Reaktansi Kapasitif - Kapasitor
Reaktansi Kapasitif adalah impedansi kompleks dari sebuah Kapasitor yang nilainya berubah sehubungan dengan frekuensi yang diterapkan.
Dalam tutorial Jaringan RC kami melihat bahwa ketika tegangan DC diterapkan ke kapasitor, kapasitor itu sendiri menarik arus pengisian dari supply dan mengisi hingga nilai yang sama dengan tegangan yang diberikan. Demikian juga, ketika tegangan supply berkurang, muatan yang disimpan dalam kapasitor juga berkurang dan kapasitor terlepas.
Tetapi dalam rangkaian AC di mana sinyal tegangan yang diterapkan terus berubah dari positif ke polaritas negatif pada kecepatan yang ditentukan oleh frekuensi supply, seperti dalam kasus tegangan gelombang sinus, misalnya, kapasitor menjadi dibebankan atau dikosongkan secara berkelanjutan pada tingkat yang ditentukan oleh frekuensi supply.
Ketika kapasitor mengisi atau melepaskan, arus mengalir melaluinya yang dibatasi oleh impedansi internal kapasitor. Impedansi internal ini umumnya dikenal sebagai Reaktansi Kapasitif dan diberi simbol XC dalam Ohm.
Tidak seperti resistansi yang memiliki nilai tetap, misalnya, 100Ω, 1kΩ, 10kΩ dll, (ini karena resistansi mematuhi Hukum Ohm), Reaktansi Kapasitif bervariasi dengan frekuensi yang diterapkan sehingga setiap variasi frekuensi supply akan memiliki efek besar pada kapasitor, Nilai "kapasitif reaktansi".
Ketika frekuensi yang diterapkan pada kapasitor meningkat, efeknya adalah mengurangi reaktansinya (diukur dalam ohm). Demikian juga ketika frekuensi melintasi kapasitor menurun nilai reaktansinya meningkat. Variasi ini disebut impedansi kompleks kapasitor.
Impedansi kompleks terjadi karena elektron dalam bentuk muatan listrik pada plat kapasitor, tampak berpindah dari satu plat ke plat lainnya dengan lebih cepat sehubungan dengan frekuensi yang bervariasi.
Ketika frekuensi meningkat, kapasitor melewatkan lebih banyak muatan melintasi plat dalam waktu tertentu yang menghasilkan aliran arus yang lebih besar melalui kapasitor yang muncul seolah-olah impedansi internal kapasitor telah menurun.
Oleh karena itu, kapasitor yang terhubung ke rangkaian yang berubah pada rentang frekuensi tertentu dapat dikatakan “Frekuensi Dependent/Tergantung”.
Reaktansi Kapasitif memiliki simbol listrik " XC " dan memiliki satuan yang diukur dalam Ohm sama dengan resistansi, (R). Dihitung menggunakan rumus berikut:
Dimana:
Xc = Reaktansi Kapasitif dalam Ohm, (Ω)
π (pi) = 3.142 (desimal) atau 22 ÷ 7 (fraksi)
ƒ = Frekuensi dalam Hertz, (Hz)
C = Kapasitansi dalam Farad, (F)
Pada frekuensi 1kHz:
Sekali lagi pada frekuensi 20kHz:
di mana: ƒ = frekuensi dalam Hertz dan C = kapasitansi dalam Farad
Oleh karena itu, dapat dilihat dari atas bahwa sebagai frekuensi diterapkan di seluruh 220nF kapasitor meningkat, dari 1kHz ke 20kHz, nilai reaktansi, XC menurun, kira-kira 723Ω untuk hanya 36Ω dan ini selalu benar karena reaktansi kapasitif, XC adalah berbanding terbalik dengan frekuensi dengan arus yang dilewati oleh kapasitor untuk tegangan yang diberikan sebanding dengan frekuensi.
Untuk setiap nilai yang diberikan dari kapasitansi, reaktansi kapasitor, XC dinyatakan dalam ohm dapat diplot terhadap frekuensi seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Dengan mengatur ulang rumus reaktansi di atas, kita juga dapat menemukan pada frekuensi berapa kapasitor akan memiliki nilai reaktansi kapasitif tertentu ( XC ).
