Bab 5 - Komponen Pasif Pemuat

8/20/2019 Bab 5 - Komponen Pasif Pemuat

1/25

BAB 5 : PEMUAT

5.0 Pengenalan

Pernahkah anda meneliti binaan dalaman sebuah bateri kereta? Dalamnya terdapat plet-

plet logam. Plat-plat logam ini berfungsi menyimpan cas. Cas ini kemudian membekalkan

tenaga elektrik kepada litar elektrik dalam kereta tersebut. Begitu juga binaan sebuah

pemuat. Secara fizikalnya pemuat adalah dua kepingan atau plet yang diasingkan pada

satu jarak yang tertentu. Cas-cas elektrik akan berhimpun pada plet-plet tersebut. Dengan

kata lain pemuat ialah satu komponen yang menyimpan cas dan cas yang tersimpan ini

berkeupayaan untuk menghasilkan arus elektrik apabila disambungkan ke dalam satu litar

elektrik yang lengkap untuk pelbagai tujuan.

5.1 Pengertian

a) Pemuat

!alah alat yang dapat menyimpan cas elektrik secara sementara.

b) Kemuatan

!alah ukuran bagi keupayaan kapasitor menyimpan cas.

5.2 Unit Piawai dan Simbol Pemuat

"uantiti untuk menilai satu tangki air ialah tingginya lebarnya diameternya isipadunya dan

sebagainya. #pakah pula kuantiti berkaitan komponen elektrik pemuat?

♦ Simbol kemuatan ialah

♦ $nit asas kemuatan ialah !arad "!).

♦ Satu pemuat mempunyai satu kemuatan #atu !arad apabila arus mengecas

#atu am$ere mengalir untuk #atu #aat menyebabkan satu pertukaran bagi #atu

%olt di dalam keupayaan plat-platnya.

♦ "emuatan sesuatu pengalir ditakrifkan sebagai nisbah casnya kepada

perbezaan keupayaannya.

1

Cas % &Coulomb'"emuatan ( ------------------------------------ )*arad+

Perbezaan keupayaan &,olt'

% ( ------ )*arad+,


2/25

Aru# adala& 'adar $eruba&an (a# i * d+,dt

♦ $nit *arad adalah terlalu besar untuk kegunaan praktik. leh itu unit ini

dibahagikan kepada unit-unit yang kecil seperti mikrofarad &µ*' dan pikofarad

&p*'

* ( ////// µ* atau 0 /1 µ* &µ* ( 0 /-1 *'

µ* ( ////// p* atau 0 /1 * &p* ( 0 /-2 *'

♦ Simbol Pemuat

&a' Pemuat tetap &b' Pemuat berubah &c' Pemuat elektrolitik

-aa& 5.1 Simbol pemuat

A#a# binaan $emuat

Binaan asas suatu pemuat adalah dua plat logam &pengalir' yang diletak

berdekatan dan diasingkan oleh suatu bahan penebat yang selalunya disebut dielektrik.

leh itu simbol pemuat seperti binaannya adalah berbentuk dua plat yang dipisahkan.

3ajah 4. menunjukkan simbol pemuat dan 3ajah 4.2 menunjukkan asas binaan.

-aa& 5.2 #sas binaan pemuat

2

Plat&Pengalir'Plat

&Pengalir'

Dielektrik&Penebat'


3/25

5./ Kod arna dan Kadaran Pemuat

5alaupun nilai kemuatan boleh dicetak pada badan pemuat ia juga boleh ditandakan

dengan kod 6arna. "od 6arna yang digunakan untuk me6akili nilai-nilai kemuatan adalah sama

dengan yang digunakan untuk me6akili nilai rintangan. "od 6arna yang digunakan sekarang

adalah Bersama 7entera-7entera 8aut &9#:' dan kod Persatuan Pengilang 3adio ;&3


4/25

b) Kod warna Pemuat Mi'a

adual 5.2 Kod warna Pemuat mi'a

onto& Pengiraan

a' /= - / 0 / /// ( // /// p* ( 0.1 !

b' /=9 - / 0 / /// ( // /// p* > 4 ( 0.1 ! 3 54

5. eni#6eni# dan Kegunaan Pemuat

Pemuat terbahagi kepada dua@

a. 7etap - ditentukan oleh pengeluar nilainya

b. Bolehubah - boleh dilaras disekitar had yang tertentu

4


5/25

a) eni#6eni# Pemuat Teta$

i. Pemuat udara - digunakan untuk kegunaan di dalam radio.

