MAKALAH BAHAN ELEKTRIK KAPASITOR
Disusun Oleh : Novi Wahyu Ningseh (13030224007) Bibi Maria Umma (13030224016) Irene Saraswati S (13030224020) Dita Puji Issriza (13030224023)
UNEVERSITAS NEGERI SURABAYA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
JURUSAN FISIKA 2016 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kapasitor berperan penting dalam suatu rangkaian elektronik. Artinya suatu rangkaian elektronik mengandung satu atau beberapa kapasitor.
Di pasaran Indonesia pada umumnya kapasitor yang dijual dipasaran harus diakui bahwa kualitasnya kurang baik. Kurang baik disini berarti mempunyai toleransi yang cukup besar, sehingga nilai suatu kapsitor dapat berada jauh diatas atau dibawah nilai yang seharusnya. Dari beberapa kapasitor dengan nilai yang tertulis sama, sebenarnya mempunyai nilai yang berbeda-beda. Untuk memilih kapasitor dengan nilai yang sesuai dengan keinginan pemakai perlu digunakan alat ukur kapasitansi untuk membandingkan nilai kapasitor-kapasitor tersebut. Maka dari itu makalah ini akan membahas secara lengkap tentang kapasitor. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang diatas maka rumusan masalah sebagai berikut : 1. Jelaskan pengertian kapasitor? 2. Bagaimana prinsip pembentukan kapasitor? 3. Apa saja jenis-jenis kapasitansi? 4. Apa saja macam-macam kapasitor sesuai bahan dan kegunaannya? 5. Bagaimana karakteristik kapasitor? 6. Bagaimana cara membaca kapasitansi? 7. Bagaimana aplikasi kapasitor dalam kehidupan sehari-hari? 1.3 Tujuan 1. Menjelaskan pengertian kapasitor 2. Menjelaskan prinsip pembentukan kapasitor 3. Menjelaskan jenis-jenis kapasitansi 4. Menjelaskan macam-macam kapasitor sesuai bahan dan kegunaannya 5. Menjelaskan karakteristik kapasitor 6. Menjelaskan aplikasi kapasitor dalam kehidupan sehari-hari.
BAB II PEMBAHASAN 2.1.
Kapasitor Kapasitor ialah komponen elektronika yang mempunyai kemampuan menyimpan elektron-elektron selama waktu yang tidak tertentu. Kapasitor berbeda dengan akumulator dalam menyimpan muatan listrik terutama tidak terjadi perubahan kimia pada bahan kapasitor, besarnya kapasitansi dari sebuah kapasitor dinyatakan dalam farad. Pengertian lain Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan dan melepaskan muatan listrik. 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, fenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif di awan. Kemampuan untuk menyimpan muatan listrik pada kapasitor disebuat dengan kapasitansi atau kapasitas.
Gambar 1 Struktur kapasitor Kapasitansi didefenisikan 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 = CV Keterangan : Q : muatan elektron dalam C (Coulombs) C : nilai kapasitansi dalam F (Farads) V : besar tegangan dalam V (Volt)
(1)
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 rumusan dapat ditulis sebagai berikut : C = (8.85 x 10-12) (k A/t)
(2)
Berikut adalah tabel contoh konstanta (k) dari beberapa bahan dielektrik yang disederhanakan. Tabel 1.1 Konstanta bahan dielektrik Bahan Udara vakum Alumunium oksida Gelas
Nilai (k) 1 8 8
Keramik Polyethylene
100-1000 3
Untuk rangkaian elektronik praktis, satuan farads adalah sangat besar sekali. Umumnya kapasitor yang ada di pasar memiliki satuan
μ F (10-6 F), nF (10-9 F) dan
pF (10-12 F). Konversi satuan penting diketahui untuk memudahkan membaca besaran sebuah kapasitor. Misalnya 0,047 μ F dapat juga dibaca sebagai 47nF, atau contoh lain 0, nF sama dengan 100pF.
2.2.
Prinsip Pembentukan Kapasitor Jika dua buah plat atau lebih yang berhadapan dan dibatasi oleh isolasi, kemudian plat tersebut dialiri listrik maka akan terbentuk kondensator (isolasi yang menjadi batas kedua plat tersebut dinamakan dielektrikum). Bahan dielektrikum yang digunakan berbeda-beda sehingga penamaan kapasitor berdasarkan bahan dielektrikum. Luas plat yang berhadapan bahan dielektrikum dan jarak kedua plat mempengaruhi nilai kapasitansinya. Pada suatu rangkaian yang tidak terjadi kapasitor liar. Sifat yang demikian itu disebutkan kapasitansi parasitic. Penyebabnya adalah adanya komponen-
komponen yang berdekatan pada jalur penghantar listrik yang berdekatan dan gulungan-gulungan kawat yang berdekatan.