Atau kita dapat menemukan nilai kapasitor dalam Farad dengan mengetahui frekuensi yang diterapkan dan nilai reaktansinya pada frekuensi tersebut.
Kita dapat melihat dari contoh di atas bahwa kapasitor ketika dihubungkan ke supply frekuensi variabel, bertindak sedikit seperti "variabel resistor yang dikontrol frekuensi" karena reaktansinya (X) berbanding lurus dengan frekuensi.
Pada frekuensi yang sangat rendah, seperti 1Hz kapasitor 220nF kami memiliki nilai reaktansi kapasitif tinggi sekitar 723.3KΩ (memberikan efek rangkaian terbuka).
Pada frekuensi yang sangat tinggi seperti 1Mhz kapasitor memiliki nilai reaktansi kapasitif rendah hanya 0.72Ω (memberikan efek hubung singkat).
Jadi pada frekuensi nol atau kondisi stabil DC kapasitor 220nF kami memiliki reaktansi tak terbatas yang lebih mirip "rangkaian terbuka" antara plat dan menghalangi aliran arus yang melewatinya.
Oleh karena itu, ketika R1 = R2 tegangan output akan menjadi setengah dari nilai tegangan input. Demikian juga, nilai R2 yang lebih besar atau lebih kecil dari R1 akan menghasilkan perubahan proporsional terhadap tegangan output. Pertimbangkan rangkaian di bawah ini.
Kita sekarang tahu bahwa reaktansi kapasitor, nilai XC (impedansi kompleksnya) berubah sehubungan dengan frekuensi yang diterapkan.
Jika sekarang kita mengubah resistor R2 di atas untuk kapasitor, penurunan tegangan di kedua komponen akan berubah ketika frekuensi berubah karena reaktansi kapasitor mempengaruhi impedansinya.
Impedansi resistor R1 tidak berubah dengan frekuensi. Resistor memiliki nilai tetap dan tidak terpengaruh oleh perubahan frekuensi. Kemudian tegangan melintasi resistor R1 dan oleh karena itu tegangan output ditentukan oleh reaktansi kapasitif kapasitor pada frekuensi tertentu.
Ini kemudian menghasilkan rangkaian pembagi tegangan RC bergantung-frekuensi. Dengan pemikiran ini, Low Pass Filter dan High Pass Filter pasif dapat dibangun dengan mengganti salah satu resistor pembagi tegangan dengan kapasitor yang sesuai seperti yang ditunjukkan.
High Pass Filter: Properti dari Reaktansi Kapasitif, membuat kapasitor ideal untuk digunakan dalam rangkaian filter AC atau pada rangkaian penghalusan catu daya DC untuk mengurangi efek dari setiap Tegangan Riak yang tidak diinginkan karena kapasitor menerapkan jalur sinyal hubung singkat ke sinyal frekuensi yang tidak diinginkan pada terminal output.
Penting untuk mengingat kedua kondisi ini dan dalam tutorial kami berikutnya tentang Filter kita akan melihat Low Pass Filter (LPF) - Filter Pasif RC, dalam penggunaan Reaktansi Kapasitif untuk memblokir sinyal frekuensi tinggi yang tidak diinginkan sembari hanya mengizinkan sinyal frekuensi rendah untuk lewat.
Dalam tutorial Jaringan RC kami melihat bahwa ketika tegangan DC diterapkan ke kapasitor, kapasitor itu sendiri menarik arus pengisian dari supply dan mengisi hingga nilai yang sama dengan tegangan yang diberikan. Demikian juga, ketika tegangan supply berkurang, muatan yang disimpan dalam kapasitor juga berkurang dan kapasitor terlepas.
Tetapi dalam rangkaian AC di mana sinyal tegangan yang diterapkan terus berubah dari positif ke polaritas negatif pada kecepatan yang ditentukan oleh frekuensi supply, seperti dalam kasus tegangan gelombang sinus, misalnya, kapasitor menjadi dibebankan atau dikosongkan secara berkelanjutan pada tingkat yang ditentukan oleh frekuensi supply.
