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). Satuan kapasitor disebut Farad (F). Satu Farad = 9 x 1011 cm2 yang artinya luas permukaan kepingan tersebut.
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 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. Di alam bebas, phenomena kapasitor ini terjadi pada saat
terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif di awan.
Kapasitor Keping Sejajar
Kapasitor keping silinder
KAPASITANSI
Kapasitansi didefinisikan sebagai kemampuan dari
suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan elektron. Coulombs pada
abad 18 menghitung bahwa 1 coulomb = 6.25 x 1018 elektron.
Kemudian Michael Faraday membuat postulat bahwa sebuah kapasitor akan
memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan tegangan 1 volt dapat
memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs. Dengan rumus dapat ditulis
:
Q = muatan elektron dalam C (coulombs)
C = nilai kapasitansi dalam F (farad)
V = besar tegangan dalam V (volt)
Dalam praktek pembuatan kapasitor, kapasitansi
dihitung dengan mengetahui luas area plat metal (A), jarak (t) antara
kedua plat metal (tebal dielektrik) dan konstanta (k) bahan dielektrik.
Dengan rumus dapat di tulis sebagai berikut :
C = (8.85 x 10) (k A/t)
Berikut adalah tabel contoh konstanta (k) dari beberapa bahan dielektrik yang disederhanakan.
Untuk rangkaian elektronik praktis, satuan farad
adalah sangat besar sekali. Umumnya kapasitor yang ada di pasaran
memiliki satuan : μF, nF dan pF.
1 Farad = 1.000.000 μF (mikro Farad)
1 μF = 1.000.000 pF (piko Farad)
1 μF = 1.000 nF (nano Farad)
1 nF = 1.000 pF (piko Farad)
1 pF = 1.000 μμF (mikro-mikro Farad)
1 μF = 10 F-6
1 nF = 10 F-9
1 pF = 10 F-12
Konversi satuan penting diketahui untuk memudahkan
membaca besaran sebuah kapasitor. Misalnya 0.047μF dapat juga dibaca
sebagai 47nF, atau contoh lain 0.1nF sama dengan 100pF.
Kondensator diidentikkan mempunyai dua kaki dan dua
kutub yaitu positif dan negatif serta memiliki cairan elektrolit dan
biasanya berbentuk tabung.
Sedangkan jenis yang satunya lagi kebanyakan nilai
kapasitasnya lebih rendah, tidak mempunyai kutub positif atau negatif
pada kakinya, kebanyakan berbentuk bulat pipih berwarna coklat, merah,
hijau dan lainnya seperti tablet atau kancing baju yang sering disebut
kapasitor (capacitor).
WUJUD DAN MACAM KONDENSATOR
Berdasarkan kegunaannya kondensator di bagi menjadi :
1. Kondensator tetap (nilai kapasitasnya tetap tidak dapat diubah)
2. Kondensator elektrolit (Electrolit Condenser = Elco)
3. Kondensator variabel (nilai kapasitasnya dapat diubah-ubah)
Pada kapasitor yang berukuran besar, nilai
kapasitansi umumnya ditulis dengan angka yang jelas. Lengkap dengan
nilai tegangan maksimum dan polaritasnya. Misalnya pada kapasitor elco
dengan jelas tertulis kapasitansinya sebesar 100μF25v yang artinya
kapasitor/ kondensator tersebut memiliki nilai kapasitansi 100 μF dengan
tegangan kerja maksimal yang diperbolehkan sebesar 25 volt.
Kapasitor yang ukuran fisiknya kecil biasanya hanya
bertuliskan 2 (dua) atau 3 (tiga) angka saja. Jika hanya ada dua angka,
satuannya adalah pF (pico farads). Sebagai contoh, kapasitor yang
bertuliskan dua angka 47, maka kapasitansi kapasitor tersebut adalah 47
pF. Jika ada 3 digit, angka pertama dan kedua menunjukkan nilai nominal,
sedangkan angka ke-3 adalah faktor pengali. Faktor pengali sesuai
dengan angka nominalnya, berturut-turut 1 = 10, 2 = 100, 3 = 1.000, 4 =
10.000, 5 = 100.000 dan seterusnya.