ii. Pemuat kertas - jenis yang biasa digunakan dan sangat ringkas &24/ p* A / *'

iii. Pemuat mika - digunakan pada litar berfrekuensi tinggi iaitu untuk menurunkan

sehingga ke minimum kehilangan dielektrik &p* A /. *'

i. Pemuat seramik - digunakan dalam litar berfrekuensi tinggi untuk perubahan suhu

yang luas &p* A 2.2 *'

. Pemuat elektrolitik - digunakan ditempat yang memerlukan pemuat yang besar

contohnya untuk mengurangkan beberapa gelombang dalam

gerakan oltan yang diperolehi daripada rectifier

& * - 2///// *'

b) eni#6eni# Pemuat Bole&uba&

i. Pemuat d6igang - digunakan untuk menala penerima radio dari stesyen yang

tertentu.

-aa& 5./ Simbol $emuat dwigang

ii. Pemuat 7rimmer atau preset

- hanya membenarkan ariasi kemuatan yang kecil

- saiz yang lebih kecil daripada d6igang &p* A /p*'

5


6/25

-aa& 5. Simbol $emuat trimmer

5.5 !a'tor67a'tor mem$engaru&i 'emuatan

i. 8uas permukaan plat ' - "emuatan antara 2 plat berkadar terus dengan

luasnya.

ii. 9arak di antara plat &d' - "emuatan di antara 2 plat berkadar songsang

dengan jarak antara keduanya.

iii. "emuatan bergantung kepada bahan dielektrik yang digunakan iaitu

kebertelusan bahan tersebut . leh itu angkatap ' dalam persamaan

adalah digantikan oleh .

6

A

1 , d

o . r A C = -------------

d

d meter

A meter 2

- - - - - - - - - - - - - - - -

+ + + + + + + + + + + + + + + +

=o .

r

C

A

1 , d

A 6666

d

A * ' 6666 d

A * 66666 d


7/25

-aa& 5.5 !a'tor67a'tor mem$engaru&i 'emuatan5.8 9itar6litar Pemuat

Seperti dalam litar-litar pearuh komponen pemuat boleh disambungkan dalam

ketiga-tiga bentuk siri selari dan siri-selari.

5.8.1 Sambungan Pemuat

a) 9itar #iri

Berdasarkan 3ajah 4.1 beberapa pemuat disambung dalam susunatur

sesiri. Seperti arus yang sama melalui rintangan-rintangan dalam sambungan

sesiri cas % yang sama juga akan mengalir masuk ke setiap pemuat.

b) 9itar #elari

Beberapa pemuat yang disambung secara selari mempunyai kesan seperti

menambah bilanganEkeluasan plat pemuat oleh itu jumlah cas yang tersimpan

juga akan bertambah. 3ajah 4.F beberapa pemuat disambung dalam susunatur

selari.

7

% % % %

---- ( ----- > ----- > ------C7 C C2 C

---- ( ----- > ----- > ------C7 C C2 C

G ( e > e2 > e

%C ( -----

, %, ( -----

C

#tau@

C 0 C2C7 ( ------------ C> C2&kalau hanya dua komponen

dalam selari C EE C2'

C1 C2 C3

e1

e2

e3

E

-aa& 5.8 9itar Pemuat #e#iri

C1 C2 C3

e1 e2 e3E

-aa& 5. 9itar Pemuat #elari


8/25

() 9itar #iri6#elari

8itar siri-selari adalah gabungan kedua-dua susunan siri dan selari oleh itu

persamaan yang diterbitkan untuk kedua-dua susunan itu boleh diguna-pakai.

3ajah 4.H menunjukkan litar siri-selari.

8

%7 ( % > %2 > %

C7G ( C, > C2 ,2 > C ,

Diketahui@

G EE , EE ,2 EE ,

∴ G ( , ( ,2 ( ,

C7 ( C > C2 > C

C7 ( C > C2 > C

C7 ( C Siri &C2 EE C'

C7 ( C Siri &C2 > C'

---- ( ----- > --------------- C7 C &C2 > C'

#tau@

C &C2 > C'C7 ( -------------------- C> &C2 > C'&kalau hanya dua komponen

dalam selari'

-aa& 5.; 9itar Pemuat #iri6#elari

C2 C3

C1

E


9/25

5.8.2 onto&6(onto& $engiraan litar $emuat

Seperti dalam litar-litar pearuh komponen pemuat boleh disambungkan dalam ketiga-tiga

bentuk siri selari dan siri-selari.