Gambar 2 Dielektrikum Gambar diatas menunjukan bahwa ada dua buah plat yang dibatasi udara. Jarak kedua plat dinyatakan sebagai d dan tegangan listrik yang masuk. 2.3.
Jenis-Jenis Kapasitor Kapasitor terdiri dari beberapa tipe, tergantung dari bahan dielektriknya. Untuk lebih sederhana dapat dibagi menjadi 3 bagian, yaitu kapasitor electrostatic, electrolytic dan electrochemical.
2.3.1 Kapasitor elektristatik Kapasitor electrostatic adalah kelompok kapasitor yang dibuat dengan bahan dielektrik dari keramik, film dan mika. Keramik dan mika adalah bahan yang populer serta murah untuk membuat kapasitor yang kapasitansinya kecil. Tersedia dari besaran pF sampai beberapa
μ F, 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. a. Ceramic Capacitor
Gambar 3 Ceramic Capacitor Kapasitor
menggunakan
bahan titanium acid
barium untuk dielektrik-
nya. Karena tidak dikonstruksi seperti koil maka komponen ini dapat digunakan pada rangkaian frekuensi tinggi. Karakteristik respons frekuensi sangat perlu diperhitungkan terutama jika kapasitor bekerja pada frekuensi tinggi. Untuk perhitungan- perhitungan respons frekuensi dikenal juga satuan faktor qualitas Q (quality factor) yang tak lain sama dengan 1/DF. Biasanya digunakan untuk melewatkan sinyal frekuensi tinggi menuju ke ground. Kapasitor ini tidak baik digunakan untuk rangkaian analog, karena dapat mengubah bentuk sinyal. Jenis ini tidak mempunyai polaritas dan hanya tersedia dengan nilai kapasitor yang sangat kecil. b. Multilayer Ceramic Capacitor
Gambar 4 Multilayer Ceramic Capacitor Bahan material untuk kapasitor ini sama dengan jenis kapasitor keramik, bedanya terdapat pada jumlah lapisan yang menyusun dielektriknya. Pada jenis ini dielektriknya disusun dengan banyak lapisan atau biasanya disebut dengan layer dengan ketebalan 10 sampai dengan 20 µm dan pelat elektrodenya dibuat dari logam yang murni. Selain itu ukurannya kecil dan memiliki karakteristik suhu yang lebih bagus daripada kapasitor keramik, biasanya jenis ini baik digunakan untuk aplikasi atau melewatkan frekuensi tinggi menuju tanah. c. Polypropylene Capacitor
Gambar 5 Polypropylene Capacitor Kapasitor disamping memiliki nilai toleransi yang lebih tinggi daripada polyester film capacitor. Pada umumnya nilai kapasitansi dari komponen ini tidak akan berubah apabila dirancang di suatu sistem bila frekuensi yang melaluinya lebih kecil atau sama dengan 100kHz. Pada gambar diatas ditunjukkan kapasitor polypropylene dengan toleransi ±1%. Tipe kapasitor jenis ini juga masih dalam pengembangan untuk mendapatkan kapasitansi yang besar namun kecil dan ringan, misalnya untuk aplikasi mobil elektrik. d. Kapasitor Mika
Gambar 6 Kapasitor Mika Jenis ini menggunakan mika sebagai bahan dielektriknya. Kapasitor mika mempunyai tingkat kestabilan yang tinggi, karena koefisien temperaturnya rendah. Karena frekuensi karakteristiknya sangat digunakan untuk rangkaian resonans, filter
bagus, untuk
biasanya
kapasitor
frekuensi
tinggi
ini dan
rangkaian yang menggunakan tegangan tinggi misalnya: radio pemancar yang menggunakan tabung transistor. Kapasitor mika tidak mempunyai nilai kapasitansi yang tinggi, dan harganya juga relatif tinggi. e. Polyester Film Capacitor
Gambar 7 Dielektrik pada kapasitor ini terbuat dengan polyester film. Mempunyai karakteristik suhu yang lebih bagus dari pada semua jenis kapasitor di atas. Dapat digunakan untuk frekuensi tinggi. Biasanya jenis ini digunakan untuk rangkaian yang menggunakan frekuensi tinggi, dan rangkaian analog. Kapasitor ini biasanya disebut mylar dan mempunyai toleransi sebesar ±5% sampai ±10%.
