BAB IVEKSPERIMENT 2KAPASITOR PADA RANGKAIAN SERI DAN PARALEL

1. TujuanDapat menemukan cara untuk menghitung total kapasitansi dari kapasitor yang terhubung secara seri atau paralel.

1. Peralatan yang dibutuhkan :1. Board Mount BR-31. Board NO-07 (Kapasitor dan Kapasitansi)1. Digital LCR meter1. Connection cords

1. PendahuluanKondensator (kapasitor) adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi didalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Jadi, sebuah kapasitor berlainan dengan seuah accu yang dapat menyimpan energi listrik, tetap dengan disertai reaksi kimia. Pada dasarnya, sebuah kapasitor itu terdiridari dua konduktor yang disekat oleh sebuah nonkonduktor. Kapasitor merupakan elemen penting dalam peralatan listrik dan elektronika modern, terutama dalam radio, televisi, dan peralatan komunikasi. Misalnya pesawat televisi mempunyai lebih dari 80 buah kapasitor. Kapasitor ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867). Satuan kapasitor disebut Farad (F). Satu Farad = 9 x 1011 cm2yang artinya luas permukaan kepingan tersebut.Kemampuan kapasitor untuk menyimpan energi listrik disebut kapasitas kapasitor dan satuanya dinyatakan dalam farad. 1 farad adalah kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan listrik 1 coulom apabila diberi tegangan 1 volt.Pada dasarnya sebuah kapasitor terdiri dari dua konduktor yang disekat oleh sebuah nonkonduktor. Kedua konduktor disebut elektroda dan nonkonduktor disebut dielektrikum.Jumlah muatan per unit tegangan yang dapat disimpan oleh sebuah kondensator disebut dengan kapasitansi dan dilambangkan dengan C. Kapasitansi ditentukan dengan rumus sebagi berikut :.....................................................(4.2.1)Dimana: C = kapasitansiq= muatanV = teganganKapasitor meneruskan tegangan bolak-balik tetapi tidak meneruskan tegangan rata-rata . Sifat Kapasitor antara lain dapat:1. menyimpan muatan listrik1. menahan arus searah (DC)1. melewatkan arus bolak-balik (AC)1. variabel untuk memilih panjang gelombang yang dikehendaki pesawat radio1. menghindarkan terjadinya loncatan listrik pada rangkaian yang berisi kumparan apabila arus diputarkan.1. menyimpan muatan listrik ukuran kecilFungsi kapasitor antara lain:1. Penyimpan muatan listrik1. Penghubung ( coupling )1. Filter frekuensi tertentu1. Penyimpang arus ( by Pass )1. Penerus arus AC1. Filter ( penyaring )Pada umumnya kondensator terdiri dari dua (2) bagian yaitu:1. Kondensator TetapKondensator tetap adalah kondensator yang nilainya konstan dan tidak berubah-ubah dan simbolnya tidak mempunyai tanda panah. kondensator ini dibagi atas tiga macam bentuk kondensator yaitu:1. Kondensator Keramik (Ceramic Capacitor)Kondensator yang bahan di elektrikumnya keramik dan mempunyai kapasitas di bawah satu mikro farad (1F). kondensator ini memiliki bentuk bulat tipis, ada yang persegi empat warna merah, hijau, cokelat dan lain-lain. Kondensator keramik tidak mempunyai kutub positif dan kutub negatif, dan banyak digunakan pada frekuensi tinggi dan menengah. Mempunyai kapasitas mulai dari beberapa piko farad sampai dengan ratusan kilopiko farad (KpF). Dengan tegangan kerja maksimal 25 volt sampai 100 volt, tetapi ada juga yang sampai ribuan volt.1. Kondensator MikaKondensator yang bahan di elektrikumnya mika dan mempuyai kapasitas yang kecil berkisar antara 50 - 1000 pF. Kondensator mika ini tidak mempunyai kutub positif dan negatif dan banyak digunakan untuk frekuensi tinggi dan menengah pada radio penerima dan pemancar.1. Kondensator PolyesterKondensator yang bahan dielektrikumnya terbuat dari polyester, mempunyai kapasitas di bawah satu mikro farad dan banyak digunakan pada frekuensi tinggi dan menengah.1. Kondensator KertasKondensator yang sering disebut juga kondensator padder. Misal pada radio dipasang seri dari spul osilator ke variabel kondensator.

