Kapasitor 3.1 Pendahuluan Pada prinsipnya kapasitor merupakan susunan dua buah konduktor yang dipisahkan oleh sebuah isolator seperti yang terlihat pada gambar 3.1 di samping ini. Konduktor-konduktor tersebut berupa plat (piringan) tipis yang berada di antara suatu penyekat isolator (a) dan kedua konduktor tersebut dibagi menjadi 2 (dua), yaitu plat positif dan plat negatif. Jika di antara kedua plat tersebut diberikan sebuah elektron maka akan muncul sebuah gaya yang akan menarik elektron tersebut menjauh dari plat negatif menuju plat postif. Demikian juga dengan muatan positif, muatan (b) Gambar 3.1. (a) dan (b). Struktur dasar dari sebuah kapasitor. tersebut ditarik menjauh dari plat positif menuju plat negatif. Berpindahnya elektron (muatan negatif) ke plat positif dan proton (muatan positif) ke plat negative seperti yang terlihat pada gambar 3.2 di samping ini merupakan suatu peristiwa perpindahan muatan listrik, tempat berlangsungya peristiwa Gambar 3.2. Perpindahan muatan listrik pada medan elektrostatis (electrostatic tersebut dinyatakan sebagai medan field). elektrostatis (electrostatic field). 61 Pada umumnya kapasitor dibuat dari plat yang tipis (plat positif dan negatif) serta penyekat isolator seperti kertas, polyester dan resin, namun kapasitor juga dapat terbentuk dari sesuatu yang tidak diharapkan seperti lapisan antara dua jenis semikonduktor yang berbeda (positif dan negatif) pada suatu dioda. Muatan-muatan listrik yang berpindah pada medan elektrostatis (electro static) akan menyebabkan timbulnya beda potensial antara plat positif dan plat negatif. Muatan-muatan listrik yang berpindah tersebut dinyatakan sebagai Q dan memiliki satuan coulomb, sedangkan beda potensial antara kedua plat tersebut dinyatakan sebagai V dan memiliki satuan volt. Plat positif dan negatif pada kapasitor memiliki keterbatasan dalam menampung proton (muatan positif) dan elektron (muatan negatif). Keterbatasan pada plat positif dan plat negative tersebut merupakan batas kemampuan kapasitor dalam menyimpan muatan dan dinyatakan sebagai kapasitansi (C) serta memiliki satuan Farad. Umumnya digunakan satuan yang lebih kecil untuk menyatakan kapasitas tersebut seperti piko Farad, nano Farad dan mikro Farad. Hubungan antara kapasitansi (C), muatan listrik (Q) dan tegangan (V) dapat dinyatakan secara matematis sebagai berikut: C Q V Di mana: C = Kapasitansi Farad Q = Muatan listrik Coulomb V = Tegangan Volt Sedangkan rumus umum muatan listrik adalah sebagai berikut: Q I t Di mana: I = Arus listrik Ampere / A t = Waktu det ik Gambar 3.3. Hubungan antara Q dan C. 62 3.1.1 Simbol Pada prinsipnya terdapat dua jenis kapasitor, yaitu: 1. Kapasitor yang tidak dibuat. 2. Kapasitor buatan. Gambar 3.4. (a). Simbol kapasitor nonpolar. (b). Simbol kapasitor bipolar. Kapasitor yang tidak dibuat adalah kapasitor yang terjadi tanpa dibuat secara sengaja. (c). Simbol kapasitor variabel. Kapasitor jenis ini dapat kita ketahui dengan mudah, yaitu seperti kapasitor yang terjadi di antara dua kabel transmisi maupun distribusi yang mengalir arus listrik, kemudian di antara 2 (dua) jenis semikonduktor. Berbeda dengan kapasitor yang tidak dibuat, kapasitor buatan dibuat untuk kebutuhan elektronika yang memanfaatkan kapasitansi sebagai pengendali maupun pemicu (trigerr) sebuah rangkaian elektronika dan kapasitor tersebut dilambangkan seperti yang terlihat pada gambar 3.4 di atas ini. 3.1.2 Kuat Medan Listrik (electric field strength) Ruang di antara plat positif dan plat negatif pada kapasitor akan menimbulkan garis-garis gaya listrik yang membentuk sebuah medan listrik. Medan listrik tersebut semakin kuat bila tegangan yang diberikan kepada kapasitor semakin