2.3.2 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 positif anoda dan kutup 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 kedalam larutan electrolit (sodium borate) lalu diberi tegangan positif (anoda) dan larutan electrolit diberi tegangan negatif (katoda). Oksigen pada larutan electrolyte terlepas & mengoksidai permukaan plat metal. Contohnya, jika digunakan Alumunium, maka akan terbentuk lapisan Aluminium-oksida (Al2O3) pada permukaannya.
Gambar 8 Kapasitor Elco 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. Contoh : 100μF, 470μF, 4700μF 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 negatifnya, 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. a. Tantalum Capacitor
Gambar 9 Tantalum Capacitor Merupakan jenis electrolytic capacitor yang elektrodenya terbuat dari
material
tantalum.
Komponen ini memiliki polaritas, cara membedakannya
dengan mencari tanda + yang ada pada tubuh kapasitor, tanda ini menyatakan bahwa pin di bawahnya memiliki polaritas positif. Diharapkan berhati–hati di dalam pemasangan komponen karena tidak boleh terbalik. Karakteristik temperatur dan frekuensi lebih bagus daripada electrolytic capacitor terbuat dari aluminium.
b. Electrolytic Capacitor
Gambar 10 Electrolytic Capacitor Kelompok kapasitor electrolytic terdiri atas kapasitor-kapasitor yang bahan dielektriknya adalah lapisan metal-oksida. Elektrode kapasitor ini terbuat alumunium yang menggunakan membran oksidasi yang tipis. Umumnya kapasitor yang termasuk kelompok ini adalah kapasitor polar dengan tanda + dan - di badannya. Dari karakteristik tersebut, pengguna harus berhati–hati di dalam pemasangannya pada rangkaian, jangan sampai terbalik. Bila polaritasnya terbalik maka akan menjadi rusak bahkan bisa terjadi ledakan. Untuk mendapatkan permukaan yang luas, bahan plat Aluminium ini biasanya digulung radial. Sehingga dengan cara itu dapat diperoleh kapasitor yang kapasitansnya besar. Biasanya jenis kapasitor ini digunakan pada rangkaian power supply, low pass filter, dan rangkaian pewaktu. Kapasitor ini tidak bisa digunakan pada rangkaian frekuensi tinggi. Biasanya tegangan kerja dari kapasitor dihitung dengan cara mengalikan tegangan catu daya dengan 2. Misalnya kapasitor akan diberikan catu daya dengan tegangan 5 volt, berarti kapasitor yang dipilih harus memiliki tegangan kerja minimum 2 x 5 =10 volt. c. Polystyrene Film Capacitor
Gambar 11
Polystyrene Film Capacitor Dielektrik kapasitor ini adalah polystyrene film . Tipe ini tidak bisa digunakan untuk aplikasi yang menggunakan frekuensi tinggi, karena konstruksinya yang sama seperti kapasitor elektrolit yaitu seperti koil. Kapasitor ini baik untuk aplikasi pewaktu dan filter yang menggunakan frekuensi beberapa ratus kHz. Komponen ini mempunyai 2 warna untuk elektrodenya, yaitu: merah dan abu–abu. Untuk yang merah elektrodenya terbuat dari tembaga sedangkan warna abu–abu terbuat dari kertas aluminium
d. Electric Double Capacitor (Super Capacitor)
Gambar 12 Electric Double Capacitor Jenis kapasitor ini bahan dielektriknya sama dengan kapasitor elektrolit. Namun bedanya adalah ukuran kapasitornya lebih besar dibandingkan kapasitor elektrolit yang telah dijelaskan di atas. Biasanya mempunyai satuan F. Kapasitor ini mempunyai batas tegangan yang besar. Karena mempunyai batas tegangan dan bentuk yang lebih besar dari kapasitor yang lain maka kapasitor ini disebut juga super capasitor Gambar bentuk fisiknya dapat dilihat di atas, pada Gambar 2.13
tersebut
kapasitornya
memiliki ukuran
0,47F. Kapasitor ini
biasanya digunakan untuk rangkaian power supply. AplikasiSuperkapasitor 1. Digunakan sebagai baterai dari tenaga surya 2. Pengisian pada kendaraan listrik 3. Baterai yang dapat discharge ulang seperti pada PC, jaringan dan server 4. Aplikasipada GPRS/GSM KelebihanSuperkapasitor 1. Aman bagi lingkungan karena tidak mengandung bahan yang beracun.