1. Kondensator Elektrolit (elco)Kondensator ini mempunyai kutub positif dan kutub negatif. Kondensator ini hanya dapat dihubungkan dengan tegangan arus searah dimana dalam pemakaian diingat bahwa kutub positif harus dihubungkan dengan kaki kondensator yang bertanda positi, sedangkan kutub negatif dihubungkan dengan kaki kondensator yang bertanda negatif. Kapasitas kondensator ini cukup besar bila dibandingkan dengan kondensator di atas tadi. Kondensator ini dipergunakan pada frekuensi rendah misalnya dipergunakan sebagai filter pada sumber daya dengan menggunakan penyearah. Biasanya pada badan kondensator ini ada tanda kutub positif dan kutub negatif.

1. Kondensator VariabelKondensator variabel adalah suatu kondensator yang kapasitasnya dapat diubah-ubah dan simbolnya memakai tanda panah. Kondensator variable ini terkenal dengan nama VARCO. Bahan di elektrkum kondensator ini umunya udara. Kapasitas dari kondensator ini sangat kecil (dibawah satu mikro farad) yang berkisar antara 0 500 pf . Kondensator variable ini banyak dipergunakan pada frekwnsi tinggi misalnya untuk isolator dan juga untuk menangkap frekwnsi radio pemancar. Untuk mengetahui rusaknya VARCO pada pesawat radio hidup kita putar varconya, maka akan kedengaran suara krosok-krosok dan apabila varco itu juga rusak dapat menyebabkan penangkap siaran hanya sedikit atau hanya satu saja. Varco ada dua macam yaitu varco besi dan varco plastik.Kapasitansi didefinisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan elektron. Coulomb pada abad 18 menghitung bahwa 1 coulomb = 6.25 x 10^18 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.........(4.2.2)Dimana:C = CapasitansiQ = MuatanV = TeganganDalam 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)........(4.2.3)Pada saat kapasitor terhubung seri seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.2.1, total kapasitansi C adalah............(4.2.4)Dalam hal ini, kapasitansi tersebut menurun pada saat dihubungkan seri. Namun, karena reaktansi kapasitif berbanding terbalik dengan kapasitansi, total kenaikan reaktansi sebagai kapasitor adalah dihubungkan secara seri.

Gambar 4.2.1 Kapasitor dalam susunan seri

Ketika kapasitor dihubungkan secara paralel, total kapasitansi C adalah

.

Gambar 4.2.2Kapasitor dalam susunan paralel

Seperti yang telah dijelaskan pada percobaan sebelumnya, sebuah kapasitor mempunyai batas tegangan kerja. Pada saat lebih dari satu kapasitor dihubungkan seri, tegangan kerja meningkat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.2.3.

Gambar 4.2.3 Tegangan kerja dari kapasitor yang dihubungkan seri

1. Langkah Kerja :1. Pengukuran kapasitansi dan nilai D dari dua kapasitor 0.1 F (C2,C3)pada Gambar 4.2.5 menggunakan sebuah LCR meter digital. Isilah tabel di bawah ini.Tabel 4.2.1 Hasil Pengukuran kapasitansi dan nilai DC2C3C2,C3seriC2,C3paralel

Kapasitansi

D

1. Hubungkan dua kapasitor secara seri dan ukur total kapasitansi dan nilai D. Isi pada tabel.1. Hubungkan dua kapasitor secara paralel dan ukur total kapasitansi dan nilai D. Isi pada tabel.1. Bandingkan hasilnya dengan nilai yang sudah dihitung. Tentukan total tegangan ketika tegangan kerja 50 V.

1. Data Hasil PercobaanC2C3R2R3C2,C3SeriC2,C3Paralel

Kapasitansi0,105 0,108 100,81,0070,053 0,213

D----33883,1121,3410-6

Tegangan Kerja----10025

Tabel 4.2.2 Kapasitor Seri Dan Paralel

1. Analisa Hasil Percobaan0. Rangkaian 11. Perhitungan Secara Teori1. Perhitungan C2 dan C3Nilai kapasitansi pada C2 dan C3 sesuai dengan nilai kapasitor yang dipasang pada rangkian yakni C2 = 0,1 dan C3 = 0,1 1. Perhitungan Rangkaian C2 dan C3SeriSaat induktor dirangkai seri, total kapasitansinya adalah jumlah dari masing-masing nilai kapasitansi yang dapat dirumuskan:

= Dan menghitung nilai Xc pada rangkaian seri didapat dengan rumus :dengan f = 100 kHz atau 100.000 Hz