besar dan jarak antara kedua plat (positif dan negatif) gambar 3.5. Perpindahan elektron dan tersebut semakin dekat. Hubungan proton akan menimbulkan medan listrik antara tegangan dan jarak tersebut hingga menimbulkan medan listrik diantara kedua plat. disebut sebagai kuat medan listrik dan 63 dinyatakan sebagai E. Secara matematis antara tegangan dan jarak serta kuat medan listrik dapat ditulis sebagai berikut: E V d Secara sederhana rumus di atas menjelaskan bahwa: Gambar 3.6. Medan listrik di antara 1. kedua plat berbanding lurus dengan Kuat medan listrik berbanding lurus dengan tegangan. tegangan yang diberikan. 2. Kuat medan listrik berbanding terbalik dengan jarak antara kedua plat. Di mana: V Tegangan (volt ) d Jarak antara dua plat meter E Kuat medan listrik volt meter 3.1.3 Kerapatan Fluks (electric flux density) Perpindahan elektron dan proton pada plat (negatif dan positif) selain menimbulkan medan listrik juga akan menimbulkan medan magnet. Garis-garis yang menggambarkan kuat medan magnet tersebut dinyatakan sebagai garis-garis fluks dan disimbolkan dengan Ψ (psi). Garis-garis fluks tersebut diukur berdasarkan kerapatannya antara satu dan lainnya serta dinyatakan sebagai kerapatan fluks. Kerapatan fluks tersebut merupakan jumlah garis-garis fluks yang melewati sebuah bidang yang tegak lurus terhadap arah aliran fluks. Secara matematis hubungan antara kerapatan fluk, bidang dan muatan listrik dapat dinyatakan sebagai berikut: D Q A 64 Di mana: D = Kerapatan fluks coulomb meter 2 Q = Muatan listrik Coulomb A = Luas bidang meter 2 3.1.4 Permitivitas (permittivity) Perbandingan antara kerapatan fluks dan kuat medan listrik merupakan suatu bilangan konstanta yang dinyatakan sebagai faktor dielektrik. Faktor dielektrik merupakan faktor yang disebabkan oleh perbedaan jenis bahan yang digunakan di antara plat Gambar 3.7. Dielektrik adalah bahan yang berada di antara plat positif dan plat negatif. positif dan plat negative pada kapasitor. Faktor tersebut akan menyebabkan perbedaan kerapatan fluks terhadap kuat medan listrik yang tetap untuk jenis bahan yang digunakan serta dinyatakan sebagai pemitivitas. Secara matematis hubungan antara kerapatan fluks, kuat medan listrik dan faktor dielektrik (permitivitas) dapat ditulis sebagai berikut: D E 0 Di mana: Gambar 3.8. Umumnya digunakan bahan isolator sebagai pemisah plat D = Kerapatan fluks coulomb meter 2 positif dan plat negatif pada kapasitor buatan. 65 volt meter E = Kuat medan listrik 0 = Permitivitas (udara bebas) Persamaan di atas berlaku untuk plat positif dan plat negatif yang terpisah oleh udara bebas, sedangkan umumnya kapasitor dibuat dengan menggunakan bahan penyekat isolator yang terbuat dari kertas, polyester dan resin sehingga parameter Gambar 3.9. Setiap bahan memiliki nilai permitivitas yang berbeda antara untuk satu menentukan permitivitas pada bahan-bahan tersebut permitivitas relatif. Permitivitas relatif merupakan satu dan lainnya. lain diperlukan perbandingan antara kerapatan fluks pada material dan kerapatan fluks di ruang hampa. Secara matematis hubungan antara kerapatan fluks, kuat medan listrik, permitivitas udara bebas dan permitivitas relatif dapat ditulis sebagai berikut: D E 0 r Di mana: r permitivitas relatif 3.1.5 Kuat Dielektrik (dielectric strength) Setiap bahan yang memisahkan plat positif dan plat negatif memiliki kemampuan yang berbeda-beda dalam menahan jumlah maksimum dari kuat medan. Kemampuan tersebut dinyatakan sebagai kuat dielektrik dan disimbolkan dengan E m . Secara matematis kuat dielektrik dapat ditulis sebagai berikut: Em Vm d 66 Di mana: volt meter Em Kuat dielektrik Vm Tegangan maksimum volt d Diameter meter 3.1.6 Energi