Kapasitor

Kapasitor adalah komponen pasif, notasinya dituliskan dengan huruf C berfungsi

untuk menyimpan energi listrik dalam bentuk muatan listrik banyaknya muatan listrik per

detik dalam satuan Qoulomb (Q). Kemampuan Kapasitor/Capasitor dalam menyimpan

muatan disebut kapasitansi yang satuannya adalah Farad (F),

Pada perinsipnya kapasitor terdiri dari dua keping konduktor yang dipisahkan oleh

bahan penyekat yang disebut bahan dielektrik, fungsi zat dielektrik adalah untuk

memperbesar kapasitansi kapasitor diantaranya adalah: keramik, kertas, kaca, mika,

polyister dan elektrolit tertentu.

Disamping memiliki nilai kapasitas menyimpan muatan listrik kapasitor juga

memiliki batas tegangan kerja (working Voltage) maksimum yang dicantumkan nilainya

pada komponen. Pada dasarnya sebuah kapasitor terdiri dari dua buah plat penghantar

yang dipisahkan oleh sebuah isolator, seperti gambar di bawah ini.

Gambar 1 . Konstruksi sebuah Kondensator

Secara umum ada beberapa fungsi dari kapasitor, yaitu :

a. menyimpan energi listrik dalam bentuk muatan listrik

b. sebagai penyaring / filter

c. menghubung singkat sebuah tahanan untuk arus AC

d. sebagai kopel atau penghubung sinyal dari satu sirkit ke sirkit yang lain

e. pembangkit sinyal atau gelombang (selain bentuk sinus)

f. melewatkan arus rata

g. sebagai variabel untuk memilih panjang gelombang yang dikehendaki

h. menekan terjadinya loncatan api listrik.

Kapasitor meneruskan tegangan bolak balik tetapi tidak meneruskan tegangan rata

(DC) sehingga kapasitor juga digunakan untuk mentransformasikan tegangan bolak balik.

Kapasitor akan menahan perubahan tegangan yang lewat dan memberikan resistansi

Gambar 2. (a) Simbol dan contoh kapasitor non polar (b) simbol dan contoh kapasitor polar

(a)(b)

yang amat besar terhadap arus searah oleh dielektrikum. Kemampuan kapasitor untuk

menyimpan energi listrik disebut dengan kapasitansi dan satuannya dinyatakan dalam

farad (F). 1 Farad adalah kemampuan kapasitor untuk menytimpan muatan listrik 1

coulomb apabila diberikan tegangan 1 V. Beberapa satuan kapasitor yang sering

digunakan adalah sebagai berikut :

1pF (piko) = 10-12F

1nF (nano) = 10-9F

1µF (mikro) = 10-6F

1mF (milli) = 10-3F

1. Jenis-jenis kapasitor

Jika kita membedakan kapasitor berdasarkan polaritasnya, maka kapasitor ada

dua macam, yaitu kapasitor polar dan non polar. Kapasitor polar adalah kapasitor yang

mempunyai dua kutub yaitu kutub positif dan kutub negatif (contoh kapasitor elektrolit),

sedangkan kapasitor non polar adalah kapasitor yang tidak memiliki polaritas atau kutub

(contoh kapasitor keramik, milar dll).

Selain kedua jenis kapasitor yang disebutkan berdasarkan polaritasnya diatas,

kapasitor juga dapat dibedakan menjadi kapasitor tetap dan kapsitor variabel.

a. Kapasitor tetap

Kapasitor tetap ialah kondensator yang nilai kapasitasnya tetap. Kondensator tetap

dibuat berdasarkan bahannya atau dielektrikumnya, seperti kertas, keramik, milar, mika,

dan elektrolit.

1) Kapasitor keramik

Kapasitor ini menggunakan bahan keramik sebagai bahan dielektrikumnya dan

mempunyai kapasitansi sekitar 2,2pF sampai dengan 100nF. Kapasitor ini tidak

mempunyai polaritas, banyak digunakan pada rangkaian frekuensi tinggi dan

menengah.

