Pengertian Kapasitor Kondensator
Kapasitor adalah komponen elektronika yang memiliki kemampuan menyimpan elektron-elektron selama waktu yang tidak tentu. Kapasitor berbeda dengan aki atau dalam hal menyimpan muatan listrik, bahan kapasitor tidak terjadi perubahan kimia, besarnya kapasitansi pada kapasitor dicantumkan dalam farad.
Istilah kapasitor lainya yaitu komponen elektronika yang bisa menyimpan dan melepaskan muatan listrik. Struktur kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum diketahui misal : gelas, udara vakum, keramik, dll. Bila kedua ujung plat metal dikasih tegangan listrik,
Maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada waktu yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak bisa berjalan menuju ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak dapat menuju ke ujung kutup positif, sebab terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif.
Muatan elektrik ini akan tetap “tersimpan” selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Misalnya dilingkungan sekitar kapasitor ini terjadi saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif diawan. Kemampuan untuk menyimpan muatan listrik pada kapasitor disebut juga dengan kapasitansi atau kapasitas.
Kapasitansi kapasitor bisa diartikan sebagai kemampuan sebuah kapasitor untuk bisa menyimpan muatan elektron. Coulombs pada abad 18 menyatakan bahwa 1 coulomb = 6.25 x 1018 elektron.
Michael Faraday pernah menyatakan bahwa suatu kapasitor akan mempunyai kapasitansi sebesar 1 farad bila dengan tegangan 1 volt bisa memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs.
Dengan rumus seperti dibawah ini.
Q = CV …………………… (1)
Keterangan :
Q = muatan elektron dalam C (coulombs)
C = nilai kapasitansi dama F (farads)
V = besar tegangan dalam V (volt)
HC = ½ C V2 [joule]
Dalam kapasitor, kapasitansi dihitung dengan mengetahui luas area plat metal (A), jarak (t) antara kedua palt metal (tebal dielektrik) dan konstanta (k) bahan dielektrik.
Dengan rumusan dapat ditulis sebagai berikut :
C = (8.85 x 10-12) (k A/t) … (2)
Berikut tabel contoh konstanta (k) dari beberapa bahan dielektrik yang disederhanakan.
Konstanta
Bahan Dielektrik
|
|
Udara vakum
|
k = 1
|
Aluminium oksida
|
k = 8
|
Keramik
|
k = 100 - 1000
|
Gelas
|
k = 8
|
Polyethylene
|
k = 3
|
Prinsip Pembentukan Kapasitor
Sebuah Kapasitor (awalnya dikenal sebagai kondensor atau kondensator) adalah komponen listrik dua terminal pasif dipakai untuk menyimpan energi dalam medan listrik.Bentuk-bentuk kapasitor praktis bervariasi, tetapi semua mengandung setidaknya dua konduktor listrik dipisahkan oleh dielektrik (isolator), Misalnya salah satu kontruksi umum terdiri dari foil logam yang dipisahkan oleh sebuah lapisan tipis film isolasi.
Kapasitor banyak dipakai sebagai bagian dari rangkaian listik di banyak perangkat listrik umum tidak terkecuali pada laptop.
1 Farad (F) sama dengan 1.000.000 mikro Farad (F)
1 mikro Farad (F) sama dengan 1.000 nano Farad (nF)
1 nano Farad (nF) sama dengan 1.000 piko Farad (pF)
Sifat kapasitor adalah bisa menerima arus listrik dan menyimpanya dalam waktu yang relatif.
Adapun jenis-jenis kapasitor berdasarkan isolatornya adalah sebagai berikut:
- Kapasitor Elektrolit / ELCO (kondensator yang mempunyai polaritas, kaki + dan kaki -)
- Kapasitor Keramik
- Kapasitor Mylar
- Kapasitor Mika
- Kapasitor Kertas
- Sebagai perata arus
- Sebagai penyimpan arus listrik
Simbol kondensator dalam Rangkaian adalah “C” dan gambarnya adalah :
Apabila ada dua buah plat atau lebih yang berhadapan dan dibatasi sebuah isolasi, lalu plat itu dialiri listrik maka akan menjadi kondensator (isolasi yang merupakan batas kedua plat tadi dinamakan dielektrik).
