Ilham, S.Pd.

Kapasitor / Kondensator

Pertemuan III

Definisi Kapasitor

Kapasitor atau yang dapat disebut juga sebagai kondensator adalah suatu jenis komponen Rangkaian listrik pasif yang dapat menyimpan energi dalam bentuk medan listrik sebagai akibat dari pengumpulan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik

Sejarah KapasitorKapasitor (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. Kapasitor awalnya adalah perkembangan dari guci Leyden yang ditemukan oleh Pieter van Musschenbroek di Leyden, Belanda pada tahun 1745.

mengapa kapasitor sampai mempunyai nama lain kondensator ??

pada tahun 1782 dunia masih kuat akan pengaruh dari ilmuan kimiawi lainnya yaitu Alessandro Volta, yang berkebangsaan itali. Dimana pada masa tersebut segala komponen yang berkenaan dengan kemampuan untuk menyimpan suatu muatan listrik yang tinggi dibanding komponen lainnya ia sebut dengan nama Condensatore (Bahasa Itali).

Simbol Kapasitor

Adalah simbol dari kapasitor non polar yang biasanya 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. 

Simbol Kapasitor

Adalah Simbol dari kapasitor polar elektrolit yang mempunyai dua kaki dan dua kutub yaitu positif dan negatif serta memiliki cairan elektrolit dan biasanya berbentuk tabung 

Struktur Dari Kapasitor

Struktur dari sebuah  kapasitor / kondensator terdiri dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrikum

Struktur Dari Kapasitor Bahan-bahan dielektrikum antara lain : udara vakum, keramik, gelas

dan lain-lain.

Saat 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 kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutup 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 & negatif di awan

Kapasitansi Kapasitansi didefinisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan elektron. Coulombs pada abad 18 menghitung bahwa 1 coulomb = 6.25 x 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 = C V

Dimana :Q = muatan elektron dalam C (coulombs) C = nilai kapasitansi dalam F (farad) V = besar tegangan dalam V (volt)

Kapasitansi 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 ) (k A/t)

Berikut adalah tabel contoh konstanta (k) dari beberapa bahan dielektrik yang disederhanakan.

Tabel. Konstanta dielektrik bahan untuk medan tetap.

Nilai dan satuan kapasitor

Nilai dan satuan kapasitor adalah Farad dan biasanya disingkat F.

Nilai dan satuan kapasitor

Nilai satuan ini dianggap terlalu dasar, sehingga satuan Farad ini diperkecil lagi menjadi satuan-satuan sebagai berikut :

1 F = 1 Farad = 1.000.000 Mikro Farad = 10^6 uF 1 uF = 1000 nF = 100 KpF 1 uF = 1.000.000 pico Farad = 10^6 pF

Nilai dan satuan kapasitor

Untuk kapasitor polyester nilai kapasitansinya bisa diketahui berdasarkan warna seperti pada resistor.

Tabel kode warna kapasitor

Contoh :

Nilai dan satuan kapasitor

Nilai kapasitor selain dituliskan dengan kode warna seperti pada resistor, kebanyakan dituliskan dengan simbol-simbol angka seperti ini :

0.1 artinya 0.1 uF 0.001 artinya 0.001 uF 102 artinya 10 x 10^2 pF = 100 pF = 1 KpF 203 artinya 20 x 10^3 pF = 200 PF = 20 KpF

Note : Tanda ^ artinya pangkat

Membaca Kapasitansi

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 22uF/25v

Kapasitor yang ukuran fisiknya mungil dan 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.

Membaca Kapasitansi

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 dan seterusnya. Misalnya pada kapasitor keramik tertulis 104, maka kapasitansinya adalah 10 x 10.000 = 100.000pF atau = 100nF. Contoh lain misalnya tertulis 222, artinya kapasitansi kapasitor tersebut adalah 22 x 100 = 2200 pF = 2.2 nF

Membaca Kapasitansi Selain dari kapasitansi ada beberapa karakteristik penting lainnya

yang perlu diperhatikan. Biasanya spesifikasi karakteristik ini disajikan oleh pabrik pembuat didalam datasheet. Berikut ini adalah beberapa spesifikasi penting tersebut.

Tegangan Kerja (working voltage)

Tegangan kerja adalah tegangan maksimum yang diijinkan sehingga kapasitor masih dapat bekerja dengan baik. Para elektro- mania barangkali pernah mengalami kapasitor yang meledak karena kelebihan tegangan. Misalnya kapasitor 10uF 25V, 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

Membaca Kapasitansi Temperatur Kerja

Kapasitor masih memenuhi spesifikasinya jika bekerja pada suhu yang sesuai.

Pabrikan pembuat kapasitor umumnya membuat kapasitor yang mengacu pada standar popular.