2) Kapasitor mika

Kapasitor ini menggunakan bahan mika sebagai bahan dielektrikumnya dan

mempunyai kapasitansi sekitar 2,2pF sampai dengan 10nF. Kapasitor ini tidak

mempunyai polaritas, banyak digunakan pada rangkaian frekuensi tinggi dan

menengah.

3) Kapasitor mylar

Kapasitor ini menggunakan bahan mylar sebagai bahan dielektrikumnya dan

mempunyai kapasitansi dibawah 1µF. Kapasitor ini tidak mempunyai polaritas,

banyak digunakan pada rangkaian frekuensi tinggi dan frekuensi rendah.

4) Kapasitor polyster

Kapasitor ini menggunakan bahan polyester sebagai bahan dielektrikumnya dan

mempunyai kapasitansi sekitar 10nF sampai dengan 2,2µF. Kapasitor ini tidak

mempunyai polaritas, banyak digunakan pada rangkaian frekuensi tinggi dan

menengah.

5) Kapasitor elektrolit (elco)

Kapasitor elektrolit mempunyai kutub positif dan kutub negatif. Kapasitor jenis ini

hanya dapat digunakan pada rangkaian yang meggunakan arus searah. Posisi

pemasangannya tidak boleh terbalik antara kedua kutubnya. Dielektrikum dari

kapasitor ini adalah sebuah selaput oksida yang melapisi elektroda (kutub) positif,

tebal lapisanelektrodanya adalah 0,0001mm. Kapasitor jenis ini berfungsi sebagai

perata denyut arus listrik, banyak digunakan pada rangkaian catu daya.

b. Kapasitor variabel

Kapasitor variable adalah kapasitor yang nilai kapasitasnya dapat diubah-ubah.

kondensator variabel dielektrikumnya terbuat dari mika, plastik atau udara. Contoh dari

jenis kapasitor ini adalah Varco dan Trimmer. Nilai kapasitor jenis ini biasanya berkisar

antara 25pF sampai dengan 500pF. Kapasitor jenis ini biasanya digunakan untuk menala

(tuning) pada alat komunikasi (pemancar dan penerima radio).

(a) (b)

Gambar 3. (a)simbol dan bentuk kapasitor trimmer (b) simbol dan bentuk kapasitor varco

2. Kapasitansi kapasitor

Kapasitansi adalah kemampuan kapasitor untuk menyimpan arus listrik atau energy listrik.

Hal ini ditentukan oleh dimensi atau ukuran dan jenis dielektrikum yang digunakan.

Kapasitas sebuah kondensator adalah sebanding dengan luas pelat-pelat yang

membentuk kondensator tersebut. Semakin luas pelat-pelatnya semakin besar

nilai kapasitansinya. Nilai kapasitansi berbanding terbalik dengan jarak dari

pelat-pelatnya. Semakin kecil jarak kedua plat itu, semakin besar nilai

kapasitansinya. Sebaliknya semakin jauh jarak kedua plat itu, semakin kecil

nilai kapasitansinya. Nilai kapasitansi sebuah kondensator juga sebanding

dengan konstanta dielektrikum dari bahan isolator yang dipasang antara

kedua plat itu. Jika nilai konstanta dielektrikumnya mempunyai nilai yang

besar, maka nilai kapasitansinya besar.

Untuk mengetahui besarnya nilai dari sebuah kapasitor dapat kita

lakukan dengan:

a. Membaca pada bodi kapasitor

Sebuah kondensator keramik dengan kode 102

Sebuah kapasitor milar dengan kode 223 100V, maka kapasitasnya

adalah

22 x 103pF = 22000pF atau 22nF dengan tegangan kerja 100V.

Kode kapasitor 562 J 100 V, artinya besarnya kapasitansi 56 x 102pF,

J: besarnya toleransi 5%, 100 V, kemampuan tegangan kerja 100 Volt.

100 nJ, artinya besarnya kapasitansi 100 nF, J: besarnya toleransi 5%

102 terdiri dari 3 angka yaitu 1, 0, dan 2 (banyaknya angka nol),

sehingga untuk kapasitor keramik dengan kode 102 memiliki nilai

1000pF = 1nF = 0,001µF

Kode kapasitor 100 uF 50 V, artinya besarnya kapasitansi 100 uF,

besarnya tegangan kerja 50 Volt.