Bahan dielektrik yang dipakai tidak-sama sehingga penyebutan kapasitor berdasarkan bahan dielektrik. Luas plat yang berhadapan bahan dielektrik dan jarak dari kedua plat berpengaruh pada nilai kapasitansinya.
Pada sebuah rangkaian yang tidak terjadi kapasitor liar. Sifat yang begituan disebut kapasitansi parasitic. Dikarenakan adanya komponen-komponen yang berdekatan pada penghantar jalur listrik yang berdekatan, juga gulungan-gulungan kawat yang berdekatan.
Perhatikan gambar diatas ada dua buah plat yang dibatasi udara. Jarak antara kedua plat disebut sebagai d dan tegangan listrik yang masuk.
Besaran Kapasitansi
Kapasitas dari suatu kapasitor ialah perbandingan antara banyaknya muatan listrik dengan tegangan kapasitor.C = Q / V
Keterangan :
C = Kapasitas satuanya farad
Q = Muatan listrik satuanya Coulomb
V = Tegangan kapasitor satuanya Volt
Bila dihitung dengan rumus C = 0.0885 D/d. maka kapasitansinya dalam satuan pico farad
D = adalah luas bidang plat yang saling berhadapan juga saling mempengaruhi dalam satuan cm2.
d = jarak antara plat dalam satuan cm.
Jika tegangan antara plat 1 volt dan besarnya muatan listrik pada plat 1 coulomb, maka kemampuan menyimpan listriknya disebut farad. Dalam kenyataanya kapasitor dibuat dalam satuan dibawah 1 farad. Sebagian besar kapasitor elektrolit dibuat mulai dari 1 mikrofarad sampai beberapa milifarad.
Kapasitor variabel memiliki ukuran fisik yang besar tetapi nilai kapasitansinya amat kecil sampai ratusan pikofarad.
Kapasitansi Pada Rangkaian Kapasitor
Kapasitor yang terhubung seri dengan kapasitor lain, kemampuanya menahan listrik menjadi lebih baik/tinggi, kapasitansi totalnya menjadi rendah dan bahan dielektrik seolah-olah jadi lebih tebal.Jumlah muatan arus listrik pada tiap kapasitor akan sama besar. bila perbedaan potensial setiap kapasitor sama dengan pemberian tegangan pada rangkaian.
V = V1+V2+V3 , V1=Q1/C1
V2 = Q2/Q2 , V3=Q3/Q3 , V=Q/C
Q/C = Q1/C1+Q2/C2+Q3/C3 sehingga :
1/Ct = 1/C1+/C2+1/C3
Bagaimana bila kapasitor terhubung parallel?
Sebagian kapasitor terhubung parallel yang diberi tegangan V seperti gambar dibawah, maka jumlah muatan semua sama dengan jumlah muatan kapasitor. Tegangan pada setiap kapasitor sama dengan tegangan sumber yang ditampilkan.
Perhatikan gambar diatas :
V=V1=V2=V3=E
Ct. V=C1V1+C2V2+C3V3
Ct=C1+C2+C3
Pengisian Dan Pengosongan Kapasitor
Pada saat pengisian dan pengosongan muatan sebuah kapasitor, waktu lamanya pengisian dan pengosongan muatanya tergantung pada besarnya nilai resistansi dan kapasitansi yang dipakai pada rangkaian.Saat sakelar menghubungkan ketitik 1 arus listrik mengalir dari sumber-sumber tegangan melewati komponen R menuju C. Tegangan pada kapasitor naik dari 0 volt sampai sebesar tegangan sumber, lalu tak terjadi aliran, sakelar dipindahkan posisinya ke titik 2 dan terjadilah proses pengosongan. Perhatikan gambar dibawah ini :
Tegangan kapasitor menurun, arah arus berlawanan dari arah pengisian. Tegangan pada R jadi negatif dan berangsung-angsur teganganya jadi 0 volt. Pengisian dan pengosongan masing-masing memerlukan 5 R.C (time constan).
