Modul ELDAS
KONDENSATOR/CAPASITOR
Oleh :
Drs. Yunianto SA Meila Zuwari Negara
DINAS PENDIDIKAN PEMUDA DAN OLAHRAGA SALATIGA SMK NEGERI 2 SALATIGA TAHUN 2011
Kegi t n Bel j
A
: Kondens to /C p sito
¡
uju n Kegi t n embel j
£
¢
¡
¤
¡
n
¡
Setelah selesai melaksanakan melaksanak an kegiatan belajar ini, siswa diharapkan dapat: 1. Mengidentifikasi dan membaca nilai kapasitansi Kondensator/Capasitor
serta
membedakan tipenya berdasarkan tulisannya atau kode warna-nya. 2. Menjelaskan setiap jenis Kodensator/Capasitor Kodensator/Cap asitor kegunaannya masing-masing 3. Menghitung nilai kapasitansi Kondensator/Capasitor dirangkai seri. 4. Menghitung nilai kapasitansi Kondensator/Capasitor dirangkai paralel. 5. Menjelaskan
proses
charge
(pengisian)
dan
discharge
(pembuangan)
pada
Kondensator/Capasitor dan dikaitkan dengan hukum Coulomb
B ¥
¦
1
§
¨
i n ¨
©
¨
teri
Pe nger ti
n kapasitor Kapasitor adalah adalah komponen elektronika yang mampu menyimpan arus dan tegangan
listrik untuk sementara waktu. Sperti hal nya juga resistor, kapasitor adalah termasuk salah satu komponen pasif yang banyak digunakan dalam membuat rangkaian elektronika. Adakalanya disebut Kondensator. Seperti hal nya Resistor, komponen Kapasitor juga memiliki nilai satuan yang dinyatakan dengan satuan FARAD.Nama FARAD diberikan sebagai penghargaan kepada penciptanya yang bernama Michail Faraday. Sebuah kapasitor terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan oleh bahan isolator yang disebut dielektrik. Dielektrik dapat
berupa
kertas, film
plastik, keramik, udara
atau ruang
hampa. Pelat aluminium berupa cakram, aluminium foil atau film tipis logam diletakkan ke sisi berlawanan
dari
dielektrik
padat.
Pelat
Konduktor
dielektrik
dapat
digulung
menjadi silinder flat atau kiri
Perhatikan
gambar
di bawah ini, ketika rangkaian diaktifkan, LED memancarkan
cahaya dan dan kapasitor mengisi. Ketika saklar dimatikan stills LED memancarka n cahaya selama beberapa detik karena listrik disimpan dalam kapasitor secara perlahan habis. Ketika telah sepenuhnya
habis listrik itu LED tidak
lagi memancarka n
cahaya. Jika sebuah
resistor diperkenalkan ke sirkuit kapasitor biaya sampai lebih lambat tetapi juga discharge lebih lambat. Apa yang akan terjadi dengan cahaya?
[Type [Type text] text]
2
Sif
t Kap asito r
Kapasitor meneruskan tegangan bolak-balik bolak-balik tetapi tidak meneruskan tegangan t egangan rataratarata . Sifat Kapasitor antara lain dapat: a. menyimpan muatan listrik b. menahan arus searah c. melewatkan arus bolak-balik d. variabel untuk memilih panjang p anjang gelombang yang dikehendaki pesawat radio e. menghindarkan terjadinya loncatan listrik pada rangkaian yang berisi kumparan apabila arus diputarkan. f. menyimpan muatan listrik ukuran kecil 3.
Identifikasi Pembagi an Je nis K apasitor apasitor D an
[Type [Type text] text]
Bahan Pemb u atanny a
a.
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 kutup
b.
positif
anoda
dan
kutup negatif
katoda
Kapasitor Keramik
Pada umumnya kapasitor keramik memiliki bentuk bermacam-macam seperti bentuk tabung, pelat, segi empat, dan lain-lain. Dalam pemakaiannya, kapasitor keramik cukup stabil dan sangat cocok dipakai untuk rangkaian frekiuensi tinggi yaitu untuk melewatkan sinyal frekuensi tinggi ke ground. Kapasitor jenis ini tidak memiliki polaritas, sehingga dalam pemasangannya dapat dibolak-balik, dan umumnya hanya tersedia dengan nilai kapasitansi yang sangat kecil. Namun yang perlu diingat bahwa kapasitor ini mampu bekerja pada rate tegangan dari mulai yang paling kecil k ecil sampai dengan batas ba tas 100 Volt. Nila i kapasitansinya kapasitansin ya biasanya dituliskan dengan d engan kode warna, namun ada kalanya ka lanya menggunakan m enggunakan angga a ngga-angka yang terdapat pada bodinya. c.