Tabel Kode Angka dan Huruf pada Kondensator.

Kode Angka

Gelang 1(Angka

pertama)

Gelang 2(Angka kedua)

Gelang 3(Faktor pengali)

Kode huruf(Toleransi %)

0 - 0 1

F = 1G = 2H = 3I = 4J = 5

K = 10M = 20

1 1 1 101

2 2 2 102

3 3 3 103

4 4 4 104

5 5 5 105

6 6 6 106

7 7 7 107

8 8 8 108

9 9 9 109

b. Membaca dengan kode warna

Tabel Kode Warna pada Kondensator Polikarbionat Metal

Warna

Gelang 1(Angka

pertama)

Gelang 2(Angka kedua)

Gelang 3(Faktor pengali)

Gelang 4(Toleransi

)

Tegangan Kerja

Hitam - 0 1 ± 20%

Coklat 1 1 101 100 V

Merah 2 2 102 ± 2% 200 V

Oranye 3 3 103

Kuning 4 4 104 400 V

Hijau 5 5 105 ± 5%

Biru 6 6 106 650 V

Ungu 7 7 107

Abu-abu 8 8 108

Putih 9 9 109 ± 10%

Arah pembacaan kode warna

Dari hasil pembacaan kapasitor disamping didapatkan

secara berturut-turut coklat, hitam, orange, hitam, merah.

Coklat = 1, hitam = 0, orange = 000, hitam = 20%, merah

= 200V, sehingga hasilnya adalah 10000±20% dengan

tegangan kerja 200V.

Besarnya kapasitas (C) kapasitor dinyatakan sebagai perbandingan antara jumlah

muatan (Q) tiap penghantar dengan tegangan (V) diantara kedua penghantar tersebut.

C = Q / V

Dimana C = Kapasitas kapasitor (Farad)

Q = Jumlah muatan listrik (Coulomb)

V = Tegangan (Volt)

3. Rangkaian kapasitor

a. Rangkaian seri

Rangkaian seri kapasitor adalah rangkaian atau susunan kapasitor secara deret,

dimana denga rangkaian ini, nilai kapasitasi kapasitor akan semakin kecil.

Kapasitansi kapasitor rangkaian seri dapat kita cari dengan menggunakan rumus:

Untuk dua buah kapasitor

Untuk kapasitor yang lebih dari dua buah

Tujuan kapasitor dihubungkan secara seri adalah untuk meningkatkan kemampuan

menahan tegangan listrik dan memperkecil kapasitansi kapasitor.

Kapasitas pengganti dari gambar diatas adalah sebagai perbandingan muatan

yang pindah dengan perbedaan tegangan V1, V2, dan V3.

Dari gambar diatas pula dapat kita hitung muatan pengganti (Qp), muatan (Q) tiap

kapasitor, besarnya tegangan sumber (VDC), besarnya tegangan pada tiap

kapasitor.

Q1 = C1 x V1 dimana V1 = Q1/C1

Q2 = C2 x V2 dimana V2 = Q2/C2

Bila beberapa buah kapasitor disusun secara paralel dan

dihubungkan ke sumber tegangan (V), maka jumlah muatan

seluruhnya (Qp) sama dengan jumah muatan-muatan kapasitor

itu. Salah satu sifat rangkaian paralel adalah tegangan pada tiap-

tiap kapasitor sama dengan tegangan sumber yang dihubungkan

dengan rangkaian

Q3 = C3 x V3 dimana V3 = Q3/C3

Sehingga VDC = V1 + V2 + V3 dan Qp = Q1 = Q2 = Q3

b. Rangkaian paralel

Rangkaian paralel kapasitor adalah rangkaian atau susunan kapasitor secara jajar,

dimana dengan rangkaian ini, nilai kapasitansi kapasitor akan semakin besar.

Kapasitansi kapasitor rangkaian paralel dapat kita cari dengan menggunakan

rumus:

Cp = C1 + C2 + C3….+Cn

Tujuan kapasitor dihubungkan secara paralel adalah untuk memperbesar

kapasitansi kapasitor.

Pada rangkaian diatas, tegangan pada tiap-tiap kapasitor sama dengan tegangan

sumber.