Contoh

Beberapa komponen pemuat disambungkan seperti dalam rajah berikut kirakan jumlah

kapasitan litar tersebut.

Contoh 2



9

---- ( ----- > ----- > ------

C7 C C2 CC1

5µF

C2

6µF

C3

7µF

e1 e2 e3

E

-aa& 5. ------- > --------

C7 4µ* 1µ* Fµ*

------ ( /.4/I µ*

C7

C7 ( ---------- µ*

/.4/I

T * 1. C2 > CC1

5µFE

-aa& 5.10 9itar Pemuat #elari

C1

7µF

C2

6µFC7 ( 4µ* > 1µ* > Fµ*T * 1;µ!


10/25

Contoh



Elemen6elemen ber'aitan 'emuatan.

a' Medan ele'tri' "Elektrik Field ):

"a6asan yang mengelilingi suatu cas elektrik atau sistem cas di mana 6ujudnya

pengembangan dan penyusutan daya elektrik. Sebaliknya daya yang 6ujud

daripada suatu jasad bercas dinamakan daya elektrik.

b' =ari#an da>a ele'tri' "Ele(tri( line# o7 7or(e):

Satu garisan daya elektrik dikenali sebagai satu garis atau lengkung yang

menghala keluar dari cas positif &>e' ke cas negatif &-e' yang berada dalam

medan elektrik.

10

-aa& 5.11 9itar Pemuat #iri6#elari

E

C1

5µF

C1

7µF

C2

6µF

C7 ( C Siri &C2 EE C'

C7 ( C Siri &C2 > C'

---- ( ----- > --------------- C7 C &C2 > C' ---- ( ----- > -----------------

C7 4µ* &1µ* > Fµ*'

---- ( /.2FF µ*

C7

C7 ( ---------------

/.2FF µ*

T * /.811 µ!

#tau@

C &C2 > C'C7 ( -------------------- C> &C2 > C'&kalau hanya dua komponen

dalam selari'

4µ* 0 &1µ* > Fµ*'C7 ( --------------------------

4µ* > &1µ* > Fµ*'

T * /.811 µ!


11/25

() !lu'# ele'tri' "Electric Flux ):

Dikenali sebagai jumlah garisan daya elektrik yang menghala keluar dari cas

positif &>e' bergerak dari mendalam medan elektrik. *luks disimbolkan dengan

simbol Jreek Ψ &psi'

d) Ketum$atan 7lu'# ele'tri' "?)

"etumpatan fluks elektrik ialah pengukuran fluks elektrik yang melalui satu unit

keluasan plat secara bersudut tepat iaitu keluasan sebesar meter 2. Simbolnya

ialah ?. Berpandukan kepada 3ajah 4.2 9ika keluasan plat pemuat adalah #

maka ketumpatan fluks elektrik diberi sebagai@

-aa& 5.12 Kelua#an dan ara' antara $lat $emuat

e) Ke'uatan medan ele'tri' "E)

#pabila dua plat logam yang dicaskan dan dipisahkan pada suatu jarak yang

tertentu bezaupaya akan 6ujud antara plat ini. Suatu daya juga terjana antara plat

ini yang dikenali sebagai daya elektrik atau kekuatan medan elektrik dan diberi

simbol E. "ekuatan daya ini bergantung kepada bezaupaya dan jarak antara plat-

plat tersebut. Berpandukan kepada 3ajah 4.2. *ormula G diberi sebagai@

11

+ + + + + + + + + + + + + + + +

- - - - - - - - - - - - - - - -

d meter

+Q Coulomb

-Q Coulomb

A meter 2

%? ( ------ )CEm2+

#

Beza upaya ,

E ( ---------------------- ( ----- ),Emeter+9arak antara plat d


12/25

7) ?iele'tri'

Bahan penebat yang terdapat antara dua plat pemuat dikenali sebagai dielektrik.