Kapasitor Variabel
Kapasitor ini dinegara Jepang disebut sebagai Varicons, biasanya banyak sekali digunakan
sebagai
pemilih
gelombang
pada
radio.
Jenis
dielektriknya
menggunakan udara. Nilai kapasitansinya dapat dirubah dengan cara memutar gagang yang terdapat pada badan k apasitor kekanan atau kekiri d.
Kapasitor Kertas
e.
Kapasitor Tantalum
Merupakan jenis kapasitor elektrolit yang elektrodanya terbuat dari material tantalum. Komponen ini memiliki polaritas, cara membedakannya dengan mencari tanda + atau tanda lainya yang ada pada bodi kapasitor, tanda ini menyatakan bahwa pin dibawahnya memiliki polaritas positif. Diharapkan berhati hati di dalam pemasangan komponen karena tidak boleh terbalik. Karakteristik temperatur dan frekuensi lebih bagus daripada kapasitor elektrolit yang terbuat dari bahan alumunium dan kebanyakan digunakan untuk sistem yang menggunakan sinyal analog. f.
Kapasitor Electrochemical Satu jenis kapasitor lain adalah kapasitor electrochemical. Termasuk kapasitor jenis ini adalah batere dan accu. Pada kenyataanya batere 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 applikasi mobil elektrik dan telepon selular.
g.
Kapasitor Mika
Jenis ini menggunakan mika sebagai seba gai bahan dielektriknya. dielektriknya. Kapasitor Kapa sitor mika mempunyai tingkat kestabilan yang bagus, karena temperatur koefisiennya rendah. Karena frekuensi karakteristiknya sangat bagus, biasanya kapasitor ini digunakan untuk un tuk rangkaian rangkaia n resonansi, filter fil ter untuk frekuensi tinggi dan rangkaia ra ngkaian yang menggunakan tegangan tinggi misalnya: radio pemancar yang menggunakan
[Type [Type text] text]
tabung trans trans stor. Kapas Kapas tor mika tidak me mempuny mpunyai nilai kapas kapasitans itansi yang tinggi.
4.
Identifi asi Beragam Nilai Kapasit r Berdasar an Kode
5.
Fungsi
a.
Kapasitor dan Penerapann a
Sebagai Se bagai pe penghubung (coup ng) yang me m enghubungkan mas masing ing--ma massing bagian dalam suatu
!
rangkaian. b.
Memi missahkan arus arus bolak bolak--balik dari arus arus se searah. arah.
c.
Sebagai Se bagai filter yang dipakai pada rangkaian catu day daya.
d.
Sebagai Se bagai pe pembangkit fre freku kue ensi dalam rangkaian pe peman manccar.
e.
Mengh nghe emat day daya li strik dalam rangkaian lampu TL.
f.
mence cegah gah lonc loncatan bunga api lis li strik pada rangkaian yang me mengandung kumparan, bila tiba--tiba tiba
6.
arus li arus lisstrik diputus diputuskan dan diny dinyalakan
Membaca Nilai Kapasitor Konde Kondensator/Capa it or Keramik, kapas kapasitas itas
y
"
4
= 1 x 10 pF = 100. 100.000 pF = 100 nF = 0.1 µ F/ 25 V Kapas Kapasitas itas = 100 nF = 0.1 µF tegangan ke ker ja ja 25 Volt
Polystyren lystyrene Capacit Capacit ors
C
= 102 = 1000 pF = 1 nF
= 0.001 µF
C = 4700 pF = 4. 7 n F = 4n 7 F C = 1 pF
[Type text
Capasit or Mika, kapas Konde Kondensator/Capasit kapasitas itas
= 22 x 103 pF = 22. 22.000 pF = 22 nF/100 V Kapas Kapasitas itas = 22 nF, te tegangan ke ker ja ja AC 100 Volt. Kegunaan untuk: Filte ilter, Kopling, Blok te tegangan DC.
223
C = 0.1 µF
100
= 100 nF
V
Gambar 24
: F ixed ixed Capasit r . $
Capas Capasitor polyes polyestter I
II
III
IV IV
C=0.1 µF µF 0% 0% 100 V V a ac
V
ange, Hitam, Merah Coklat, Hitam, Or ange Capasit or I, II dan III = Kode Kode Capasit
IV = Tole Tolerans ransi V = Te Tegangan Ke Ker ja ja
C=220 nF F 0% 0% 100 V Gambar 25:
C = 10000 pF 0% 100 Volt ng V olt age) age) = 100 nF 0% 100 Volt (W orki ng
= 0.1 µF 0% 100 V ac.