Ketika kapasitor mengisi atau melepaskan, arus mengalir melaluinya yang dibatasi oleh impedansi internal kapasitor. Impedansi internal ini umumnya dikenal sebagai Reaktansi Kapasitif dan diberi simbol XC dalam Ohm.
Tidak seperti resistansi yang memiliki nilai tetap, misalnya, 100Ω, 1kΩ, 10kΩ dll, (ini karena resistansi mematuhi Hukum Ohm), Reaktansi Kapasitif bervariasi dengan frekuensi yang diterapkan sehingga setiap variasi frekuensi supply akan memiliki efek besar pada kapasitor, Nilai "kapasitif reaktansi".
Ketika frekuensi yang diterapkan pada kapasitor meningkat, efeknya adalah mengurangi reaktansinya (diukur dalam ohm). Demikian juga ketika frekuensi melintasi kapasitor menurun nilai reaktansinya meningkat. Variasi ini disebut impedansi kompleks kapasitor.
Impedansi kompleks terjadi karena elektron dalam bentuk muatan listrik pada plat kapasitor, tampak berpindah dari satu plat ke plat lainnya dengan lebih cepat sehubungan dengan frekuensi yang bervariasi.
Ketika frekuensi meningkat, kapasitor melewatkan lebih banyak muatan melintasi plat dalam waktu tertentu yang menghasilkan aliran arus yang lebih besar melalui kapasitor yang muncul seolah-olah impedansi internal kapasitor telah menurun.
Oleh karena itu, kapasitor yang terhubung ke rangkaian yang berubah pada rentang frekuensi tertentu dapat dikatakan “Frekuensi Dependent/Tergantung”.
Reaktansi Kapasitif memiliki simbol listrik " XC " dan memiliki satuan yang diukur dalam Ohm sama dengan resistansi, (R). Dihitung menggunakan rumus berikut:
Rangkaian Reaktansi Kapasitif
Dimana:
Xc = Reaktansi Kapasitif dalam Ohm, (Ω)
π (pi) = 3.142 (desimal) atau 22 ÷ 7 (fraksi)
ƒ = Frekuensi dalam Hertz, (Hz)
C = Kapasitansi dalam Farad, (F)
Contoh Reaktansi Kapasitif No.1
Hitung nilai reaktansi kapasitif dari kapasitor 220nF pada frekuensi 1kHz dan lagi pada frekuensi 20kHz.Pada frekuensi 1kHz:
Sekali lagi pada frekuensi 20kHz:
di mana: ƒ = frekuensi dalam Hertz dan C = kapasitansi dalam Farad
Oleh karena itu, dapat dilihat dari atas bahwa sebagai frekuensi diterapkan di seluruh 220nF kapasitor meningkat, dari 1kHz ke 20kHz, nilai reaktansi, XC menurun, kira-kira 723Ω untuk hanya 36Ω dan ini selalu benar karena reaktansi kapasitif, XC adalah berbanding terbalik dengan frekuensi dengan arus yang dilewati oleh kapasitor untuk tegangan yang diberikan sebanding dengan frekuensi.
Untuk setiap nilai yang diberikan dari kapasitansi, reaktansi kapasitor, XC dinyatakan dalam ohm dapat diplot terhadap frekuensi seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Reaktansi Kapasitif terhadap Frekuensi
Dengan mengatur ulang rumus reaktansi di atas, kita juga dapat menemukan pada frekuensi berapa kapasitor akan memiliki nilai reaktansi kapasitif tertentu ( XC ).
Contoh Reaktansi Kapasitif No.2
Pada frekuensi mana 2.2uF Kapasitor akan memiliki nilai reaktansi 200Ω?Atau kita dapat menemukan nilai kapasitor dalam Farad dengan mengetahui frekuensi yang diterapkan dan nilai reaktansinya pada frekuensi tersebut.