13/25

"a)

"b) Ele(tron 7low 7rom $late A to $lateB a# (a$a(itor (&arge#

"() a$a(itor (&arged to @# and no "d) a$a(itor retain# (&arge w&en

more ele(tron# 7low di#(onne(ted 7rom #our(e

-aa& 5.1/ Bagaimana $emuat di (a#

5..2 Pro#e# men(a# $ada $emuat

"omponen pemuat itu sendiri tidak akan mempunyai apa-apa peranan elektrik.

Kanya apabila pemuat diletakkan dalam satu litar elektrik barulah pemuat mempunyai

peranan mencas dan menyahcas. !ni dapat ditunjukkan dalam litar 3ajah 4.=.

13

Plate

8ead

Dielectric

A B

A B

> 6

+ -

@#

A B

> @# 6

+ - A B

> @# 6


14/25

-aa& 5.1 9itar $emuat dua 'edudu'an (a# dan n>a&(a#

a) Per#amaan aru# dan %oltan $emuat


15/25

C

C

C

C

vE

)v(d

C

dt

vE

)v(d

C

1dt

−−=−

−=

"amilkan kedua-dua belah@-

∫ ∫

∫ ∫

∫ ∫

−=−

−

−=−

−

−−=−

dtC

1

vE

)v(d

C

dt

vE

)v(d

vE

)v(d

C

dt

C

C

C

C

C

C

# t.C

1

)vE.(e.lo$ C +−=− di mana k adalah angkatap kamilan

# C

t)vE.(e.lo$ C +−=−

#pabila t ( / C ( /


16/25

τ ( C3 ( angkatap masa

$ntuk menentukan arus merujuk kepada litar dalam 3ajah 4.=@

,oltan bekalan ( jumlah oltan merentas 3 dan C@

vEi

i vE

C

C

−=

+=

)e(

Ei

)&e1(1'

Ei

)&e1.(E'Ei

t

t

t

τ

τ

τ

−

−

−

=

−−=

−−=

Pada ketika suis ditutup &ke MaN untuk mula mencas' t ( / e-/ (


17/25

-aa& 5.15 Jeraf dan persamaan eksponen am

-aa& 5.18 3ajah lengkung arus dan oltan pemuat semasa mencas.

Ang'ata$ ma#a τ

Daripada persamaan

dt

)v(dC vE CC +=

Pada ketika pemuat mula mencas iaitu t ( / dan C ( /

maka persamaan di atas menjadi@-

dt

)v(dC E C= …….per 1

"adaran a6al kenaikan oltan ialah@-

=

+aat

!olt

C

E

dt

)v(d C ……per 2

Sekiranya oltan melintangi pemuat terus bertambah pada kadaran a6al. !anya

17

vc, i

t

,a%

!,a%

0

A

vc

0.632 !,a%

i

0.371 ,a%

0

τ = CR

!olta melita$i /emuat

v !

ma% (1 e tτ)

ru emaa a v !

ma% i

= 0i

ma% (e tτ)


18/25

digambarkan oleh garisentuh /# &3ajah 4.4.2'. τ ialah angkatap masa dalam saat

iaitu masa yang diperlukan untuk oltan melintangi pemuat dari / ke nilai akhir

sekiranya ia terus bertambah pada kadaran a6al maka@-

"adaran a6al bagi kenaikan oltan ialah@-

τ= E

dt)v(d C

Samakan persamaan &' dan &2' iaitu@-

τ= E

C

E O maka τ * - saat

leh itu @

Ang'ata$ ma#a $emuat #ema#a $ro#e# men(a#:

τ * - saat

#pabila t ( τ@


19/25

pemuat &i' menyusut dari nilai masimanya &!ma0' kepada /.F daripada nilai

maksimanya.

Men(ari ang'ata$ ma#a "τ) melalui leng'ung aru# $emuat:

#pabila ma%.37.0i =

t ( τ ( #ngkatap masa.

Catatan:

Masa yang diambil nt! cas semprna ("lly c#arged) dan nya#cas semprna

("lly disc#arged) iala# 5 kali dari ang!atap masa.