Karakteristik Berbagai Jenis Kapasitor
Kapasitor mika bisa menerima tegangan besar sampai ribuat volt pada rangkaian frekuensi tinggi. Kapasitor untuk rangkaian frekuensi tinggi elektron-elektron harus mengisi plat-plat logam dan mengisi dielektriknya.Pada saat arus berubah arah elektron-elektron harus meningkatkan dielektrik. Perubahan arah arus yang terjadi pada kapasitor terhalangi oleh rintangan yang disebut histerisis kapasitif.
Sifat-sifat kapasitor pada umumnya :
a. Terhadap tegangan DC merupakan resistansi yang besar
b. Terhadap tegangan AC memiliki resistansi yang berubah-ubah mengikuti frekuensi kerja.
c. Terhadap tegangan AC akan membuat pergeseran fasa, dimana arus 90° mendahului teganganya.
Resistansi dari suatu kapasitor pada tegangan ac disebut reaktansi. Disimbolkan dengan Xc, besarnya reaktansi kapasitor dirumuskan dengan :
Keterangan :
Xc = Reaktansi kapasitif (ohm )
f = Frekuensi kerja rangkaian dalam satuan hertz
c = kapasitansi (farad)
Sebuah kapasitor dapat mengalami kerurasan apabila :
- Sudah lama terpakai- Batas tegangan terlampaui
- Kesalahan saat pemasangan polaritas yang salah
Jenis-jenis Kapasitor Sesuai Bahan dan Kontruksinya.
Kapasitor mirip seperti Resistor nilai kapasitansinya ada yang dibuat tetap dan ada yang variabel (tidak-tetap). Kapasitor dielektrik udara, kapasitansinya berganti dari nilai maksimum ke minimum.Cara Membaca ELCO (Electrolytic Capacitor)
Misalnya dibadan ELCO tertera tulisan 10uF/16v berarti ELCO tersebut mempunyai ukuran 10 mikro farad dan tegangan kerjanya maksimal 16v. Apabila tegangan yang diberikan lebih besar dari tegangan kerja maka ELCO akan rusak. Sisi ELCO yang ada tanda panah itu menunjukkan kaki disisi tersebut adalah kaki negatif.Cara Membaca Kapasitor Keramik / Mika / Mylar. Misalnya dibadan kapasitor tersebut tertera tulisan 103 artinya:
- Angka I : melambangkan angka
- Angka II : melambangkan angka
- Angka III : melambangkan jumlah nol & ukuranya dalam pico Farad.
Electrolytic Capacitor (ELCO)
Dua kali ii memiliki konfigurasi yang berbeda untuk kapasitor aksial dan biasanya kaki positif (+) lebih panjang dari pada kaki negatif (-).
Sejak Kapasitor Polimer mulai dipakai maka diperlukan sebuah istilah untuk membedakan antara teknologi yang lebih tua memakai elektrolit cair dan yang lebih baru memakai kristal polimer. Sebuah petunjuk khas untuk kapasitor dengan cairan elektrolit dapat menyebutnya elektrolit basah.
Kapasitor Tetap
Kapasitor yang memiliki kapasitansi yang tetap. Jenis-jenis kapasitor tetap antara lain :a. Kapasitor Polar
Kelompok kapasitor electrolytic terdiri dari kapasitor-kapasitor yang bahan dielektriknya ialah lapisan metal-oksida. Biasanya kapasitor yang termasuk kelompok ini ialah kapasitor polar dengan tanda + dan – di bodynya.Kapasitor ini mempunyai polaritas dikarenakan proses pembuatanya memakai elektrolisa sehingga terbentuk kutup positif anoda dan kutup negatif katoda.