Tersimpan (energy stored) Selama terjadi perpindahan elektron dan proton pada plat positif dan plat negatif maka telak terjadi penyimpanan energi. Penyimpanan energi tersebut dinyatakan sebagai energi tersimpan dan disimbolkan sebagai W . Secara matematis energi yang tersimpan pada kapasitor dapat ditulis sebagai berikut: W 1 CV 2 2 Di mana: W energi yang tersimpan pada kapasitor joules C = Kapasitansi Farad V Tegangan volt 3.1.7 Pengisian dan Energi Secara sederhana pengoperasian kapasitor dapat dikelompokan ke dalam dua bagian seperti terlihat pada gambar 3.10 di samping ini, yaitu: 1. Mengisi muatan ke dalam kapasitor. Gambar 3.10. Pengoperasian dasar dari sebuah kapasitor. 2. Mengeluarkan muatan ke luar kapasitor. Mengisi muatan ke dalam kapasitor adalah mengalirkan elektron dari plat negatif menuju plat positif. Sebelum elektron tiba di plat positif, elektron tersebut 67 akan melalui bahan dielektrik yang berada di antara plat positif dan plat negatif dielektrik akan mengalir ke resistor sehingga muatan yang berada di dielektrik akan kosong dan peristiwa tersebut merupakan inti dari Gambar 3.11. Dua cara mengisi muatan mengeluarkan muatan ke luar kapasitor serta ke dalam kapasitor (charge). kapasitor dinyatakan dalam keadaan kosong (tanpa muatan). sehingga elektron harus memenuhi Mengisi muatan ke dalam dielektrik tersebut terlebih dahulu untuk kapasitor dapat dilakukan dengan dua dapat tiba di plat positif. Elektron- cara seperti terlihat pada gambar 3.11 di elektron yang memenuhi bahan samping ini, yaitu: dielektrik tersebut merupakan inti dari 1. Mengisi muatan dengan sumber proses mengisi muatan, sejumlah besar arus searah (direct current). elektron tersimpan di dalam bahan 2. Mengisi muatan dengan sumber dielektrik sehingga pada saat tersebut arus kapasitor dinyatakan telah bermuatan current). bolak-balik (alternating listrik. Mengeluarkan muatan ke luar kapasitor adalah mengeluarkan muatan listrik yang tersimpan di dalam dapat dielektrik. Proses tersebut dilakukan dengan menghubungkan kapasitor dengan sebuah resistor (beberapa mega Ohm). Kapasitor dan resistor tersebut sebuah rangkaian merupakan syarat akan membentuk tertutup yang utama untuk (a) terjadinya aliran muatan listrik. Pada saat tersebut muatan yang tersimpan di 68 tersebut sesuai dengan sifat arus bolakbalik yang berbentuk sinusoidal yaitu pada fase positif elektron akan mengalir dari plat negatif lalu memenuhi dielektrik hingga tiba di plat positif dan pada fase negatif elektron akan mengalir keluar dari plat positif menuju plat negatif. berlangsung Hal secara tersebut akan terus-menerus hingga sumber arus bolak-balik dan (b) kapasitor tidak membentuk sebuah Gambar 3.12. (a) dan (b). Mengisi rangkaian tertutup. muatan ke dalam kapasitor dengan menggunakan arus searah (direct current). Mengisi muatan ke dalam kapasitor dengan menggunakan sumber arus searah seperti terlihat pada gambar 3.12 di atas hanya dapat dilakukan sekali. Hal tersebut sesuai dengan sifat arus searah yang bersifat linear yaitu pengsisan elektron akan (a) berhenti setelah elektron memenuhi dielektrik dan tiba ke plat positif dari plat negatif. Mengisi muatan ke dalam kapasitor dengan menggunakan sumber arus bolak balik seperti yang terlihat pada gambar 3.13 di samping ini dapat dilakukan secara berulang-ulang. Hal (b) 69 (c) (e) Gambar 3.13. (a), (b), (c), (d) dan (e). Mengisi muatan ke dalam kapasitor dengan menggunakan arus bolak-balik (alternating current). (d) 3.2 Rangkaian Kapasitor Pada dasarnya rangkaian kapasitor dapat dikelompokan ke dalam 2 (dua) bagian, yaitu: 1. Rangkaian seri 2. Rangkaian paralel. 