Mata kuliah

Dasar Teknik Elektro

Dani usman

Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpanmuatan listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah platmetal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik.Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udaravakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metaldiberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akanmengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan padasaat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujungmetal yang satu lagi.Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutup negatifdan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutuppositif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif.Muatan elektrik ini “tersimpan” selama tidak ada konduksi padaujung-ujung kakinya. Di alam bebas, phenomena kapasitor initerjadi pada saat terkumpulnya muatan-muatan positif dannegatif di awan

Tipe Kapasitor

Kapasitor terdiri dari beberapa tipe, tergantung dari bahandielektriknya. Untuk lebih sederhana dapat dibagi menjadi 3bagian, yaitu kapasitor electrostatic, electrolytic danelectrochemical.

Kapasitor Electrostatic

Kapasitor electrostatic adalah kelompok kapasitor yang dibuatdengan bahan dielektrik dari keramik, film dan mika. Keramikdan mika adalah bahan yang popular serta murah untukmembuat kapasitor yang kapasitansinya kecil. Tersedia daribesaran pF sampai beberapa uF, yang biasanya untuk aplikasirangkaian yang berkenaan dengan frekuensi tinggi. Termasukkelompok bahan dielektrik film adalah bahan-bahan materialseperti polyester (polyethylene terephthalate atau dikenaldengan sebutan mylar), polystyrene, polyprophylene,polycarbonate, metalized paper dan lainnya.

Mylar, MKM, MKT adalah beberapa contoh sebutan merekdagang untuk kapasitor dengan bahan-bahan dielektrik film.Umumnya kapasitor kelompok ini adalah non-polar.

Kapasitor Electrolytic

Kelompok kapasitor electrolytic terdiri dari kapasitor-kapasitoryang bahan dielektriknya adalah lapisan metal-oksida.Umumnya kapasitor yang termasuk kelompok ini adalahkapasitor polar dengantanda + dan – di badannya. Mengapakapasitor ini dapat memiliki polaritas, adalah karena prosespembuatannya menggunakan elektrolisa sehingga terbentukkutup positif anoda dan kutup negatif katoda.Telah lama diketahui beberapa metal seperti tantalum,aluminium, magnesium, titanium, niobium, zirconium dan seng(zinc) permukaannya dapat dioksidasi sehingga membentuklapisan metal-oksida . contoh dari kapasitor ini yaitu Elco /kondensator.

Lapisan oksidasi ini terbentuk melalui proses elektrolisa, sepertipada proses penyepuhan emas. Elektroda metal yang dicelupkedalam larutan electrolit (sodium borate) lalu diberi teganganpositif (anoda) dan larutan electrolit diberi tegangan negatif(katoda). Oksigen pada larutan electrolyte terlepas danmengoksidai permukaan plat metal. Contohnya, jika digunakanAluminium, maka akan terbentuk lapisan Aluminium-oksida(Al2O3) pada permukaannya.Dengan demikian berturut-turut plat metal (anoda), lapisan-metal-oksida dan electrolyte(katoda) membentuk kapasitor.Dalam hal ini lapisan-metal-oksida sebagai dielektrik. Lapisanmetal-oksida ini sangat tipis,sehingga dengan demikian dapatdibuat kapasitor yang kapasitansinya cukup besar. Karena alasanekonomis dan praktis, umumnya bahan metal yang banyakdigunakan adalah aluminium dan tantalum. Bahan yang palingbanyak dan murah adalah Aluminium.

Untuk mendapatkan permukaan yang luas, bahan platAluminium ini biasanya digulung radial. Sehingga dengan caraitu dapat diperoleh kapasitor yang kapasitansinya besar.Sebagai contoh 100uF, 470uF, 4700uF dan lain-lain, yang seringjuga disebut kapasitor elco. Bahan electrolyte pada kapasitorTantalum ada yang cair tetapi ada juga yang padat. Disebutelectrolyte padat, tetapi sebenarnya bukan larutan electrolityang menjadi elektroda negatif-nya, melainkan bahan lain yaitumanganese-dioksida. Dengan demikian kapasitor jenis ini bisamemiliki kapasitansi yang besar namun menjadi lebih rampingdan mungil. Selain itu karena seluruhnya padat, maka waktukerjanya (lifetime) menjadi lebih tahan lama.Kapasitor tipe ini juga memiliki arus bocor yang sangat kecil Jadidapat dipahami mengapa kapasitor Tantalum menjadi relatifmahal.

Kapasitor ElectrochemicalSatu jenis kapasitor lain adalah kapasitor electrochemical.Termasuk kapasitor jenis ini adalahbatere dan accu. Pada kenyataanya batere dan accu adalahkapasitor yang sangat baik, karena memiliki kapasitansi yangbesar dan arus bocor (leakage current) yang sangat kecil. Tipekapasitor jenis ini juga masih dalam pengembangan untukmendapatkan kapasitansi yang besar namun kecil dan ringan,misalnya untuk applikasi mobil elektrik dan telepon selular.Kapasitor Electrochemical Satu jenis kapasitor lain adalahkapasitor electrochemical. Termasuk kapasitor jenis ini adalahbatere dan accu. Pada kenyataanya batere dan accu adalahkapasitor yang sangat baik, karena memiliki kapasitansi yangbesar dan arus bocor (leakage current) yang sangat kecil. Tipekapasitor jenis ini juga masih dalam pengembangan untukmendapatkan kapasitansi yang besar namun kecil dan ringan,misalnya untuk applikasi mobil elektrik dan telepon selular.

