่านจนเข้าใจทั้งหมดก็จะไม่มีปัญหากับ C Coupling อีกต่อไป
คุณสมบัติที่สำคัญของ Capacitor ข้อหนึ่งก็คือไม่ยอมให้กระแสตรง (DC) ไหลผ่าน และยอมให้กระแสสลับ (AC) ไหลผ่านได้ การใช้ Capacitor Coupling ก็เพื่อใช้คุณสมบัติข้อนี้ของ C ครับ ถ้าจะพูดภาษาทางวิชาการก็คือมีความต้านทานไฟตรงเป็นอนันต์ และมีความต้านทางทางไฟสลับ (Reactance, Xc) บ้าง โดยที่ Xc = 1/[2 x (pi) x f x C] เมื่อ pi = 3.1416 (22/7 นั่นแหล่ะ) และ f = ความถี่ที่ไหลผ่านตัวมัน และ C = ค่าความจุเป็น Farad
C = 1.0uF, f = 1kHz, Xc ~ 160 Ohm (159.16)
C = 0.5uF, f = 1kHz, Xc ~ 320 Ohm
C = 1.0uF, f = 10kHz, Xc ~ 16 Ohm
C = 1.0uF, f = 20kHz, Xc ~ 8 Ohm
จะเห็นว่า C ตัวหนึ่งๆ จะมีความต้านทานไฟสลับที่ความถี่เดียวกันแตกต่างกันไปตามค่า C และเมื่อค่า C เท่าเดิมความต้านทานก็จะเปลี่ยนไปตามความถี่อีก นี่เป็นคุณสมบัติของ C ซึ่งไม่ขึ้นกับยี่ห้อ, วัสดุที่ใช้, ผู้ผลิต, กรรมวิธีการผลิต ถ้าผู้ผลิตประกาศว่า C ค่า 1.0uF ก็ต้องมีคุณสมบัติเช่นนี้ครับ
ทีนี้ที่ว่ายอมให้กระแสสลับไหลผ่านได้ แล้วผ่านได้แค่ไหน จริงๆ แล้วขอให้เป็นกระแสสลับก็ผ่านได้ทั้งนั้นแหล่ะครับ ประเด็นคือมันมีการลดทอนครับ คือใส่เข้าไป 10V อาจจะได้ออกมาไม่ถึง 10V นั่นเอง วงจร C Coupling แท้จริงแล้วก็เป็นวงจรแบ่งแรงดัน ลองเขียนวงจร C Coupling ขึ้นมา แต่แทนที่ C ด้วย R ดูก็จะเข้าใจครับ และจะเห็นว่า R ในวงจรเป็นค่าตามตัว ในขณะที่ Xc เป็นค่าแปรผันตามความถี่ อัตราการลดทอนที่แต่ละความถี่จึงไม่เท่ากันครับ
สมมุติค่าแรงดัน Output 10V ถ้าวงจร C Coupling มีค่า C = 1uF และ R = 160 Ohm เอาค่าที่ผมแสดงไว้ข้างต้นมาแทนค่าดูนะครับจะเห็นว่า
@1kHz, Xc = 160, R = 160 ตามหลักของวงจรแบ่งแรงดัน ก็จะได้แรงดัน 5V ตกคร่อม C และ R เท่าๆ กัน@10kHz, Xc = 16, R = 160 แรงดันตกคร่อม C = 0.91V และตกคร่อม R = 9.09V
@20kHz, Xc = 8, R = 160 แรงดันตกคร่อม C = 0.48V ที่เหลือ 9.52V ตกคร่อม R
และแรงดันที่เราเอาไปใช้งานคือแรงดันตกคร่อม R จะเห็นว่าแรงดันที่เราเอาไปใช้งานเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ตามความถี่ที่เพิ่มขึ้น สมมุติใหม่ว่าใช้ R = 160k
@1kHz, Xc = 160, R = 160k Output = 9.9900V
@1kHz, Xc = 16, R = 160k Output = 9.9990V
@1kHz, Xc = 8, R = 160k Output = 9.9995V
ซึ่งไม่ต่างกันเลย หลักในการออกแบบ C Coupling ในระดับ Audio Signal จึงสนใจเฉพาะการตอบสนองด้านต่ำเท่านั้น ไม่ต้องสนใจการตอบสนองด้านสูงเลยครับ ลองดูค่าจากบรรทัดที่ผมแสดงเป็นสีแดงไว้อีกรอบ จะเห็นว่ามีความถี่ค่าหนึ่งซึ่งทำให้ Xc = R พอดี ซึ่งจุดนี้จะทำให้แรงดัน Output เหลือแค่ครึ่งหนึ่งของที่ใส่เข้าไป สัญญาณที่ลดลงไปก็หมายถึงว่าเราจะได้ยินเบากว่าความถี่อื่นๆ นั่นเอง เราเรียกจุดนี้ว่า Cut-off Freq (fc) หรือถ้าตีเป็นค่า Decibel ก็คือ -3dB (f-3db) ครับ
กลับมาดูที่สูตรคำนวณ Xc อีกที Xc = 1/[2 x (pi) x f x C] จะเห็นว่าที่ Cut-off Freq ค่า Xc = R ก็กลับสูตรเป็น C = 1/[2 x (pi) x f x Xc] หรือ C = 1/[2 x (pi) x f x R] นั่นเองครับ วิธีการใช้สูตรเราต้องทราบก่อนว่า R เป็นเท่าไหร่ และเราต้องการ Cut-off Freq เท่าไหร่ ก็จะได้ค่า C ออกมาครับ
จากที่อธิบายมานี้คุณต้องทำแบบฝึกหัดต่อเพื่อเสริมความเข้าใจของตนเองด้วยนะครับ ลองสมมุติค่า C และ/หรือ R ที่หลากหลาย และคำนวณ Cut-off Freq ออกมาดูครับ
