.png "Menu")
Kapasitor
Kapasitor (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.
Struktur
sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh
suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal
misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika 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 kutub negatif dan
sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutub 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 dan negatif di awan.
1.1. Kapasitansi
Kapasitansi
didefinisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat
menampung muatan elektron. Coulombs pada abad 18 menghitung bahwa 1
coulomb = 6.25 x 1018 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
Q = muatan elektron dalam C (coulombs)
C = nilai kapasitansi dalam F (farad)
V = besar tegangan dalam V (volt)
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 10-12) (k A/t)
Berikut adalah tabel contoh konstanta (k) dari beberapa bahan dielektrik yang disederhanakan.
Untuk
rangkaian elektronik praktis, satuan farad adalah sangat besar sekali.
Umumnya kapasitor yang ada di pasaran memiliki satuan : µF, nF dan pF.
1 Farad = 1.000.000 µF (mikro Farad)
1 µF = 1.000.000 pF (piko Farad)
1 µF = 1.000 nF (nano Farad)
1 nF = 1.000 pF (piko Farad)
1 pF = 1.000 µµF (mikro-mikro Farad)
1 µF = 10-6 F
1 nF = 10-9 F
1 pF = 10-12 F
Konversi
satuan penting diketahui untuk memudahkan membaca besaran sebuah
kapasitor. Misalnya 0.047µF dapat juga dibaca sebagai 47nF, atau contoh
lain 0.1nF sama dengan 100pF.
Kondensator
diidentikkan mempunyai dua kaki dan dua kutub yaitu positif dan negatif
serta memiliki cairan elektrolit dan biasanya berbentuk tabung.
Sedangkan
jenis yang satunya lagi kebanyakan 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 yang sering disebut kapasitor (capacitor).
2.2 Wujud dan Macam Kondensator
Berdasarkan kegunaannya kondensator di bagi menjadi :
1. Kondensator tetap (nilai kapasitasnya tetap tidak dapat diubah)
2. Kondensator elektrolit (Electrolit Condenser = Elco)
3. Kondensator variabel (nilai kapasitasnya dapat diubah-ubah)
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 100µF25v yang artinya kapasitor/ kondensator
tersebut memiliki nilai kapasitansi 100 µF dengan tegangan kerja
maksimal yang diperbolehkan sebesar 25 volt.
Kapasitor
yang ukuran fisiknya 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. 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, 5 = 100.000 dan
seterusnya.
Contoh :
Untuk kapasitor polyester nilai kapasitansinya bisa diketahui berdasarkan warna seperti pada resistor.
Contoh :
Seperti
komponen lainnya, besar kapasitansi nominal ada toleransinya. Pada
tabel 2.3 diperlihatkan nilai toleransi dengan kode-kode angka atau
huruf tertentu. Dengan tabel tersebut pemakai dapat dengan mudah
mengetahui toleransi kapasitor yang biasanya tertera menyertai nilai
nominal kapasitor. Misalnya jika tertulis 104 X7R, maka kapasitansinya
adalah 100nF dengan toleransi +/-15%. Sekaligus diketahui juga bahwa
suhu kerja yang direkomendasikan adalah antara -55Co sampai +125Co .
Dari
penjelasan di atas bisa diketahui bahwa karakteristik kapasitor selain
kapasitansi juga tak kalah pentingnya yaitu tegangan kerja dan
temperatur kerja. Tegangan kerja adalah tegangan maksimum yang diijinkan
sehingga kapasitor masih dapat bekerja dengan baik. Misalnya kapasitor
10uF25V, 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. Sedangkan temperatur kerja
yaitu batasan temperatur dimana kapasitor masih bisa bekerja dengan
optimal. Misalnya jika pada kapasitor tertulis X7R, maka kapasitor
tersebut mempunyai suhu kerja yang direkomendasikan antara -55Co sampai +125Co. Biasanya spesifikasi karakteristik ini disajikan oleh pabrik pembuat di dalam datasheet.
2.3. Rangkaian Kapasitor
Rangkaian
kapasitor secara seri akan mengakibatkan nilai kapasitansi total
semakin kecil. Di bawah ini contoh kapasitor yang dirangkai secara seri.
Pada rangkaian kapasitor yang dirangkai secara seri berlaku rumus :
Rangkaian
kapasitor secara paralel akan mengakibatkan nilai kapasitansi pengganti
semakin besar. Di bawah ini contoh kapasitor yang dirangkai secara
paralel.