Contoh Reaktansi Kapasitif No.3
Apa yang akan menjadi nilai kapasitor dalam farad ketika ia memiliki reaktansi kapasitif 200Ω dan terhubung ke supply 50Hz.Kita dapat melihat dari contoh di atas bahwa kapasitor ketika dihubungkan ke supply frekuensi variabel, bertindak sedikit seperti "variabel resistor yang dikontrol frekuensi" karena reaktansinya (X) berbanding lurus dengan frekuensi.
Pada frekuensi yang sangat rendah, seperti 1Hz kapasitor 220nF kami memiliki nilai reaktansi kapasitif tinggi sekitar 723.3KΩ (memberikan efek rangkaian terbuka).
Pada frekuensi yang sangat tinggi seperti 1Mhz kapasitor memiliki nilai reaktansi kapasitif rendah hanya 0.72Ω (memberikan efek hubung singkat).
Jadi pada frekuensi nol atau kondisi stabil DC kapasitor 220nF kami memiliki reaktansi tak terbatas yang lebih mirip "rangkaian terbuka" antara plat dan menghalangi aliran arus yang melewatinya.
Revisi Pembagi Tegangan
Kami ingat dari tutorial kami tentang Resistor dalam Seri bahwa tegangan yang berbeda dapat muncul di setiap resistor tergantung pada nilai resistansi dan bahwa rangkaian pembagi tegangan memiliki kemampuan untuk membagi tegangan supply dengan rasio R2/(R1+R2).Oleh karena itu, ketika R1 = R2 tegangan output akan menjadi setengah dari nilai tegangan input. Demikian juga, nilai R2 yang lebih besar atau lebih kecil dari R1 akan menghasilkan perubahan proporsional terhadap tegangan output. Pertimbangkan rangkaian di bawah ini.
Jaringan Pembagi Tegangan
Kita sekarang tahu bahwa reaktansi kapasitor, nilai XC (impedansi kompleksnya) berubah sehubungan dengan frekuensi yang diterapkan.
Jika sekarang kita mengubah resistor R2 di atas untuk kapasitor, penurunan tegangan di kedua komponen akan berubah ketika frekuensi berubah karena reaktansi kapasitor mempengaruhi impedansinya.
Impedansi resistor R1 tidak berubah dengan frekuensi. Resistor memiliki nilai tetap dan tidak terpengaruh oleh perubahan frekuensi. Kemudian tegangan melintasi resistor R1 dan oleh karena itu tegangan output ditentukan oleh reaktansi kapasitif kapasitor pada frekuensi tertentu.
Ini kemudian menghasilkan rangkaian pembagi tegangan RC bergantung-frekuensi. Dengan pemikiran ini, Low Pass Filter dan High Pass Filter pasif dapat dibangun dengan mengganti salah satu resistor pembagi tegangan dengan kapasitor yang sesuai seperti yang ditunjukkan.
Low Pass Filter
High Pass Filter
High Pass Filter: Properti dari Reaktansi Kapasitif, membuat kapasitor ideal untuk digunakan dalam rangkaian filter AC atau pada rangkaian penghalusan catu daya DC untuk mengurangi efek dari setiap Tegangan Riak yang tidak diinginkan karena kapasitor menerapkan jalur sinyal hubung singkat ke sinyal frekuensi yang tidak diinginkan pada terminal output.
Ringkasan Reaktansi Kapasitif
Jadi, kita dapat meringkas perilaku kapasitor dalam rangkaian frekuensi variabel sebagai semacam resistor yang dikendalikan frekuensi yang memiliki nilai reaktansi kapasitif tinggi (kondisi rangkaian terbuka) pada frekuensi sangat rendah dan nilai reaktansi kapasitif rendah (kondisi hubung singkat) di frekuensi sangat tinggi seperti yang ditunjukkan pada grafik di atas.Penting untuk mengingat kedua kondisi ini dan dalam tutorial kami berikutnya tentang Filter kita akan melihat Low Pass Filter (LPF) - Filter Pasif RC, dalam penggunaan Reaktansi Kapasitif untuk memblokir sinyal frekuensi tinggi yang tidak diinginkan sembari hanya mengizinkan sinyal frekuensi rendah untuk lewat.