VDC = V1 = V2 = V3 dimana Q = V x C

Qp = Q1 + Q2 + Q3

c. Rangkanian seri paralel

Rangkaian seri paralel kapasitor merupakan rangkaian gabungan dari kedua jenis

rangkaian sebelumnya, untuk menghitung besarnya kapasitansinya dapat kita

lakukan dengan menyelesaikan cabang-cabang rangkaian yang paling sederhana.

4. Pengisian dan pengosongan kapasitor

a). Energi Pada Kapasitor

Jika sebuah kapasitor diberi muatan, sesungguhnya yang terjadi adalah

pemindahan muatan listrik dari satu bidang kapasitor kebidang lain. Kapasitor

yang sudah diisi (charged) adalah semacam reservoir energi dalam pengisian

(charging). Hal ini jelas sebab apabila pelat-pelat kapasitor tersebut kita

hubung singkat dengan suatu penghantar maka akan terjadi pengosongan

(discharging) pada kapasitor yang akan menimbulkan panas pada penghantar

tersebut.

Energi yang dibutuhkan untuk memindahkan muatan 1 coulomb pada

tegangan 1 volt adalah sebesar 1 joule.

W = Q . V

Sewaktu mengisi dan menbuang muatan kapasitor, ternyata tegangan

pada Capasitor itu akan berubah-ubah seperti pada tabel dan gambar di

bawah ini.

Gambar 4. Hubungan antara Muatan dan energi pada Kapasitor

Hubungan antara Q dan V merupakan garis lurus (linear), maka energi yang

tersimpan dalam Capasitor merupakan luas daerah grafik sebelah bawah.

W = ½ Q x V dimana Q = C x V

Sehingga W = ½ C x V2 atau W = ½ x Q2/C

V (volt

)

Q (coulom

b)0 02 24 46 68 810 10

keterangan : W = energi yang tersimpan oleh Capasitor dalam joule C = kapasitansi dalam farad V = tegangan Capasitor dalam volt Q = muatan Capasitor dalam coulomb

b) Pengisian dan Pengosongan Capasitor

Ada dua hal yang harus diperhatikan pada Capasitor yaitu pada saat

pengisian dan pengososngan muatan.

Pada saat saklar S dihubungkan pada posisi 1, maka akan terbentuk

rangkaian tertutp yang terdiri dari sumber tegangan VDC, saklar S, tahanan R,

dan kapasitor C. Arus akan mengalir dari sumber tegangan kekapasitor melalui

R, hal ini akan menyebabkan naiknya perbedaan potensial pada kapasitor.

Dengan demikian, arus akan menurun sehingga pada suatu saat tegangan

sumber akan sama dengan perbedaan potensial pada kapasitor. Akan tetapi

arus akan menurun sehingga pada saat tegangan sumber sama dengan

perbedaan potensial pada kapasitor dan arus akan berhenti mengalir (I = 0).

Proses ini disebut dengan proses pengisian kapasitor.

Pada saat saklar S dihubungkan pada posisi 2, maka akan terbentuk

rangkaian tertutup anatara saklar S, R, dan C. Pada saat itu, arus yang

mengalir merupakan arus kapasitor dan berlawanan arah dengan sumber arus,

sehingga besarnya tegangan pada R (VR) juga negatif. Kapasitor akan

mengembalikan energi listrik yang tersimpan melalui tahanan R. Tegangan

kapasitor akan menurun sehingga arus yang melalui tahanan R juga menurun.

Hal ini akan berlangsung hingga kapasitor membuang seluruh muatannya

(VC=0) dan I=0 (berhenti mengalir).

Jumlah waktu yang diperlukan untuk pengisian dan pengosongan

kapasitor bergantung pada besarnya kapasitansi kapasitor dan besarnya

tahanan yang tepasang seri terhadap kapasitor. Waktu pengisian dan

pengosongan kapasitor disebut konstanta waktu (time constanta) dengan

rumus :

t = R x C

t = konstanta waktu (detik),

R = tahanan (ohm),

C = kapasitansi kapasitor (faraf)

Gambar. Kurva hubungan V dan t dalam proses pengisian dan pengosongan