3.2.1 Rangkaian Seri Pada prinsipnya kapasitor-kapasitor yang dihubungkan secara seri adalah Gambar 3.14. Kapasitor yang disusun sama dengan resistor-resistor yang secara seri. 70 dihubungkan secara seri. Pada kapasitor-kapasitor yang dihubungkan secara seri seperti terlihat pada gambar 3.14 di samping ini, kapasitor-kapasitor tersebut disusun secara berturut-turut, terminal suatu kapasitor bertemu dengan terminal kapasitor lainnya. Hubungan tersebut menyerupai sebuah tali yang direntangkan. 3.2.2 Rangkaian Paralel Pada prinsipnya kapasitor-kapasitor yang dihubungkan secara paralel adalah sama dengan dihubungkan kapasitor resistor-resistor secara yang yang paralel. Pada dihubungkan secara paralel seperti yang terlihat pada gambar 3.15 di samping ini, kapasitor-kapasitor Gambar 3.15. Kapasitor yang tersebut disusun secara sejajar, setiap dihubungkan secara paralel. terminal kapasitor berada di suatu simpul. Secara sederhana hubungan tersebut menyerupai sebuah lintasa kereta api. 3.3 Hubungan Seri Pada kapasitor-kapasitor yang dihubungkan secara seri akan mengalir arus listrik yang sama besarnya sehingga setiap kapasitor mendapatkan jumlah muatan listrik yang sama besar antara satu kapasitor dan lainnya. Kapasitor-kapasitor tersebut memiliki Gambar 3.16. Beberapa parameter pada ketergantungan antara yang satu dengan kapasitor hubungan seri. lainnya, jika suatu kapasitor dilepas dari hubungan seri tersebut maka kapasitor-kapasitor lainnya akan tidak terhubung dengan sumber daya. Pada prinsipnya ada beberapa parameter yang sebaiknya diketahui pada 71 kapasitor-kapasitor-kapasitor yang dihubungkan secara seri seperti yang terlihat pada gambar 3.16 di atas, yaitu: 1. Kapasitansi total pada kapasitor 2. Muatan total pada kapasitor. 3. Tegangan pada setiap kapasitor. 3.3.1 Kapasitansi Total Pada Kapasitor Hubungan Seri Gambar 3.18. Sumber tegangan dilepas dari rangkaian untuk mengukur kapasitansi total. Gambar 3.17. Kapasitor yang dihubungkan secara seri. Kapasitor-kapasitor bila kita hubungkan secara seri seperti yang terlihat pada gambar 3.17 di samping ini maka akan kapasitansi membentuk ekivalen seperti suatu yang terlihat pada gambar 3.18 dan 3.19 dan dinyatakan sebagai kapasitansi total pada kapasitor. Kapasitansi total pada kapasitor tersebut kapasitansi merupakan nilai kapasitor yang seluruh dihubungkan secara seri. Secara matematis hubungan kapasitansi total dengan Gambar 3.19. Menghitung kapasitansi total dari sebuah rangkaian kapasitor kapasitor-kapasitor yang dihubungkan secara seri dapat ditulis sebagai berikut: hubungan seri 72 1 C seri 1 C1 1 C2 1 C3 Di mana: C seri =Kapasitansi total Farad C1 = Kapasitansi pada kapasitor1 Farad C 2 = Kapasitansi pada kapasitor2 Farad C 3 = Kapasitansi pada kapasitor3 Farad 3.3.2 Muatan Total Pada Kapasitor Hubungan Seri Setelah mengetahui kapasitansi total pada rangkaian kapasitor hubungan seri maka parameter selanjutnya adalah muatan total pada kapasitor. Untuk mengetahui muatan total pada kapasitorkapasitor yang dihubungkan secara seri maka terlebih dahulu harus diketahui Gambar 3.20. Rangkaian ekivalen kapasitansi total pada kapasitor-kapasitor dari untuk C1, C2 dan C3. hubungan seri tersebut seperti yang terlihat pada gambar 3.20 di samping ini. Pada bagian sebelumnya kita telah mengetahui bahwa kapasitansi total pada kapasitor-kapasitor seperti yang terlihat pada gambar 3.19 adalah 3,43 F atau 24 F maka setelah mendapatkan nilai 7 tersebut kita harus mengetahui muatan total pada kapasitor total tersebut seperti yang terlihat pada gambar 3.21 di Gambar 3.21. Nilai muatan total pada kapasitor. samping ini. Secara matematis muatan pada kapasitor total dapat ditulis sebagai 73 berikut: QT CV Di mana: C = kapasitansi Farad V = Tegangan volt Q = Muatan listrik