1. Perhitungan Rangkaian C2 dan C3ParalelSaat induktor dirangkai paralel, total kapasitansinya adalah jumlah dari masing-masing nilai kapasitansi yang dapat dirumuskan:

0,105 + 0,108 = Dan menghitung nilai Xc pada rangkaian paralel didapat dengan rumus :dengan f = 100 kHz atau 100.000 Hz

1. Perhitungan Rangkaian R2 dan R3SeriSaat resistor dirangkai seri, total resistansinya adalah jumlah dari masing-masing nilai resistor yang dapat dirumuskan:R seri == 100,8 + 100,7= 201,5Dan menghitung nilai D pada rangkaian seri didapat dengan rumus:

1. Perhitungan Rangkaian R2 dan R3ParalelSaat resistor dirangkai paralel, total resistansinya adalah jumlah dari masing-masing nilai resistor yang dapat dirumuskan: == 1. Dan menghitung nilai D pada rangkaian paralel didapat dengan rumus :

1. Perhitungan Tegangan Kerja TotalDiketahui tegangan kerja awal adalah sebesar 50 Volt1. Tegangan kerja untuk C2 C3 seri

1. Tegangan kerja untuk C2 C3 paralel

Tabel 4.2.3 Penghitungan Teori Kapasitor Seri Dan ParalelC2C3R2R3C2,C3SeriC2,C3Paralel

Kapasitansi0,1 0,1 100,8100,70,0530,2

D----

Tegangan Kerja----100V25V

0. Analisa Grafik1. Analisa Grafik Perbandingan Nilai Kapasitansi Seri dan Paralel

Gambar 4.2.4Grafik perbandingan kapasitansi seri dengan paralelDari gambar grafik di atas dapat dilihat bahwa masih terdapat perbedaan antara kapasitansi seri dengan kapasitansi paralelyang dihitung secara teori. Tampak bahwa dengan besar C2 dan C3 yang sama menghasilkan perbedaan besar kapaasitansi antara seri dan parallel. Nilai kapasitansi parallel lebih besar dibandingkan nilai kapasitansi seri. Sehingga, lebih untuk rangkaian kapasitor lebih sering digunakan rangkaian parallel.

1. Analisa Grafik Faktor Disipasi Seri dan Paralel

Gambar 4.2.5 Grafik perbandingan faktor disipasi seri dan paralelFaktor disipasi merupakan kerugian yang ditimbulkan dari bahan dielektrik yang digunakan untuk meningkatkan kapasitansi pada kapasitor. Berdasarkan grafik di atas, dapat simpulkan bahwa faktor disipasi pada rangkaian parallel lebih kecil dibandingkan nilai faktor disipasi pada rangkaian seri. Hal membuktikan bahwa unutk menigkatkan kapasitansi pada kapasitor digunakan rangkaian parallel karena rugi dielektrik yang dihasilkan sedikit atau kecil.1. Analisa Grafik Tegangan Kerja Total

Gambar 4.2.6Grafik perbandingan tegangan kerja total pada kapasitor seri dan paralelBerdasarkan grafik di atas, dapat dilihat bahwa tegangan kerja total kapasitor yang terhubung seri jauh lebih besar dibandingkan pada kapasitor yang terhubung paralel. Hal dapat dilihat kembali pasa besar kapasitansi dimana kapasitansi seri (0,053) lebih kecil dibandingkan besar kapasitansi pada kapasitansi parallel (0,2 F). Hal ini berbanding terbalik dengan tegangan kerja total pada kapasitor. Nilai kapasitansi yang kecil membutuhkan tegangan kerja yang lebih besar,sedangkan nilai kapasitansi yang besar membutuhkan tegangan kerja yang relatif kecil.

1. SimpulanDalam hal ini, kapasitor yang dipasang secara seri memiliki nilai kapasitansi yang menurun atau lebih rendah dikarenakan tegangan yang di alirkan daya tampung seri lebih dari pada paralel. Namun, karena reaktansi kapasitif berbanding terbalik dengan kapasitansi, total kenaikan reaktansi sebagai kapasitor adalah dihubungkan secara seri. Sedangkan pada kapasitor yang dipasang parallel memiliki nilai kapasitansi yang berbeda-beda dikarenakan tegangan yang dialirkan melalui sumber dibagi berdasarkan besarnya nilai masing-masing kapasitor. Pada kapasitor yang dipasang parallel jika ada salah satu komponen kapasitor yang rusak maka hal itu tidak akan mempengaruhi kinerja kapasitor yang lain.