Satuan dalam kondensator disebut Farad. Satu Farad = 9 x 1011 cm² yang artinya luas permukaan kepingantersebut menjadi 1 Farad sama dengan 106 mikroFarad (µF), jadi 1 µF =9 x 105 cm².

Satuan-satuan sentimeter persegi (cm²) jarang sekalidigunakan karena kurang praktis, satuan yang banyakdigunakan adalah:

• 1 Farad = 1.000.000 µF (mikro Farad) 106

• 1 Farad = 1.000.000.000 nF (nanoo Farad) 109

• 1 Farad = 1.000.000.000.000 pF(piko Farad) 1012

Rangkaian Paralel Kapasitor (Kondensator)

Rangkaian Paralel Kapasitor adalah Rangkaian yang terdiri dari2 buah atau lebih Kapasitor yang disusun secara berderet atauberbentuk Paralel. Dengan menggunakan Rangkaian ParalelKapasitor ini, kita dapat menemukan nilai Kapasitansiyang diinginkan.

pengganti

Rumus dari Rangkaian Paralel Kapasitor (Kondensator) adalah :

Ctotal = C1 + C2 + C3 + C4 + …. + Cn

Dimana :Ctotal = Total Nilai Kapasitansi KapasitorC1C2C3C4Cn

= Kapasitor ke-1===

KapasitorKapasitorKapasitor

ke-2

ke-3 ke-4

= Kapasitor ke-n

Berikut ini adalah gambar bentuk Rangkaian Paralel Kapasitor

Rangkaian Seri Kapasitor (Kondensator)

Rangkaian Seri Kapasitor adalah Rangkaian yang terdiri dari 2buah dan lebih Kapasitor yang disusun sejajar atau berbentukSeri. Seperti halnya

jugadengan

dapatRangkaian

digunakanParalel,

untukRangkaian

mendapatSeri

nilai saja,

Kapasitor iniKapasitansi Kapasitor pengganti yang diinginkan. Hanyaperhitungan Rangkaian Seri untuk Kapasitor ini lebih rumit dansulit dibandingkan dengan Rangkaian Paralel Kapasitor.

Rumus dari Rangkaian Paralel Kapasitor (Kondensator) adalah :

1/Ctotal = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + 1/C4 + …. + 1/Cn

Dimana :Ctotal = Total Nilai Kapasitansi KapasitorC1C2C3C4Cn

= Kapasitor ke-1===

KapasitorKapasitorKapasitor

ke-2

ke-3 ke-4

= Kapasitor ke-n

Berikut ini adalah gambar bentuk Rangkaian Seri Kapasitor

Hambatan aliran elektron ketika melewati kapasitor pada

rangkaian AC disebut sebagai ‘Reaktansi Kapasitif’, reaktansi

kapasitif dihitung dalam satuan

resistansi dan reaktansi induktif.

Ohm (Ω) sama hal-nya seperti

Simbol reaktansi induktif adalah

‘XC‘, pada rangkaian AC sederhana, reaktansi kapasitif dapat

dihitung menggunakan persamaan berikut.

Dimana :

XC

π=

f

= Reaktansi kapasitif (Ohm / Ω)

Pi ≈ 3,14

= Frekuensi (Hertz / Hz)

1. Tentukan reaktansi kapasitif (XC) jika diketahui

10uF.

frekuensi

rangkaian AC 50Hz, dan kapasitansi

Jawab:

kapasitor

XC

XC

XC

XC

=

=

=

=

1

1

1

/

/

/

(2 ∙ π ∙ f ∙ C)

(2 ∙ 3,14 ∙ 50 ∙ 10×10-6)

0,00314

318Ω

Contoh soal :

2. Jika pada contoh kasus no 1, diketahui tegangan AC sebesar

50V, berapakah arus yang mengalir pada rangkaian? dengan

menggunakan cara yang sama yaitu dengan menggunakan hukum

Ohm dimana V = I ∙ R,

reaktansi kapasitif (XC).

Jawab:

kemudian ganti ‘R’ (resistansi) dengan

I

I

I

=

=

=

V / XC

50 / 318

0,16A

Keterangan :

Reaktansi kapasitif berbanding terbalik terhadap frekuensi, jika

frekuensi meningkat maka reaktansi kapasitif akan menurun dan

begitu juga sebaliknya. Karakteristik disipasi daya kapasitor pada

rangkaian AC sama seperti pada karakteristik daya induktor yaitu

sama dengan ‘0’ (Nol), karena daya yang diserap dan disalurkan

oleh kapasitor sama besar dan ini hanya berlaku untuk kapasitor

ideal.

TERIMA KASIH

SEMOGA BERMANFAAT