C = Merah, Merah, Kuning Hitam, Hitam, Merah C = 220000 pF 0% 100 V = 220 nF 0% 100 V
[Type text
#
Cap. Poly ester
b) Kondensator/Capas Kondensator/Capasit or Polar
Simbol
Gambar 26.
El ectr oly t ectr oly t Capacit or s (ELCO)
Capasit or Polar elektrodany Konde Kondensator/Capasit ktrodanya mempuny mpunyai dua kutup, yakni kutub Capasit or ini dipas pos positif (+ (+) dan kutub ne negatif ((-). Apabila Capasit dipasang pada rangkaian
elektronoka, maka pe p emas masanganny angannya tidak bole boleh terbalik. Salah satu contony ontonya Capasit or elektrolit atau elko, Tantalum. Nilai kapas adalah Capasit kapasitas itas maks maksimum dan
kutub kutub kutubn kutubny ya sudah te terte rtera pada bodi kompone komponen te tersebut. sebut.
-
+ 1 µF/ 50 Volt
10 µF/ 16 Volt Gambar 27.
Ber baga bagai Capasit or El c c o.
Ele Elektrolit Konde Kondensator (Elko) kapas kapasitas itasnya 10 µF = 10 µF/ 16 Volt 16 V
Kapas Kapasitas itasnya = 10 µF = 10. 10.000 nF = 10. 10.000. 000.000 pF Tegangan ke ker ja ja DC = 16 Volt maks maksimum.
[Type text
%
Tant alum alum Bead Capacit or s
Biru, AbuAbu-abu,Hi jau jau titik Putih C=68 C=68
µF
Biru, AbuAbu-abu,Hi jau jau titik Hitam C=6 C= 6.8 µF Biru, AbuAbu-abu,Hi jau jau titik Abu2 Abu2 C=0 C=0.68 µF
Gambar 28.
Tant alum alum Capasit or
Capasit Capasit or jeni Board rd Kompute jeniss ini bany banyak dipakai pada rangkaian Mother Boa Komputer, jeni jeniss Capasit Capasit or pol pol ar yang kuat de dengan ukuran fis fisik kec kecil. il.
1. Kegunaan masing Kondensator/ Kondensator/Capas Capasit or a) untuk Filter /pe /penyaring b) untuk Kopling/pe Kopling/penghubung antar rangkaian
Gambar 29
T ri ri mer Capasit or
uni ng ng a) untuk Fi ne T uni
b) untuk Oscil at or
[Type text
&
Gambar 30.F ixed ixed Capasit or
uni ng ng a) T uni
b) Oscil at or
Gambar 31.
Vari abl abl e Capasit or
ELCO ank Capa Capasit sit or a) Bank
b) Filter ank Pow Power er c) Bank
ELCO
Gambar 32.
ELCO a) Filter ank Pow Power er b) Bank Mother Boa Board rd PC PC
Gambar 33.
[Type text
'
Tant alum alum
2. Rang aian Seri Kondensator/Capas Kondensator/Capasit or )
Capasit or bila dirangkai seri Konde Kondensator/Capasit seri nilai kapas kapasitas itasnya berbanding
terbalik de dengan nilai mas masinging-mas masing, semakin semakin bany banyak rangkaianny rangkaiannya semakin semakin kecil ecil nilai kapas kapasitany itan ya, te tetapi te tegangan ke ker jan jany ya bertambah bes besar. ar.
C1
C2
Gambar 34.
3.
p
Capasit or Seri
Rang aian Paralel. 0
Capasit or yang Konde Kondensator/Capasit
dirangkai
parale paralel nilai kapas kapasitas itasnya
akan
bertambah bes besar ar dan me merupakan j rupakan jumlah umlah dari nilai mas masing-mas masing, akan te tetapi tegangan ke ker jan jany ya tidak be berubah.
C1 Cp = C1 C1 + C1 = 2 µF + 2 µF = 4 µF
C2
Cp = 1 nF + 1 nF = 2 nF Gambar 35.
4.
Pengisian dan Pengosongan Kondensator/ Kondensator/Capas Capasit or Capasit or a). Ene Energi Pada Capasit
[Type text
(
Capasit or Par al al el.