Untuk kapasitor polyester nilai kapasitansinya bisa diketahui berdasarkan warna seperti pada resistor.
Seperti komponen lainnya, besar kapasitansi nominal ada toleransinya. Pada tabel 2.3 diperlihatkan nilai toleransi dengan kode-kode angka atau huruf tertentu. Dengan tabel tersebut pemakai dapat dengan mudah mengetahui toleransi kapasitor yang biasanya tertera menyertai nilai nominal kapasitor. Misalnya jika tertulis 104 X7R, maka kapasitansinya adalah 100nF dengan toleransi +/-15%. Sekaligus diketahui juga bahwa suhu kerja yang direkomendasikan adalah antara -55Co sampai +125Co .
Tabel 2.2 Kode karakteristik kapasitor kelas I
*PPM = Part per Million
Tabel 2.3 Kode karakteristik kapasitor kelas II dan III
Dari penjelasan di atas bisa diketahui bahwa
karakteristik kapasitor selain kapasitansi juga tak kalah pentingnya
yaitu tegangan kerja dan temperatur kerja. Tegangan kerja adalah
tegangan maksimum yang diijinkan sehingga kapasitor masih dapat bekerja
dengan baik. Misalnya kapasitor 10uF25V, maka tegangan yang bisa
diberikan tidak boleh melebihi 25 volt dc. Umumnya kapasitor-kapasitor
polar bekerja pada tegangan DC dan kapasitor non-polar bekerja pada
tegangan AC. Sedangkan temperatur kerja yaitu batasan temperatur dimana
kapasitor masih bisa bekerja dengan optimal. Misalnya jika pada
kapasitor tertulis X7R, maka kapasitor tersebut mempunyai suhu kerja
yang direkomendasikan antara -55Co sampai +125Co. Biasanya spesifikasi karakteristik ini disajikan oleh pabrik pembuat di dalam datasheet.
RANGKAIAN KAPASITOR
Rangkaian kapasitor secara seri akan mengakibatkan
nilai kapasitansi total semakin kecil. Di bawah ini contoh kapasitor
yang dirangkai secara seri.
Pada rangkaian kapasitor yang dirangkai secara seri berlaku rumus :
Rangkaian kapasitor secara paralel akan
mengakibatkan nilai kapasitansi pengganti semakin besar. Di bawah ini
contoh kapasitor yang dirangkai secara paralel.
Pada rangkaian kapasitor paralel berlaku rumus :
FUNGSI KAPASITOR
Fungsi penggunaan kapasitor dalam suatu rangkaian :
1. Sebagai kopling antara rangkaian yang satu dengan rangkaian yang lain (pada PS)
2. Sebagai filter dalam rangkaian PS
3. Sebagai pembangkit frekuensi dalam rangkaian antenna
4. Untuk menghemat daya listrik pada lampu neon
5. Menghilangkan bouncing (loncatan api) bila dipasang pada saklar
TIPE KAPASITOR
Kapasitor terdiri dari beberapa tipe, tergantung
dari bahan dielektriknya. Untuk lebih sederhana dapat dibagi menjadi 3
bagian, yaitu kapasitor electrostatic, electrolytic dan
electrochemical.
Kapasitor Electrostatic
Kapasitor electrostatic adalah kelompok kapasitor
yang dibuat dengan bahan dielektrik dari keramik, film dan mika. Keramik
dan mika adalah bahan yang popular serta murah untuk membuat kapasitor
yang kapasitansinya kecil. Tersedia dari besaran pF sampai beberapa μF,
yang biasanya untuk aplikasi rangkaian yang berkenaan dengan frekuensi
tinggi. Termasuk kelompok bahan dielektrik film adalah bahan-bahan
material seperti polyester (polyethylene terephthalate atau dikenal
dengan sebutan mylar), polystyrene, polyprophylene, polycarbonate,
metalized paper dan lainnya. Mylar, MKM, MKT adalah beberapa contoh
sebutan merek dagang untuk kapasitor dengan bahan-bahan dielektrik film.