Cas semprna:$ t = % τ = %C&

'ya#cas semprna:$ t = % τ = %C&

5../ Pro#e# n>a&(a# $ada $emuat

a) Per#amaan aru# dan %oltan $emuat

Daripada persamaan di atas iaitu semasa proses mencas@-

dt

)v(dC vE CC +=

Semasa nyahcas G ( /@

C

C

C

C

CC

CC

v

)v(d

C

dt

v

)v(dC dt

dt

)v(dC v

dt

)v(dC v0

=−

−=

−=

+=

"amilkan kedua-dua belah iaitu@

∫ ∫ −= dtC 1

v

)v(d

C

C

# C

tv.e.o$ C +−=

di mana k adalah angkatap kamilan.

Pada permulaan nyahcas apabila t ( / C ( G.

9adi log e G ( / > kk ( log e G


20/25

C

t

C

C

C

C

eE

v

C

t

E

v.e.lo$

C

tE.e.lo$v.e.lo$

E.e.lo$C

tv.e.lo$

−=

−=

−=−

+−=

)e.(ma%Ev

t

Cτ

−

= O di mana τ ( C3

@oltan $emuat #ema#a $ro#e# n>a&(a#:

).(ma% τ t

C e E v

−

=

di mana@ C ( nilai oltan pemuat pada ketika nyahcas

τ ( C3 ( angkatap masa

$ntuk mencari arus melalui pemuat@-

#rus litar adalah berpunca daripada oltan tersimpan dalam pemuat dinyahcas

melalui hanya 3 sahaja.

vi

C

−= O

)e(a%mi

)e(

ma%Ei

)e.(ma%Ei

t

t

t

τ−

τ−

τ−

−=

−=

−=

Aru# $emuat #ema#a $ro#e# n>a&(a#:6

)(ma%τ

t

e I i−

−=

Di mana !ma0 ialah nilai a6alan bagi arus nyahcas &!ma0 ( Gma0 E 3'.

7anda negatif menunjukkan arah arus semasa nyahcas adalah berla6anan bagi

arus semasa proses mencas.

b) -aa& leng'ung aru# dan %oltan $emuat

20

t, masa

,oltan melintangi pemuat@

v c ( ,

ma0 & e AtEτ)

τ

Vmax

v, i

#rus semasa nyahcas@

i (-!ma0

&e AtEτ)I

max


21/25

-aa& 5.1 3ajah lengkung arus dan oltan pemuat semasa nyahcas.

i. Tenaga ter#im$an dalam $emuat

Semasa pemuat melalui proses mencas ia akan menerima tenaga. 7enaga yang

disimpannya adalah dalam bentuk statik. ,oltan pemuat bertambah daripada / kepada G

olt.

Purata bezaupaya melintangi pemuat ialah@-

E21

2E0 =

+

7enaga tersimpan ialah@-

5 ( P t

( ,purata 0 ! 0 t

2CE2

1

2)CE(E

2

E

t..%..t

0..%...E

2

1

=

=

=

=

&oule..'CE2

1

2=

ii. Pengiraan dan $en>ele#aian ma#ala& ber'aitan $emuat

Contoh =

21


22/25

#pabila suis ditutup dalam litar di atas kira@-

a' arus a6al.b' Bezaupaya a6al melintangi pemuatc' #ngkatap masa semasa cas

d' "adar a6al kenaikan oltan melintangi pemuate'


23/25

Suatu pemuat mempunyai kemuatan Hµ* disambungkan dengan suatu perintang /.4


24/25

a' b'

2. Selesaikan pengiraan litar pemuat selari yang berikut O

a'

3. Selesaikan pengiraan litar pemuat siri-selari yang berikut O

=. Selesaikan pengiraan yang berikut.

#pabila suis ditutup dalam litar di atas kira@-

a' arus a6al.

b' Bezaupaya a6al melintangi pemuat

c' #ngkatap masa semasa cas

d' "adar a6al kenaikan oltan melintangi pemuat

e'


25/25

2.

. C1 (C2 + C3)C --------------------

C1+ (C2 + C3)

2µF % (10µF + 10µF)C --------------------------

2µF + (10µF + 10µF)

CT = 1.#! µ

a' #rus a6al@

! a6al ( !ma0

b' Bezaupaya a6al melintangipemuat ialah@

c a6al * 0 @olt.

#ngkatap masa semasa cas ialah@

τ ( C3

( =/ 0 /-1 * 0 =// 0 / Ω

( 18 #aat

"adar a6al kenaikan oltan melintangi

pemuat ialah@-

Bab 5 - Komponen Pasif Pemuat

Documents

Transcript of Bab 5 - Komponen Pasif Pemuat