Pertemuan 4 - Kapasitor PDF [PDF]

Citation preview





Kapasitansi







Kapasitor







Jenis Kapasitor







Membaca Nilai Kapasitor







Rangkaian Kapasitor







Prinsip Kerja Kapasitor







Proses Pengisian Kapasitor







Proses Pengosongan Kapasitor







Kapasitansi







Kapasitor







Jenis Kapasitor







Membaca Nilai Kapasitor







Rangkaian Kapasitor







Prinsip Kerja Kapasitor







Proses Pengisian Kapasitor







Proses Pengosongan Kapasitor



Kapasitansi adalah kemampuan untuk menyimpan Dalam konteks kelistrikan, kapasitansi adalah kemampuan untuk menyimpan muatan listrik



Komponen yang memiliki sifat ini dan banyak digunakan di dunia elektronika adalah KAPASITOR







Kapasitansi







Kapasitor







Jenis Kapasitor







Membaca Nilai Kapasitor







Rangkaian Kapasitor







Prinsip Kerja Kapasitor







Proses Pengisian Kapasitor







Proses Pengosongan Kapasitor



Kapasitor (Kondensator) yang dalam rangkaian elektronika dilambangkan dengan huruf "C" adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi/muatan listrik di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kapasitor ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867)



Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain.



Jika muatan di lempeng/pelat/keping adalah +Q dan – Q, dan V adalah tegangan listrik antar lempeng/pelat/keping, maka rumus kapasitans adalah : C=Q/V C



: kapasitansi (Farad)



Q



: jumlah muatan (Coloumb)



V



: tegangan (Volt)



dengan 1 farad adalah 1 coloumb per volt







Kapasitansi







Kapasitor







Jenis Kapasitor







Membaca Nilai Kapasitor







Rangkaian Kapasitor







Prinsip Kerja Kapasitor







Proses Pengisian Kapasitor







Proses Pengosongan Kapasitor



Kapasitor Tetap ◦ Kapasitor non-polar



◦ Kapasitor polar +



Kapasitor variabel



A. KAPASITOR NILAI TETAP (FIXED CAPACITOR) Kapasitor Nilai Tetap atau Fixed Capacitor adalah Kapasitor yang nilainya konstan atau tidak berubah-ubah. Berikut ini adalah Jenis-jenis Kapasitor yang nilainya Tetap :



1. Kapasitor Keramik (Ceramic Capasitor) Kapasitor Keramik adalah Kapasitor yang Isolatornya terbuat dari Keramik dan berbentuk bulat tipis ataupun persegi empat. Kapasitor Keramik tidak memiliki arah atau polaritas, jadi dapat dipasang bolak-balik dalam rangkaian Elektronika. Pada umumnya, Nilai Kapasitor Keramik berkisar antara 1pf sampai 0.01µF. Kapasitor yang berbentuk Chip (Chip Capasitor) umumnya terbuat dari bahan Keramik yang dikemas sangat kecil untuk memenuhi kebutuhan peralatan Elektronik yang dirancang makin kecil dan dapat dipasang oleh Mesin Produksi SMT (Surface Mount Technology) yang berkecepatan tinggi.



2. Kapasitor Polyester (Polyester Capacitor) Kapasitor Polyester adalah kapasitor yang isolatornya terbuat dari Polyester dengan bentuk persegi empat. Kapasitor Polyester dapat dipasang terbalik dalam rangkaian Elektronika (tidak memiliki polaritas arah)



3. Kapasitor Kertas (Paper Capacitor) Kapasitor Kertas adalah kapasitor yang isolatornya terbuat dari Kertas dan pada umumnya nilai kapasitor kertas berkisar diantara 300pf sampai 4µF. Kapasitor Kertas tidak memiliki polaritas arah atau dapat dipasang bolak balik dalam Rangkaian Elektronika.



4. Kapasitor Mika (Mica Capacitor) Kapasitor Mika adalah kapasitor yang bahan Isolatornya terbuat dari bahan Mika. Nilai Kapasitor Mika pada umumnya berkisar antara 50pF sampai 0.02µF. Kapasitor Mika juga dapat dipasang bolak balik karena tidak memiliki polaritas arah.