Capasitor yang sudah diisi (ch (charged arged adalah semacam reservoir energi 1
(charging) . dalan pengisian (ch
Hal ini jelas sebab apabila pelat-pelat Capasitor tersebut kita hubung singkat dengan suatu penghantar maka akan terjadi pengosongan ( d disch i scharging) pada Capasitor 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 Capasitor , ternyata tegangan pada Capasitor itu akan berubah-ubah seperti pada tabel dan gambar di bawah ini. abel 6 l 6. T abe
V an Q 2
Gambar
V ( volt )
Q ( coulomb)
0
0
2
2
4
4
6
6
8
8
10
10
36 : antara Muatan an energi pa a Capasitor 2
2
Hubungan antara Q dan V merupakan garis lurus (linear ), ), maka energi yang tersimpan dalam Capasitor merupakan luas daerah grafik sebelah bawah.
[Type [Type text] text]
Jadi:
WC ! WC
Q V
kare karena Q = C.V C.V, maka dipe diperole roleh :
2 1
!
C V
2
2
, atau
WC
1
Q2
2
C
!
keterangan : WC
Capasit or dalam joule joule = en ergi yang te tersimpan ole oleh Capasit
C
= kapas kapasitans itan si dalam farad
V
Capasit or dalam volt = te tegangan Capasit
Q
Capasit or dalam coulomb = muatan Capasit
Capasit or b). Pe Pengis ngisian dan Pe Pengos ngosongan Capasit
Ada dua hal yang
Capasit or yaitu pada saat harus harus dipe diperhatikan pada Capasit
pengis ngisian dan pe pengos ngososngan muatan.
Rangkai an an P engi si an an & P engosongan Capasit or
V = 10 volt
Gambar 37.
1
2
10 volt
Pada saat saklar S dihubungkan ke ke pos posisi 1 maka ada rangkaian te tertutup Capasit or C. Arus antara te tegangan V, saklar S, tahanan R, dan Capasit Arus akan Capasit or melalui tahanan R. Hal ini akan mengalir dari sumbe umber tegangan Capasit Capasit or . Dengan men yebabkan yebabkan naikny naiknya p erbe rbedaan pote potensial pada Capasit
demikian, arus arus akan me menurun sehingga sehingga pada suatu saat te tegangan sumbe umber Capasit or . Akan te akan sama de dengan pe perbe rbedaan pote potensial pada Capasit tetapi arus arus
akan me menurun sehingga sehingga pada saat te tegangan sumbe umber sama de dengan Capasit or dan arus perbe rbedaan pote potensial pada Capasit arus akan be berhe rhenti me mengalir (I = Capasit or bentuk0). Proses Proses tersebut sebut dinamakan pe pengis ngisian Capasit ntuk-bentuk arus arus.
[Type text
3
Capasit or tersebut Tegangan pada proses proses pengis ngisian Capasit sebut dapat digambarkan
sebagai sebagai be berikut V = 10 volt
1 2
10 volt
Gambar 38.
Posi si Saklar 1 (ON)
Pada saat t0 , saklar S dihubungkan ke ke pos posisi satu sehingga sehingga arus arus akan mengalir di dalam rangkaian, sedangkan sedangkan Vc = 0. pada saat t0 sampai t3 Capasit or , arus ter jadi jadi proses proses p engis ngisian Capasit arus akan me menurun kare karena perbe rbedaan Capasit or (Vc) akan be pote potensial pada Capasit bertambah bes besar. ar. Pada saat t4 apasit or akan sama de perbe rbedaan pote potensial pada Capasit dengan te tegangan sumbe umb er. Capa sit or tersebut Jadi arus arus I sama de dengan te tegangan nol (ini be berarti Capasit sebut sudah
dimuati/diis dimuati/diisi muatan). Grafik arus aru s dan te tegangan yang te ter jadi jadi me merupakan fungs fungsi ekspone ponensial. Kemudian saklar S dihubungkan ke ke pos posisi 2 sep seperti pada gambar di bawah ini. I
t l o v 0 1 = V
Gambar 39.