Diketahui beberapa metal seperti alumunium, tantalum, magnesium, niobium, zirconium, titanium dan seng (zinc) permukaanya bisa bisa dioksidasi sehingga membentuk lapisan metal-oksida (oxide film). Lapisan oksidasi ini terbuat melalui proses elektrolisa, seperti pada proses penyepuhan emas.
Oksigen pada larutan elektrolit lepas dan meng-oksidasi permukaan plat metal. Misalnya, bila digunakan Alumunium, maka akan membentuk lapisan Alumunium-oksida (A12O3) pada permukaanya. Dengan begitu berturut-turut plat metal (anoda), lapisan-oksida dan elektrolit (katoda) membentuk kapasitor. Disini lapisan-metal-oksida sebagai dielektrik.
Dari rumus (2) diketahui besar kapasitansi berbanding dengan tebal dielektrik. Lapisan metal-oksida ini sangat tipis, sehingga dengan begitu bisa dibuat kapasitor yang kapasitansinya cukup besar. Dikarenakan alasan ekonomis dan praktis, biasanya bahan metal yang sering digunakan ialah tantalum dan alumunium. Bahan yang paling murah dan banyak dijumpai ialah Alumunium.
Untuk dapat permukaan yang luas, bahan plat Aluminium ini biasanya digulung radial. Sehingga dengan cara itu bisa didapat kapasitor yang kapasitasnya besar. Misalnya 100uF, 470uF, 4700uF dll, yang biasa juga disebut kapasitor elco.
Bahan elektrolit pada kapasitor Tantalum ada yang padat dan juga cair. Disebut elektrolit padat, tapi sebenarnya bukan larutan elektrolit yang jadi elektroda negatifnya, tetapi bahan lain yaitu manganese-dioksida.
Dengan begitu kapasitor jenis ini dapat mempunyai kapasitansi yang besar namun menjadi lebih ramping dan mungil. Selain itu karena seluruhnya padat, jadi waktu kerjanya (lifetime) jadi lebih tahan lama. Kapasitor jenis ini juga mempunyai arus bocor yang sangat kecil, jadi bisa dipahami kenapa kapasitor Tantalum ini relatif mahal dibanding yang lain.
b. Kapasitor Non-polar
Kapasitor Non-polar adalah kelompok kapasitor yang terbuat dari bahan dielektrik seperti keramik, mika dan film.Keramik dan mika adalah bahan yang populer serta murah untuk membuat kapasitor yang kapasitansinya kecil. Tersedia dari besaran pF sampai beberapa uF, yang biasa digunakan untuk aplikasi rangkaian dengan frekuensi tinggi.
Yang termasuk kelompok bahan dielektrik film ialah bahan-bahan material seperti polyester (polyethylene terephthalate atau sering disebut mylar), polystyrene, polyprophylene, polycarbonate, metalized paper dan lainya. Kapasitor yang mempunyai nilai kapasitansi lebih dari 1 µF adalah :
Kapasitor Tidak-tetap (variabel)
Kapasitor yang nilai kapasitansinya bisa berubah-ubah, nilai kapasitansi pada kapasitor bisa dilihat dari kode yang ada pada body kapasitor. Misalnya, jika tertera 105, itu berarti 10 x 105 = 1.000.000 pF = 1000 nF = 1 µF. Nilai yang dibaca pF (pico farad).Kapasitor lain ada yang ditulis 0.1 atau 0.01, jika begitu, maka satuan yang dipakai µF. Jadi 0.1 berarti 0.1 µF. Nilai kapasitansi satu Farad menunjukkan suatu kapasitor mempunyai kemampuan untuk menyimpan satu coulomb pada tegangan satu volt.
Kapasitor pada power supply memakai kapasitansi sebesar 4700 µF. Sedangkan rangkaian pada radio sering memakai besar kapasitansi dibawah 10pF. Waktu yang dibutuhkan kapasitor untuk mendapatkan pengisian optimal tergantung pada besarnya nilai resistansi dan kapasitansi.