Coulomb 3.3.3 Tegangan Pada Setiap Kapasitor Hubungan Seri Setelah mengetahui dan muatan total pada kapasitansi kapasitor- kapasitor yang dihubungkan secara seri maka kita harus mencari satu parameter lainnya, yaitu nilai tegangan pada setiap kapasitor seperti yang terlihat pada Gambar 3.23. Tegangan pada setiap gambar 3.23 di samping ini. Nilai kapasitor hubungan seri. tegangan pada setiap kapasitor seperti yang terlihat pada gambar 3.24 di samping ini adalah nilai tegangan yang dapat dihasilkan kapasitor berdasarkan oleh muatan listrik yang tersedia dan kapasitas kapasitor dalam menyimpan muatan-muatan tersebut. Secara matematis hubungan antara muatan listrik, kapasitansi dan tegangan pada setiap kapasitor dapat ditulis sebagai berikut: V1 Gambar 3.24. Menghitung tegangan Q , V2 C1 Q ,V C2 Q C3 pada setiap kapasitor yang dihubungkan Di mana: secara seri. V1 = Tegangan pada kapasitor1 volt 74 V2 = Tegangan pada kapasitor2 volt V3 = Tegangan pada kapasitor3 volt Q = Muatan listrik coulomb C1 = Kapasitansi pada kapasitor1 farad C 2 = Kapasitansi pada kapasitor2 farad C 3 = Kapasitansi pada kapasitor3 farad 3.4 Hubungan Paralel Setiap kapasitor-kapasitor yang dihubungkan secara paralel akan mendapatkan nilai tegangan yang sama besarnya. Kapasitor-kapasitor tersebut tidak memiliki ketergantungan antara yang satu dengan lainnya, jika suatu kapasitor dilepas dari hubungan paralel Gambar 3.25. Beberapa parameter pada kapasitor hubungan paralel. tersebut maka kapasitor-kapasitor lainnya tetap terhubung dengan sumber daya. Pada prinsipnya ada beberapa parameter yang sebaiknya diketahui pada kapasitor-kapasitor yang dihubungkan secara paralel seperti yang terlihat pada gambar 3.25 di atas, yaitu: 1. Kapasitansi total pada kapasitor. 2. Muatan total pada kapasitor. 3. Tegangan pada setiap kapasitor. 3.4.1 Kapasitansi Total Pada Kapasitor Hubungan Paralel Kapasitor-kapasitor yang dihubungkan secara paralel seperti yang terlihat pada gambar 3.26 di bawah ini akan membentuk suatu kapasitansi ekivalen seperti yang terlihat pada gambar 3.27 di bawah ini. Nilai kapasitansi ekivalen tersebut merupakan nilai kapasitansi seluruh kapasitor yang dihubungkan secara paralel 75 dan dinyatakan sebagai kapasitansi total pada kapasitor hubungan paralel. Secara matematis hubungan kapasitansi total dengan kapasitor-kapasitor yang dihubungkan secara paralel dapat ditulis sebagai berikut: C paralel C1 C2 C3 ... C n Di mana: C paralel Gambar 3.26. Kapasitor yang dihubungkan secara paralel. = Kapasitansi total pada kapasitor hubungan paralel C1 = Kapasitansi pada kapasitor1 C 2 = Kapasitansi pada kapasitor2 C 3 = Kapasitansi pada kapasitor3 Gambar 3.27. Sumber tegangan dilepas dari rangkaian untuk mengukur Gambar 3.28. Menghitung kapasitansi kapasitansi total. total dari sebuah rangkaian kapasitor hubungan paralel. 76 3.4.2 Muatan Total Pada Kapasitor Hubungan Paralel Setelah mengetahui total pada hubungan kapasitansi rangkaian kapasitor paralel, maka parameter selanjutnya adalah muatan total pada pada kapasitor. Untuk mengetahui muatan total pada kapasitor-kapasitor yang dihubungkan secara paralel maka terlebih kapasitansi Gambar 3.29. Rangkaian ekivalen untuk C1, C2 dan C3. dahulu total harus diketahui pada kapasitor- kapasitor hubungan paralel tersebut seperti yang terlihat pada gambar 3.29 di samping ini. Pada bagian sebelumnya kita telah mengetahui bahwa kapasitansi total pada kapasitor-kapasitor seperti yang terlihat pada gambar 3.28 adalah 42 F dan setelah mendapatkan nilai tersebut kita harus mengetahui muatan total pada kapasitor total tersebut seperti yang terlihat pada gambar 3.30. Secara matematis muatan total pada kapasitor dapat ditulis sebagai berikut: Qn C nV Di mana: C n = Kapasitansi kapasitorn farad V = Tegangan volt Qn = Muatan kapasitorn coulomb Gambar 3.30. Nilai muatan total pada kapasitor. 