VC
Posi si Saklar 2 (Off)
Capasit or , arus Proses Proses yang te ter jadi jadi sekarang sekarang adalah pe pengos ngososngan Capasit arus yang
mengali sekarang sekarang adalah be berlawanan arah (ne (n egatif ) terhadap arus arus pada saat pe pengis ngisisan, sehingga sehingga bes besarn arny ya tegangan pada R (V (VR) juga juga ne negatif. Capasit Capasit or akan me menge ng embalikan ke kembali en ergi lis listrik yang dis disimpanny impannya
dan ke kemudian dis disimpan ke ketahanan R. Pada saat t5, saklar S dihubungkan Capasit or mas pada pos posisi 2. pada saat itu Capasit masih pe p enuh muatanny muatannya. Kare Karena itu
arus arus akan me mengalir me melalui tahanan R. Pada saat t6 sampai t8 ter jadi jadi proses proses Capasit or , tegangan Capasit Capasit or akan me pengos ngosongan Capasit menurun sehingga sehingga arus arus
[Type text
4
yang melalui tahanan ta hanan R akan aka n menurun. menurun. Pada saat sa at t9, Capasitor sudah membuang seluruh muatannya (Vc = 0) sehingga demikian aliran arus pun berhenti T1 (I = 0). Dalam penyelidikan ternyata waktu yang diperlukan untuk pengisian Capasitor dan waktu yang diperlukan untuk pengosongan Capasitor
tergantung pada besarnya kapasitansi yang bersangkutan dan tahanan yang dipasang seri terhadap Capasitor tersebut. Waktu pengisian Capasitor dan waktu pengosongan Capasitor tersebut disebut konstanta
waktu (time constant ) yang rumusnya adalah:
t = R.C dimana: t = konstanta waktu dalam detik R = konstanta dalam Ohm () C = kapasitansi dalam farad
Setelah RC detik, besar tegangan pada Capasitor yang sedang diisi muatan akan mencapai 63
[Type [Type text] text]
5
dari harga tegangan pada saat pengisian penuh.
Sedangkan Sedangkan
te tegangan yang
te terdapat pada Capas Capasitor yang
sedang sedang
membuang muatan set setelah RC de detik akan turun sehingga sehingga me mencapai 37% dari harga te tegangan pada saat pe pengis ngisian pe penuh.
V3 V2 V1 = Pe Pengis ngisian = Pe Pengos ngosongan
t Gambar 40. Gr af af i i k
2t
3t
4t
5t
P engi si an an & P engosongan Capasit or
K eter angan: eter angan: t
k = R.C deti k
P engosongan : V 1
=
V 2
=
V 3
=
V 0
!
e
V 1
!
e V 2 e
!
0,37V o
!
37%
0,37 0,37V o
!
14%
0,37 0,37 0,37V o
!
5%
P engi si an an :
[Type text
6
V 1
= 100%.V 0 0 V 1 = 100% V 0 0 37%V 0 0 = 63%. V 0 0
V 2
= 100%.V 0 0 V 2 = 100% V 0 0 14%V 0 0 = 86%. V 0 0
V 3
= 100%.V 0 0 V 3 = 100% V 0 0 5%V 0 0 = 95%. V 0 0
a.
Rangkuman
1. Kondensator disebut juga Capasitor , notasinya ditulis dengan huruf C. 2. Kondensator/Capasitor adalah komponen pasif yang memiliki dua elektroda, dapat menyimpan muatan listrik kapasitasnya dinyatakan dalam satuan Farad (F), 1 F = 1.000.000 µF ; 1 µF = 1.000 nF dan 1 nF = 1.000 pF. 3. Banyaknya muatan listrik per detik dinyatakan dalam Coulomb (Q). 4. Kondensator Kondensator non polar memiliki elektroda yang tidak ada polaritasnya, sehingga pemasangannya boleh balak-balik, disamping memiliki nilai kapasitas juga memiliki tegangan kerja AC. 5. Kondensator polar memiliki dua elektroda yang berbeda polaritasnya, yang satu bermuatan « + » dan elektroda yang lain bermuatan «-», pemasangannya tidak boleh terbalik, disamping memiliki kapasitas juga memiliki tegangan kerja DC. 6. Kegunaan Kondensator non polar untuk : Filter ; Kopling ; Blocking DC 7. Kegunaan Kondensator polar : Filter, Kopling, Bank Capasitor, Bank Power. 8. Kondensator yang dirangkai seri nilai kapasitasnya akan mengecil sebanding dengan nilai masing-masing, akan tetapi tegangan kerjanya bertambah besar sejumlah tegangan kerja masing-masing. 9. Kondensator yang dirangkai paralel kapasitasnya merupakan jumlah dari nilai masing-masing, akan tetapi nilai kapasitasnya tetap sama dengan yang tertera dalam komponen tersebut. 10. Muatan Capasitor pada saat t = R.C akan terisi/terbuang = 50
[Type [Type text] text]
y
Pada saat t = 2 RC akan terisi/terbuang = 63
y
Pada saat t = 3 RC akan terisi/terbuang = 86
y
Pada saat t = 4 RC akan terisi/terbuang = 95
y
Pada saat t = 5 RC akan terisi/terbuang = 100
8
9
@
A
7