5. Kapasitor Elektrolit (Electrolyte Capacitor) Kapasitor Elektrolit adalah kapasitor yang bahan Isolatornya terbuat dari Elektrolit (Electrolyte) dan berbentuk Tabung / Silinder. Kapasitor Elektrolit atau disingkat dengan ELCO ini sering dipakai pada Rangkaian Elektronika yang memerlukan Kapasintasi (Capacitance) yang tinggi. Kapasitor Elektrolit yang memiliki Polaritas arah Positif (-) dan Negatif (-) ini menggunakan bahan Aluminium sebagai pembungkus dan sekaligus sebagai terminal Negatif-nya.



Pada umumnya nilai Kapasitor Elektrolit berkisar dari 0.47µF hingga ribuan microfarad (µF). Biasanya di badan Kapasitor Elektrolit (ELCO) akan tertera Nilai Kapasitansi, Tegangan (Voltage), dan Terminal Negatifnya. Hal yang perlu diperhatikan, Kapasitor Elektrolit dapat meledak jika polaritas (arah) pemasangannya terbalik dan melampui batas kamampuan tegangannya.



6. Kapasitor Tantalum Kapasitor Tantalum juga memiliki Polaritas arah Positif (+) dan Negatif (-) seperti halnya Kapasitor Elektrolit dan bahan Isolatornya juga berasal dari Elektrolit. Disebut dengan Kapasitor Tantalum karena Kapasitor jenis ini memakai bahan Logam Tantalum sebagai Terminal Anodanya (+).



Kapasitor Tantalum dapat beroperasi pada suhu yang lebih tinggi dibanding dengan tipe Kapasitor Elektrolit lainnya dan juga memiliki kapasintansi yang besar tetapi dapat dikemas dalam ukuran yang lebih kecil dan mungil. Oleh karena itu, Kapasitor Tantalum merupakan jenis Kapasitor yang berharga mahal. Pada umumnya dipakai pada peralatan Elektronika yang berukuran kecil seperti di Handphone dan Laptop.



B. KAPASITOR VARIABEL (VARIABLE CAPACITOR) Kapasitor Variabel adalah Kapasitor yang nilai Kapasitansinya dapat diatur atau berubah-ubah. Secara fisik, Kapasitor Variabel ini terdiri dari 2 jenis yaitu :



1. VARCO (Variable Condensator) VARCO (Variable Condensator) yang terbuat dari Logam dengan ukuran yang lebih besar dan pada umumnya digunakan untuk memilih Gelombang Frekuensi pada Rangkaian Radio (digabungkan dengan Spul Antena dan Spul Osilator). Nilai Kapasitansi VARCO berkisar antara 100pF sampai 500pF



2. Trimmer Trimmer adalah jenis Kapasitor Variabel yang memiliki bentuk lebih kecil sehingga memerlukan alat seperti Obeng untuk dapat memutar Poros pengaturnya. Trimmer terdiri dari 2 pelat logam yang dipisahkan oleh selembar Mika dan juga terdapat sebuah Screw yang mengatur jarak kedua pelat logam tersebut sehingga nilai kapasitansinya menjadi berubah. Trimmer dalam Rangkaian Elektronika berfungsi untuk menepatkan pemilihan gelombang Frekuensi (Fine Tune). Nilai Kapasitansi Trimmer hanya maksimal sampai 100pF.







Kapasitansi







Kapasitor







Jenis Kapasitor







Membaca Nilai Kapasitor







Rangkaian Kapasitor







Prinsip Kerja Kapasitor







Proses Pengisian Kapasitor







Proses Pengosongan Kapasitor



Membaca Nilai Kapasitor Satuan Kapasitansi Kapasitor adalah Farad, tetapi Farad merupakan satuan yang besar untuk sebuah Kapasitor yang umum dipakai oleh Peralatan Elektronik. Oleh Karena itu, Satuan-satuan yang merupakan turunan dari Farad menjadi pilihan utama produsen dalam memproduksi sebuah Kapasitor agar dapat digunakan oleh peralatan Elektronika. Satuan-satuan tersebut diantaranya adalah : Micro Farad (µF), Nano Farad (nF) dan Piko Farad (pF ).