77 3.4.3 Tegangan Pada Setiap Kapasitor Setelah mengetahui dan muatan total pada kapasitansi kapasitor- kapasitor yang dihubungkan secara paralel maka kita harus mencari satu parameter lainnya, yaitu nilai tegangan pada setiap kapasitor seperti yang terlihat pada 3.31 di samping ini. Nilai tegangan pada setiap kapasitor seperti yang terlihat pada gambar 3.32 di samping ini adalah nilai tegangan yang dapat dihasilkan kapasitor berdasarkan oleh muatan listrik yang tersedia dan Gambar 3.31. Tegangan pada setiap kapasitor hubungan paralel. kapasitas kapasitor dalam menyimpan muatan-muatan tersebut. Secara matematis hubungan antara muatan listrik, kapasitansi dan tegangan pada setiap kapasitor dapat ditulis sebagai berikut: V1 Q1 , V2 C1 Q2 , V3 C2 Q3 C3 Di mana: V1 = Tegangan pada kapasitor1 volt V2 = Tegangan pada kapasitor2 volt V3 = Tegangan pada kapasitor3 volt Q1 = Muatan kapasitor1 Coulomb Q2 = Muatan kapasitor2 Coulomb Gambar 3.32. Mengukur tegangan pada Q3 = Muatan kapasitor3 Coulomb setiap kapasitor hubungan paralel. C1 = Kapasitansi kapasitor1 Farad 78 C 2 = Kapasitansi kapasitor2 Farad C 3 = Kapasitansi kapasitor3 Farad 3.5 Tegangan Operasi Sebuah kapasitor memiliki batas kemampuan maksimum dalam menerima tegangan dan dinyatakan sebagai tegangan operasi sebuah kapasitor. Tegangan operasi tersebut umumnya tertulis pada badan kapasitor (a) seperti 10V, 50V dan lain sebagainya. Batas tegangan operasi memberitahukan kepada kita bahwa kapasitor tidak dapat bekerja di atas nilai tersebut dan bahkan mengakibatkan kapasitor menjadi bocor seperti yang terlihat pada gambar 3.33 (b) Gambar 3.33. (a) dan (b). Beberapa kapasitor yang bocor. di samping ini atau bahkan rusak sama sekali seperti yang terlihat pada gambar 3.34. Bila kapasitor digunakan pada tegangan ac (alternating current) maka tegangan puncak dari tegangan ac tersebut harus diketahui. Secara matematis tegangan maksimum dapat ditulis sebagai berikut: Vmaksimum 2 Vrms Di mana: Vmaksimum = Tegangan maksimum volt Gambar 3.34. kapasitor yang rusak. 79 Vrms = Tegangan efektif (root mean square) Umumnya tegangan efektif yang tersedia pada suplai ac adalah 220V, maka tegangan maksimum dari suplai ac tersebut adalah: Vmaksimum Vmaksimum 2 220V 311V Maka kapasitor yang memiliki tegangan operasi di atas 311V (umumnya 400V) aman digunakan pada suplai ac. 3.6 Reaktansi Kapasitif Kapasitor yang digunakan pada suplai ac (alternating current) akan menimbulkan tahanan terhanan arus ac tersebut. Secara matematis tahanan yang ditimbulkan oleh kapasitor tersebut dapat ditulis sebagai berikut: XC VC atau X C fC 10 6 2 fC Di mana: X C = Reaktansi kapasitif Ohm f = Frekuensi suplai ac Hertz C = Kapasitansi mikroFarad F 3.7 Jenis Kapasitor Pada umumnya kapasitor terbagi ke dalam 2 (dua) kelompok, yaitu: 1. Kapasitor tetap (fixed capacitor). 2. Kapasitor variabel (variable capacitor). Kapasitor tetap (fixed capacitor) seperti yang terlihat pada gambar 3.35 Gambar 3.35. Berbagai macam kapasitor tetatp (fixed resistor). di samping kapasitor ini yang adalah kelompok memiliki nilai 80 kapasitansi tetap, sedangkan kapasitor variabel (variable capacitor) seperti yang terlihat pada gambar 3.36 adalah kelompok kapasitor yang nilai kapasitansinya dapat disesuaikan sesuai kebutuhan pada rentang nilai tertentu. Kapasitor tetap (fixed capacitor) adalah kelompok kapasitor yang memiliki nilai kapasitansi tetap, sedangkan kapasitor Gambar 3.36. Kapasitor variabel (variable capacitor). variabel (variable capacitor) adalah kelompok kapasitor yang