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