Berikut ini adalah ukuran turunan Farad yang umum digunakan dalam menentukan Nilai Kapasitansi sebuah Kapasitor : 1 Farad 1µF 1µF 1nF



= 1.000.000µF (mikro Farad) = 1.000nF (nano Farad) = 1.000.000pF (piko Farad) = 1.000pF (piko Farad)



Cara Membaca Nilai Kapasitor Elektrolit (ELCO) Untuk Kapasitor Elektrolit atau ELCO, nilai Kapasitansinya telah tertera di label badannya dengan jelas. Jadi sangat mudah untuk menentukan nilainya. Contoh 100µF 16V, 470µF 10V, 1000µF 6.3V ataupun 3300µF 16V. Untuk lebih Jelas silakan lihat gambar dibawah ini : Nilai Kapasitor pada gambar diatas adalah 3300µF (baca : 3300 Micro Farad)



Hal yang perlu diingat adalah Kapasitor Elektrolit (ELCO) merupakan jenis Kapasitor yang memiliki Polaritas (+) dan (-) sehingga perlu hati-hati dalam pemasangannya. Seperti Gambar diatas, di badan Kapasitor juga terdapat tanda yang menunjukkan Polaritas arah Negatif (-) dari sebuah Kapasitor Elektrolit. Disamping itu, daya tahan Panas Kapasitor juga tertulis dengan jelas di label badannya. Contohnya 85°C dan 105°C.



Cara Membaca Nilai Kapasitor Keramik, Kapasitor Kertas dan Kapasitor non-Polaritas lainnya Untuk Kapasitor Keramik, Kapasitor Kertas, Kapasitor Mika, Kapasitor Polyester atau Kapasitor Non-Polaritas lainnya, pada umumnya dituliskan Kode Nilai dibadannya. Seperti 104J, 202M, 473K dan lain sebagainya. Maka kita perlu menghitungnya ke dalam nilai Kapasitansi Kapasitor yang sebenarnya.



Contoh untuk membaca Nilai Kode untuk Kapasitor Keramik diatas dengan Tulisan Kode 473Z.



Cara menghitung Nilai Kapasitor berdasarkan kode tersebut adalah sebagai berikut : Kode : 473Z Nilai Kapasitor = 47 x 103 Nilai Kapasitor = 47 x 1000 Nilai Kapasitor = 47.000pF atau 47nF atau 0,047µF



Huruf dibelakang angka menandakan Toleransi dari Nilai Kapasitor tersebut, Berikut adalah daftar Nilai Toleransinya : B = 0.10pF C = 0.25pF D = 0.5pF E = 0.5% F = 1% G= 2% H = 3% J = 5% K = 10% M = 20% Z = + 80% dan -20% 473Z = 47,000pF +80% dan -20% atau berkisar antara 37.600 pF ~ 84.600 pF.



Jika di badan badan Kapasitor hanya bertuliskan 2 angka, Contohnya 47J maka perhitungannya adalah sebagai berikut :



Kode : 47J Nilai Kapasitor = 47 x 100 Nilai Kapasitor = 47 x 1 Nilai Kapasitor = 47pF Jadi Nilai Kapasitor yang berkode 47J adalah 47 pF ±5% yaitu berkisar antara 44,65pF ~ 49,35pF



Untuk Kapasitor Chip (Chip Capacitor) yang terbuat dari Keramik, nilai Kapasitansinya tidak dicetak di badan Kapasitor Chip-nya, maka diperlukan Label Kotaknya untuk mengetahui nilainya atau diukur dengan Capacitance Meter (LCR Meter atau Multimeter yang dapat mengukur Kapasitor).







Kapasitansi







Kapasitor







Jenis Kapasitor







Membaca Nilai Kapasitor







Rangkaian Kapasitor







Prinsip Kerja Kapasitor







Konstanta Waktu RC







Proses Pengisian Kapasitor







Proses Pengosongan Kapasitor







Aplikasi Kapasitor



Jika 3 capasitor dirangkai secara seri maka akan memiliki rumus kapasitansi pengganti / kapasitansi total sbb = 1/Ctotal=1/C1+1/C2+1/C3



Jika 3 capasitor dirangkai secara paralel maka akan memiliki rumus kapasitansi pengganti / kapasitansi total sbb = Ctotal=C1+C2+C3



Tiga kapasitor identik, dengan kapasitas 3 µF masingmasing, dihubungkan dengan sumber tegangan 12 V dalam suatu rangkaian seperti pada gambar di samping. Beda potensial antara titik Y dan Z adalah …







Kapasitansi







Kapasitor







Jenis Kapasitor







Rangkaian Kapasitor







Prinsip Kerja Kapasitor







Proses Pengisian Kapasitor







Proses Pengosongan Kapasitor



Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi.



Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutub positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya.



Prinsip kerja kapasitor dapat kita bayangkan seperti sebuah silinder dengan sebuah piston yang disangga oleh dua buah spring pada arah yang berlawanan +



+



Silinder piston yang ditopang dua spring dihubungkan dengan sebuah pipa hidrolik yang dilengkapi dengan pompa dengan arah tekanan pompa diwakili anak panah Volume silinder mengibaratkan kapasitas kapasitor Tekanan pompa maksimum mengibaratkan tegangan kerja maksimum. Saat pompa diaktifkan piston bergerak ke kanan karena ada tekanan dari kiri. Proses ini seperti proses pengisian kapasitor. Pergerakan piston akan mencapai maksimum saat kondisi spring tidak memungkinkan lagi untuk memampat lebih jauh lagi. Kondisi ini seperti kondisi penuhnya muatan kapasitor.



+



Ketika capasitor yang memiliki muatan penuh dihubungkan kakikakinya maka akan memiliki sifat yang sama dengan silinder piston yang dihubungkan dengan pipa pada kedua sisinya Apa yang terjadi?



Tegangan kapasitor saat proses pengisian Vc = Vs ( 1 - e -t/RC) ◦ Vc ◦e ◦t ◦R ◦C



= tegangan di kapasitor = nilai euler (2.7182818) = waktu pengisian = nilai resistor (Ohm) = nilai kapasitor (Farad)



Arus kapasitor saat proses pengisian ◦ Menurut HKT  Vs = VR+Vc maka nilai VR adalah VR = Vs – Vc ◦ Di mana nilai Vc akan bertambah seiring bertambahnya waktu pengisian ◦ Maka arus pengisian kapasitor pada suatu waktu tertentu (t) adalah sama dengan arus yang mengalir pada suatu waktu tertentu (t) di resistor IC(t) = IR(t) = VR/R IC(t) = (Vs-Vc(t)) / R



Grafik perbandingan arus dan tegangan saat pengisian kapasitor







Kapasitansi







Kapasitor







Jenis Kapasitor







Rangkaian Kapasitor







Prinsip Kerja Kapasitor







Konstanta Waktu RC







Proses Pengisian Kapasitor







Proses Pengosongan Kapasitor



Saat pengosongan kapasitor :



Vc = Vco e -t/RC ◦ Vco ◦e ◦t ◦R ◦C



= tegangan mula-mula di kapasitor = nilai euler (2.7182818) = waktu pengosongan = nilai resistor (Ohm) = nilai kapasitor (Farad)



Arus kapasitor saat proses pengosongan ◦ Menurut HKT  VR=Vc ◦ Di mana nilai Vc akan berkurang seiring bertambahnya waktu pengosongan ◦ Maka arus pengosongan pada suatu waktu tertentu (t) adalah sama dengan arus yang mengalir pada suatu waktu tertentu (t) di resistor IC(t) = IR(t) = VR/R IC(t) = Vc(t) / R



Grafik perbandingan arus dan tegangan saat pengosongan kapasitor



Beberapa fungsi kapasitor dalam rangkaian elektronika ◦ sebagai penstabil tegangan ◦ sebagai penunda waktu sebuah proses ◦ sebagai peredam kejutan ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦



Sebagai Penyimpan arus atau tegangan listrik Sebagai Konduktor yang dapat melewatkan arus AC (Alternating Current) Sebagai Isolator yang menghambat arus DC (Direct Current) Sebagai Filter dalam Rangkaian Power Supply (Catu Daya) Sebagai Kopling Sebagai Pembangkit Frekuensi dalam Rangkaian Osilator Sebagai Penggeser Fasa Sebagai Pemilih Gelombang Frekuensi (Kapasitor Variabel yang digabungkan dengan Spul Antena dan Osilator)



Kapasitor sebagai penstabil tegangan



Kapasitor sebagai penstabil tegangan



Kapasitor sebagai penunda waktu sebuah proses



Kapasitor sebagai peredam sinyal DC (Kopling)



Kapasitor sebagai peredam kejutan listrik



◦ Pada saat sakelar on maka LED akan segera menyala dengan terang. ◦ Pada saat sakelar off maka LED akan meredup dan padam secara perlahan