Umumnya kapasitor kelompok ini adalah non-polar.
Kapasitor Electrolytic
Kelompok kapasitor electrolytic terdiri dari
kapasitor-kapasitor yang bahan dielektriknya adalah lapisan
metal-oksida. Umumnya kapasitor yang termasuk kelompok ini adalah
kapasitor polar dengan tanda + dan - di badannya. Mengapa kapasitor ini
dapat memiliki polaritas, adalah karena proses pembuatannya menggunakan
elektrolisa sehingga terbentuk kutub positif anoda dan kutub negatif
katoda.
Telah lama diketahui beberapa metal seperti
tantalum, aluminium, magnesium, titanium, niobium, zirconium dan seng
(zinc) permukaannya dapat dioksidasi sehingga membentuk lapisan
metal-oksida (oxide film). Lapisan oksidasi ini terbentuk melalui proses
elektrolisa, seperti pada proses penyepuhan emas. Elektroda metal yang
dicelup ke dalam larutan elektrolit (sodium borate) lalu diberi tegangan
positif (anoda) dan larutan electrolit diberi tegangan negatif
(katoda). Oksigen pada larutan electrolyte terlepas dan mengoksidasi
permukaan plat metal. Contohnya, jika digunakan Aluminium, maka akan
terbentuk lapisan Aluminium-oksida (Al2O3) pada permukaannya.
Dengan demikian berturut-turut plat metal (anoda),
lapisan-metal-oksida dan electrolyte (katoda) membentuk kapasitor. Dalam
hal ini lapisan-metal-oksida sebagai dielektrik. Dari rumus (2)
diketahui besar kapasitansi berbanding terbalik dengan tebal dielektrik.
Lapisan metal-oksida ini sangat tipis, sehingga dengan demikian dapat
dibuat kapasitor yang kapasitansinya cukup besar.
Karena alasan ekonomis dan praktis, umumnya bahan
metal yang banyak digunakan adalah aluminium dan tantalum. Bahan yang
paling banyak dan murah adalah aluminium. Untuk mendapatkan permukaan
yang luas, bahan plat Aluminium ini biasanya digulung radial. Sehingga
dengan cara itu dapat diperoleh kapasitor yang kapasitansinya besar.
Sebagai contoh 100uF, 470uF, 4700uF dan lain-lain, yang sering juga
disebut kapasitor elco.
Bahan electrolyte pada kapasitor tantalum ada yang
cair tetapi ada juga yang padat. Disebut electrolyte padat, tetapi
sebenarnya bukan larutan electrolit yang menjadi elektroda negatif-nya,
melainkan bahan lain yaitu manganese-dioksida. Dengan demikian kapasitor
jenis ini bisa memiliki kapasitansi yang besar namun menjadi lebih
ramping dan mungil. Selain itu karena seluruhnya padat, maka waktu
kerjanya (lifetime) menjadi lebih tahan lama. Kapasitor tipe ini juga
memiliki arus bocor yang sangat kecil Jadi dapat dipahami mengapa
kapasitor Tantalum menjadi relatif mahal.
Kapasitor Electrochemical
Kapasitor Electrochemical
Satu jenis kapasitor lain adalah kapasitor
electrochemical. Termasuk kapasitor jenis ini adalah battery dan accu.
Pada kenyataannya battery dan accu adalah kapasitor yang sangat baik,
karena memiliki kapasitansi yang besar dan arus bocor (leakage current)
yang sangat kecil. Tipe kapasitor jenis ini juga masih dalam
pengembangan untuk mendapatkan kapasitansi yang besar namun kecil dan
ringan, misalnya untuk aplikasi mobil elektrik dan telepon selular.
0 komentar:
Posting Komentar