Pada rangkaian kapasitor paralel berlaku rumus :
2.4. Fungsi Kapasitor
Fungsi penggunaan kapasitor dalam suatu rangkaian :
1. Sebagai kopling antara rangkaian yang satu dengan rangkaian yang lain (pada PS = Power Supply)
2. Sebagai filter dalam rangkaian PS
3. Sebagai pembangkit frekuensi dalam rangkaian antenna
4. Untuk menghemat daya listrik pada lampu neon
5. Menghilangkan bouncing (loncatan api) bila dipasang pada saklar
2.5. Tipe Kapasitor
Kapasitor
terdiri dari beberapa tipe, tergantung dari bahan dielektriknya. Untuk
lebih sederhana dapat dibagi menjadi 3 bagian, yaitu kapasitor
electrostatic, electrolytic dan electrochemical.
· Kapasitor Electrostatic
Kapasitor
electrostatic adalah kelompok kapasitor yang dibuat dengan bahan
dielektrik dari keramik, film dan mika. Keramik dan mika adalah bahan
yang popular serta murah untuk membuat kapasitor yang kapasitansinya
kecil. Tersedia dari besaran pF sampai beberapa µF, yang biasanya untuk
aplikasi rangkaian yang berkenaan dengan frekuensi tinggi. Termasuk
kelompok bahan dielektrik film adalah bahan-bahan material seperti
polyester (polyethylene terephthalate atau dikenal dengan sebutan
mylar), polystyrene, polyprophylene, polycarbonate, metalized paper dan
lainnya.
Mylar,
MKM, MKT adalah beberapa contoh sebutan merek dagang untuk kapasitor
dengan bahan-bahan dielektrik film. Umumnya kapasitor kelompok ini
adalah non-polar.
· Kapasitor Electrolytic
Kelompok
kapasitor electrolytic terdiri dari kapasitor-kapasitor yang bahan
dielektriknya adalah lapisan metal-oksida. Umumnya kapasitor yang
termasuk kelompok ini adalah kapasitor polar dengan tanda + dan – di
badannya. Mengapa kapasitor ini dapat memiliki polaritas, adalah karena
proses pembuatannya menggunakan elektrolisa sehingga terbentuk kutub
positif anoda dan kutub negatif katoda.
Telah
lama diketahui beberapa metal seperti tantalum, aluminium, magnesium,
titanium, niobium, zirconium dan seng (zinc) permukaannya dapat
dioksidasi sehingga membentuk lapisan metal-oksida (oxide film). Lapisan
oksidasi ini terbentuk melalui proses elektrolisa, seperti pada proses
penyepuhan emas. Elektroda metal yang dicelup ke dalam larutan
elektrolit (sodium borate) lalu diberi tegangan positif (anoda) dan
larutan electrolit diberi tegangan negatif (katoda). Oksigen pada
larutan electrolyte terlepas dan mengoksidasi permukaan plat metal.
Contohnya, jika digunakan Aluminium, 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. Dari rumus (2) diketahui besar
kapasitansi berbanding terbalik dengan tebal dielektrik. Lapisan
metal-oksida ini sangat tipis, sehingga dengan demikian dapat dibuat
kapasitor yang kapasitansinya cukup besar.
Karena
alasan ekonomis dan praktis, umumnya bahan metal yang banyak digunakan
adalah aluminium dan tantalum. Bahan yang paling banyak dan murah adalah
aluminium. Untuk mendapatkan permukaan yang luas, bahan plat Aluminium
ini biasanya digulung radial. Sehingga dengan cara itu dapat diperoleh
kapasitor yang kapasitansinya besar. Sebagai contoh 100uF, 470uF, 4700uF
dan lain-lain, yang sering juga disebut kapasitor elco.
Bahan
electrolyte pada kapasitor tantalum ada yang cair tetapi ada juga yang
padat. Disebut electrolyte padat, tetapi sebenarnya bukan larutan
electrolit yang menjadi elektroda negatif-nya, melainkan bahan lain
yaitu manganese-dioksida. Dengan demikian kapasitor jenis ini bisa
memiliki kapasitansi yang besar namun menjadi lebih ramping dan mungil.
Selain itu karena seluruhnya padat, maka waktu kerjanya (lifetime)
menjadi lebih tahan lama. Kapasitor tipe ini juga memiliki arus bocor
yang sangat kecil Jadi dapat dipahami mengapa kapasitor Tantalum menjadi
relatif mahal.
· Kapasitor Electrochemical
Satu
jenis kapasitor lain adalah kapasitor electrochemical. Termasuk
kapasitor jenis ini adalah battery dan accu. Pada kenyataannya battery
dan accu adalah kapasitor yang sangat baik, karena memiliki kapasitansi
yang besar dan arus bocor (leakage current) yang sangat kecil.
Tipe kapasitor jenis ini juga masih dalam pengembangan untuk mendapatkan
kapasitansi yang besar namun kecil dan ringan, misalnya untuk aplikasi
mobil elektrik dan telepon selular.