Rumusnya :
T =R x C
T = time (waktu dalam detik)
R = resistansi (dalam ohm)
C = kapasitansi (dalam farad)
Rumus ini merupakan waktu yang dibutuhkan untuk mencapai 63% nilai tegangan pada sumber. Yang perlu diperhitungkan ialah kapasitor akan melewatkan arus AC bukan DC. Didalam rangkaian elektronika ini termasuk hal penting.
Dibawah ini adalah beberapa bentuk kapasitor :
Induktif :
HL=½ L I2
L = µoNA2 / 1
µo = 4π 10-7
XL = 2 πfl
H = I2XL t
Kapasitor Polimer
Kapasitor polimer memakai kertas yang diresapi dengan kristal semi-konduktor organik. Gambar dibawah ini menunjukkan Sanyo OS-CON kapasitor polimer pada server HP DL380g4 2006.
Ada juga kapasitor polimer dengan warna perak seperti dibawah ini:
Masih dalam keluarga Polymer Capasitor kita juga mengenal Capacitor Multilayer Polymer Film Capacitor adalah surface mounting capacitor (SMC) dengan beberapa metal-deposited polymer yang dilaminasi bersama-sama dengan pengendapan logam pada film polimer.
Kapasitor Keramik
Komposisi bahan keramik mendefinisikan perilaku listrik dan oleh karena itu penerapan kapasitor, yang dibagi menjadi dua kelas stabilitas :
Kelas 1 kapasitor keramik dengan stabilitas yang tinggi dan kerugian rendah untuk aplikasi rangkaian resonan.
Kelas 2 kapasitor keramik dengan efisiensi yang tinggi volumetrik untuk penyangga, by-pass dan aplikasi kopling.
SD Ceramic SMT Capacitor MLCC
Apabila anda lihat sekilas, kapasitor ini mirip dengan surface mount resistor, tetapi yang membedakan adalah tulisan simbol C yang berada dekat kapasitor ini, perhatikan gambar dibawah ini:
Kapasitor Film
Kapasitor Film, Kapasitor Film Plastik, Kapasitor Film Dielektrik, Kapasitor Film polymer umumnya disebut saja “Kapasitor Film” sama seperti kapasitor film daya, yaitu kapasitor listrik dengan isolasi plastik film sebagai dielektrik, kadang dikombinasikan dengan kertas sebagai pembawa elektroda.
Kapasitor Film dielektrik, tergantung pada kekuatan dielektrik yang ingin dibuat dalam proses khusus pada ketebalan yang sangat tipis, dan kemudian dilengkapi dengan elektroda. Elektroda kapasitor film bisa berupa metalisasi alumunium atau seng dipasang secara langsung ke permukaan film plastik, atau logam foil terpisah.
Kapasitor film, bersama dengan kapasitor keramik dan kapasitor elektrolit adalah jenis kapasitor yang paling umum dipakai dalam peralatan elektronik, dan dipakai dibanyak mikro elektronika AC dan DC dan rangkaian elektronik.
Kapasitor Mika
Kapasitor mika tersedia dalam nilai kecil, dan sebagian besar dipakai pada frekuensi tinggi dan dalam kasus dimana kerugian rendah (Q tinggi) dibutuhkan Dan kemungkinan perubahan nilai kapasitor rendah dari waktu ke waktu yang diinginkan.
Kapasitor Tantalum SMT
Kapasitor tantalum mempunyai dielektrik Tantalum oksida yang merupakan unsur tanah jarang yang ditambang dinegara berkembang. Karena kelangkaan jenis tanah ini kapasitor tantalum lebih mahal daripada electrolyc meskipun unggul tetapi memang lebih baik.
Di pasaran kapasitor tantalum menjadi sangat rentan terhadap masalah pasokan dan kekurangan produksi dengan meningkatnya permintaan dari produsen elektronik dan karena itu mengakibatkan harga menjadi tinggi.
Hal ini menyebabkan perancang beralih dan membuat desain yang dipakai untuk kapasitor tantalum dan sebagai gantinya memakai kapasitor keramik dan elektrolik. Disisi lain kapasitor keramik mempunyai karakteristik unggul dari tantalum pada frekuensi tinggi.