2. Cepat dalam siklus mengisi (charge) dan tidak dalam pengisian (discharge) hanya dalam beberapa detik. 3. Arus dalam carge dan discharge besar hingga mencapai ratusan Ampere. 4. Tahan lama bias sampai satu juta lebih siklus digunakan. 5. 10 tahun pemakaian hingga lebih. 6. Tidak ada efek memori. 7. Dapat digunakan dalam lingkungan yang keras. 8. Tahan pada suhu -40°C hingga 85°C. 9. Bebas perawatan 10. Energi yang dihasilkan lebih tinggi dibandingkan elektrolitik. 11. Tegangan yang dihasilkan lebih tinggi dibandingkan baterai. 12. Tidakterdapatmasalahbila over-charge (pengisianberlebih) 13. Bisadalamhubunganserimaupunparalel.
MekanismeSuperkapasitor
(a) (b) (c) Gambar4. (a) saat discharge, (b) sesudah discharge, (c) tidakdicharge; digunakan EDLC (Electrode double-layer capacitor) terdiri atas elektroda, elektrolit (dan elektrolit garam), dan pemisah yang melindungi elektroda yang berhadapan terjadi hubungan satu sama lain. Serbuk karbon terkativasi digunakan sebagai kolektor listrik pada elektroda.Karbon elektroda teraktivasi terdiri atas sejumlah serbuk dengan holes pada masing-masing lapisan. Lapisan ganda listrik dibentuk pada lapisan dimana tiap serbuk terhubung dengan elektrolits eperti pada gambar5.
Anggaplah struktur sirkuit sederhana yang ekuivalendengan EDLC yang ditunjukkan pada kapasitor anoda dan katoda (C1 dan C2), pemisah, hambatan antar elektroda (Rs) yang terdiri atas elektorlit (Re) dan hambatan isolasi.
2.3.3 Kapasitor elektrochemical 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 aplikasi mobil elektrik dan telepon selular 2.4.
Macam-Macam Kapasitor Sesuai Bahan Dan Kegunaannya Kapasitor seperti juga resistor nilai kapasitansinya ada yang dibuat tetap dan ada yang variabel. Kapasitor dielektrikum udara, kapasitansinya berubah dari nilai maksimum ke minimum. Kapasitor variabel sering kita jumpai pada rangkaian pesawat penerima radio dibagian penala dan osilator. Agar perubahan kapasitansi di dua bagian tersebut serempak maka digunakan kapasitor variabel ganda. Kapasitor variabel ganda adalah dua buah kapasitor variabel dengan satu pemutar. Berdasarkan dielektrikumnya kapasitor dibagi menjadi beberapa jenis, antara lain :
Trimmer Capacitor
Gambar 13 Trimmer Capacitor Kapasitor jenis disamping menggunakan keramik atau plastik sebagai bahan memutar
dielektriknya. Nilai dari kapasitor sekrup
yang
berada
diatasnya.
dapat
diubah–ubah dengan cara
Didalam pemutaran
diharapkan
menggunakan obeng yang khusus, agar tidak menimbulkan efek kapasitans antara obeng dengan tangan.