nilai kapasitansinya dapat disesuaikan sesuai kebutuhan pada rentang nilai tertentu. Kapasitor keramik (ceramic capacitor), kapasitor polyester (polyester capacitor), kapasitor kertas (paper capacitor), kapasitor elektrolit (electrolytic capacitor), kapasitor plastik (plastic capacitor), kapasitor oksida titanium (titanium oxide capacitor) dan kapasitor mika (mica capacitor) merupakan jenis kapasitor dari kelompok kapasitor tetap (fixed capacitor), sedangkan varco (variable condenser) dan trimmer merupakan jenis kapasitor dari kelompok kapasitor variabel (variable capacitor). 3.7.1 Kapasitor Keramik (ceramic capacitor) Pada umumnya kapasitor keramik seperti yang terlihat pada gambar 3.37 di samping ini menggunakan bahan titanium acid barium sebagai bahan dielektriknya. Umumnya digunakan (a) kapasitor pada memiliki Kemampuannya rangkaian frekuensi digunakan keramik yang tinggi. untuk 81 melewatkan sinyal frekuensi tinggi menuju ke kemampuannya ground. Karena tersebut, kapasitor keramik tidak tepat digunakan untuk rangkaian analog, karena kapasitor keramik dapat mengubah bentuk sinyal analog tersebut. Kapasitor keramik memiliki ukuran fisik yang kecil dan tidak memiliki polaritas serta karena kapasitor jenis ini umum digunakan (b) pada rangkaian frekuensi tinggi maka nilai kapasitansi yang tersedia juga berukuran kecil, namun pada jenis material tertentu permitivitas berkapasitansi yang yang memiliki tinggi, kapasitor tinggi dapat dibuat dalam ukuran fisik yang kecil dengan tegangan kerja yang tinggi. Kapasitor keramik (c) Gambar 3.37. Berbagai kapasitor tersedia dalam rentang antara 1 pF sampai 0,1 F dan dapat digunakan pada rentang temperatur keramik (ceramic capacitor). yang luas. Jika pada kapasitor keramik tertulis kode 103 maka kapasitansi dari kapasitor tersebut adalah: 1 bilangan pertama 0 3 10 10 12 bilangan kedua faktor pengali 10 10 3 Farad 10 10 9 12 10 3 Farad 10 8 Farad 0,01 F 82 3.7.2 Kapasitor Elektrolit (electrolytic capacitor) Kapasitor elektrolit (electrolytic capacitor) menggunakan bahan aluminimum yang teroksidasi sebagai bahan elektrodanya. Kapasitor elektolit tersebut memiliki perbedaan polaritas (a) (b) pada kedua kakinya, oleh karena itu kapasitor jenis ini digunakan pada rangkaian dc yang memiliki polaritas berbeda secara tetap. Untuk menggunakan kapasitor elektrolit maka kita harus memperhatikan letak polaritas antara kapasitor dan catu daya, (c) pemasangan yang salah akan menyebabkan kapasitor menjadi rusak bahkan meledak. Pada umumnya kapasitor elektrolit (electrolytic capacitor) digunakan pada rangkaian power supply dan low pass filter. Penggunaan tersebut berdasarkan kapasitansi yang dimiliki oleh kapasitor jenis ini cukup besar bahkan bernilai beberapa Farad. Kapasitansi yang besar tersebut meredam sangat dibutuhkan lonjakan dari untuk tegangan maupun arus pada power supply dan (d) low pass filter sehingga tegangan Gambar 3.38. (a), (b) dan (c). Berbagai keluaran power supply menjadi aman kapasitor elektrolit (electrolytic serta frekuensi rendah pada sinyal capacitor). (d). Konstruksi kapasitor elektrolit. masuk low pass filter dapat dihilangkan. 83 3.7.3 Kapasitor Kertas (paper capacitor) Kapasitor kertas atau yang disebut juga dengan paper capacitor seperti yang terlihat pada gambar 3.39 di samping ini merupakan jenis kapasitor yang menggunakan bahan kertas sebagai bahan dielektriknya. Untuk membuat bahan dielektrik tersebut (a) maka panjang gulungan kertas disesuaikan dengan nilai kapasitansi yang dibutuhkan. Seluruh kertas tersebut umumnya dipenuhi dengan minyak atau lilin untuk mencegah timbulnya uap (lembab) dan kemudian ditempatkan di dalam sebuah wadah plastik atau aluminium untuk melindunginya. (b) Pada umumnya kapasitor kertas (paper capacitor) pengoperasian dirancang untuk tegangan tinggi (biasanya di atas 150 kV) yang kurang mempertimbangkan kerugian, namun ada juga yang digunakan pada aplikasi radio (biasa dipasang bersamaan dengan osilator dan varco). Kapasitor jenis umumnya mempunyai daya tahan yang kurang baik. Kapasitor kertas (c) Gambar 3.39. (a) dan (b). Berbagai tersebut tersedia dalam rentang 500 pF sampai 10 F , yaitu sebagai kapasitor kertas (paper capacitor). (c). Konstruksi kapasitor kertas. berikut: 84 1. 