Ada 4 standar popular yang biasanya tertera di badan kapasitor seperti • C0G (ultra stable) • X7R (stable) • Z5U dan • Y5V (general purpose).

Secara lengkap kode-kode disajikan pada tabel berikut.

Tabel : Kode karakteristik kapasitor kelas I

Tabel : Kode karakteristik kapasitor kelas II dan III

Membaca Kapasitansi Toleransi

Seperti komponen lainnya, besar kapasitansi nominal ada toleransinya. Tabel diatas menyajikan nilai toleransi dengan kode-kode angka atau huruf tertentu. Dengan table di atas pemakai dapat dengan mudah mengetahui toleransi kapasitor yang biasanya tertera menyertai nilai nominal kapasitor. Misalnya jika tertulis 104 X7R, maka kapasitasinya adalah 100nF dengan toleransi +/-15%. Sekaligus dikethaui juga bahwa suhu kerja yang direkomendasikan adalah antara -55Cº sampai +125Cº (lihat tabel kode karakteristik)

Membaca Kapasitansi Insulation Resistance (IR)

Walaupun bahan dielektrik merupakan bahan yang non-konduktor, namun tetap saja ada arus yang dapat melewatinya. Artinya, bahan dielektrik juga memiliki resistansi. Phenomena ini dinamakan arus bocor DCL (DC Leakage Current) dan resistansi dielektrik ini dinamakan Insulation Resistance (IR). Untuk menjelaskan ini, berikut adalah model rangkaian kapasitor

Gambar : Model rangkaian kapasitor

C = Capacitance ESR = Equivalent Series Resistance L = InductanceIR = Insulation Resistance

Penjelasan Gambar :

Jika tidak diberi beban, semestinya kapasitor dapat menyimpan muatan selama-lamanya. model di atas, diketahui ada resistansi dielektrik IR(Insulation Resistance) yang paralel terhadap kapasitor. Insulation resistance (IR) ini sangat besar (MOhm). Konsekuensinya tentu saja arus bocor (DCL) sangat kecil (uA). Untuk mendapatkan kapasitansi yang besar diperlukan permukaan elektroda yang luas, tetapi ini akan menyebabkan resistansi dielektrik makin kecil. Karena besar IR selalu berbanding terbalik dengan kapasitansi (C), karakteristik resistansi dielektrik ini biasa juga diberikan dengan besaran RC (IR x C) yang satuannya ohm-farads atau megaohm-micro farads.

Membaca Kapasitansi Dissipation Factor (DF) dan Impedansi (Z)

Dissipation Factor adalah besar persentasi rugi-rugi (losses) kapasitansi jika kapasitor bekerja pada aplikasi frekuensi. Besaran ini menjadi faktor yang diperhitungkan misalnya pada aplikasi motor phasa, rangkaian ballast, tuner dan lain-lain. Dari model rangkaian kapasitor digambarkan adanya resistansi seri (ESR) dan induktansi (L). Pabrik pembuat biasanya menyertakan data DF dalam persen. Rugi-rugi (losses) itu didefenisikan sebagai ESR yang besarnya adalah persentasi dari impedansi kapasitor Xc. Secara matematis di tulis sebagai berikut :

Gambar : Faktor dissipasi

Membaca Kapasitansi penjelasan di atas dapat dihitung besar total impedansi (Z total)

kapasitor adalah :

Karakteristik respons frekuensi sangat perlu diperhitungkan terutama jika kapasitor bekerja pada frekuensi tinggi. Untuk perhitungan respons frekuensi dikenal juga satuan faktor qualitas Q (quality factor) yang tak lain sama dengan 1/DF.

Persamaan-Persamaan KapasitorSatuan Kapasitansi

[Farad]

VQC

+Q -Q

Kapasitor pelat sejajar : d

AC

d

A A

o

VEdVmVolt

dVEE

dV

AQ

VdACVQ

o

o

o

E

HUBUNGAN SERI :Muatan samaTegangan dibagi-bagi

C1

V1

+Q1

-Q1

C2

V2

+Q2

-Q2

V

+Q

-Q

21

21

VVVQQQ

Kapasitansi ekivalen (gabungan) Cgab :

V

+Q

-Q

Cgab

V

+Q -Q

HUBUNGAN PARALEL:Muatan dibagi-bagiTegangan sama

21

21

VVVQQQ

Kapasitansi ekivalen (gabungan) Cgab:

2112

N

1iigabgab

212121

2211221

222111

gab

CCC

CCVQC

V)CC(VCVCQQQVCQVCQVVV

VCQVCQVQC

C1

V1

+Q1

-Q1

C2

V2

+Q2

-Q2

V

+Q

-Q

V +Q

-Q

Cgab

V

+Q -Q