200 pF sampai 500 pF untuk aplikasi gelombang menengah (medium wave, 190 meter hingga 500 meter). 2. 1.000 pF sampai 2.200 pF untuk aplikasi gelombang pendek (short wave, 40 meter hingga 130 meter). 3.7.4 Kapasitor Mika (mica capacitor) Kapasitor mika atau yang disebut juga mica capacitor seperti yang terlihat pada gambar 3.40 di samping ini menggunakan bahan mika sebagai (a) (b) bahan dielektriknya. Bahan dielektrik tersebut memiliki koefisien temperatur yang rendah sehingga membuat tingkat kestabilan kapasitor mika cukup baik. Bahan mika juga memiliki karakteristik yang cukup baik terhadap frekuensi, oleh karena itu selain memiliki tingkat kestabilan yang cukup baik, kapasitor (c) mika juga umum digunakan pada rangkaian resonansi dan filter untuk frekuensi tinggi seperti radio pemancar serta pada rangkaian bertegangan tinggi. Saat ini kapasitor mika telah dibuat dengan sedikit penambahan, (d) yaitu mika dilapisi lapisan perak pada Gambar 3.40. (a). Sebuah kapasitor kedua sisinya. Kapasitor mika yang mika (mica capacitor). telah diubah tersebut dinyatakan (b), (c) dan (d). Berbagai kapasitor sebagai kapasitor mika berlapis perak mika berlapis perak (silvered mica (silvered mica capacitor). capacitor). 85 3.7.5 Kapasitor Plastik (plastic capacitor) Kapasitor plastik atau yang disebut juga dengan plastic capacitor seperti yang terlihat pada gambar 3.41 di samping ini menggunakan material plastik sebagai material dielektriknya. Material (a) plastik yang digunakan tersebut umumnya adalah polysterene dan Teflon. Secara konstruksi kapasitor plastik menyerupai konstruksi kapasitor kertas dan tentu bahan dasar yang digunakan berbeda, pada kapasitor plastik digunakan film plastik. Pada umumnya kapasitor plastik (plastic capacitor) dapat digunakan dengan baik pada pengoperasian yang (b) tinggi temperatur dan selai itu kapasitor jenis ini presisi nilai kapasitansi yang dapat dihandalkan serta daya tahannya yang cukup baik. Gambar 3.41. Berbagai jenis kapasitor plastik (plastic capacitor). 86 3.7.6 Trimmer Trimmer seperti yang terlihat pada gambar 3.42 di samping ini merupakan salah satu jenis kapasitor dari kelompok kapasitor variabel. Trimmer umumnya menggunakan keramik atau plastik (a) sebagai bahan dielektriknya. Kapasitansi pada trimmer (biasanya di bawah 100 pF ) dapat disesuaikan dengan memutar sekrup yang berada di atasnya dengan menggunakan obeng, kapasitor jenis ini biasa digunakan untuk memilih gelombang pada frekuensi tertentu (b) (c) (d) Gambar 3.42. (a), (b) dan (c). Berbagai trimmer. (d). Simbol trimmer. 87 3.7.7 Varco (variable condenser) Varco atau yang disebut juga dengan variable condenser seperti yang terlihat pada gambar 3.43 di samping ini merupakan salah satu jenis kapasitor dari kelompok Kapasitor kapasitor variabel. ini umumnya jenis menggunakan udara sebagai bahan (a) dielektriknya. Varco tersedia dalam rentang 100 pF sampai 1000 pF . Pada umumnya variable capacitor digunakan pada aplikasi radio dan rangkaian elektronik memperhitungkan lainnya rugi-rugi yang serta membutuhkan kapasitor variabel. (b) Gambar 3.43. (a) dan (b). Berbagai macam varco (variable condenser). 88