Tuning Capacitor
Gambar 14 Tuning Capacitor Kapasitor ini dinegara Jepang disebut sebagai “Varicons”, biasanya banyak sekali digunakan sebagai pemilih gelombang pada radio. Jenis dielektriknya menggunakan udara. Nilai kapasitansinya dapat diubah dengan cara memutar gagang yang terdapat pada badan kapasitor kekanan atau kekiri. 2.5 Karakteristik berbagai Kapasitor Kapasitor mika mampu menerima tegangan sampai ribuan volt pada rangkaian frequency tinggi. Kapasitor untuk rangkaian frekuensi tinggi electron-elektron harus mengisi plat-plat logam dan mengisi dielektrikumnya. Pada saat arus berubah arah electron-elektron harus meningkatkan dielektrikum. Perubahan arah arus yang terjadi pada kapasitor terhalangi oleh rintangan yang disebut hysterisis kapasitif. Sifat-sifat kapasitor pada umumnya : a. Terhadap tegangan DC merupakan hambatan yang sangat besar. b. Terhadap tegangan AC mempunyai resistansi yang berubah-ubah sesuai dengan frequency kerja. c. Terhadap tegangan AC akan menimbulkan pergeseran fasa, dimana arus 90
0
mendahului tegangannya. Resistansi dari sebuah kapasitor terhadap tegangan ac disebut reaktansi. Disimbolkan dengan Xc, besarnya reaktansi kapasitor ditulis dengan rumus :
XC=
1 2 πfc
Keterangan : Xc = Reaktansi kapasitif (Ω) f = frekuensi kerja rangkain dalam (Hz) c = kapasitansi (F)
(3)
Sebuah kapasitor dapat mengalami kerusakan apabila : 1. Sudah lama terpakai 2. Batas tegangan kerja terlampaui 3. Kesalahan pada pemasangan polaritas yang tidak benar 2.6 Membaca Kapasitansi 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 22 μ F/25v. Kapasitor yang ukuran fisiknya mungil dan kecil biasanya hanya bertuliskan 2 (dua) atau 3 (tiga) angka saja. Jika hanya ada dua angka satuannya adalah pF (pico farad). 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 dan seterusnya. Misalnya pada kapasitor keramik tertulis 104, maka kapasitansinya adalah 10 x 10.000 = 100.000pF atau = 100nF. Misalnya tertulis 222, artinya kapasitas kapasitor tersebut adalah : 22 x 100 = 2200 pF = 2.2 nF. Selain dari kapasitansi ada beberapa karakteristik penting lainnya yang perlu diperhatikan. Biasanya spesifikasi karakteristik ini disajikan oleh pabrik pembuat didalam datasheet. 2.6.1
Berikut ini adalah beberapa spesifikasi penting tersebut. Tegangan Kerja (Working Voltage) Tegangan kerja adalah tegangan maksimum yang diijinkan sehingga kapasitor masih dapat bekerja dengan baik. Apabila kapasitor kelebihan tegangan akibatnya bisa kapasitor bisa meledak. Misalnya kapasitor 10μF 25V, maka tegangan yang bisa diberikan tidak boleh melebihi 25 volt dc. Umumnya kapasitor-kapasitor polar
2.6.2
bekerja pada tegangan DC dan kapasitor non-polar bekerja pada tegangan AC. Temperatur Kerja Kapasitor masih memenuhi spesifikasinya jika bekerja pada suhu yang sesuai. Para produsen pembuat kapasitor umumnya membuat kapasitor yang mengacu pada standar popular. Ada 4 standar popular yang biasanya tertera di badan kapasitor seperti COG (ultra stable), X7R (stable) serta Z5U dan Y5V (general purpose). Secara lengkap kode-kode tersebut disajikan pada table berikut : Tabel 2 Kode Karakteristik Kapasitor Kelas I
Koefisien suhu
Faktor pengali koefisien suhu
Toleransi koefisien suhu
Simbol
PPM/CC
Simbol
Pengali
Simbol
PPM/CC
C
0.0
0
-1
G
+/-30
B
0.3
1
-10
H
+/-60
A
0.9
2
-100
J
+/-120
M
1.0
3
-1000
K
+/-250
P
1.5
4
-10000
L
+/-500
Tabel 3 Kode Karakteristik Kapasitor Kelas II dan III
Suhu Kerja Minimum
2.6.3
Suhu Kerja Maksimum
Toleransi Kapasitansi
Simbol
PPM/CC
Simbol
Pengali
Simbol
PPM/CC
Z
+10
2
+45
A
+/-1.0%
X
-30
4
+65
B
+/-1.5%
Y
-55
5
+85
C
+/-2.2%
6
+105
D
+/-3.3%
7
+125
E
+/-4.7%
8
+150
F
+/-7.5%
9
+200
P
+/-10.0%
R
+/-15.0%
S
+/-22.0%
T
+22%-33%
U
+22%-56%
V
+22%-82%
Toleransi
Seperti komponen lainnya, besar kapasitansi nominal ada toleransinya. Tabel diatas menyajikan nilai toleransi dengan kode-kode angka atau huruf tertentu. Dengan tabel di atas pemakai dapat dengan mudah mengetahui toleransi kapasitor yang biasanya tertera menyertai nilai nominal kapasitor. Misalnya jika tertulis 104 X7R, maka kapasitasinya adalah 100nF dengan toleransi + 15%. Sekaligus diketahui juga bahwa suhu kerja yang direkomendasikan adalah antara -55Co sampai +125Co 2.6.4
(lihat tabel kode karakteristik). Insulation Resistance Walaupun bahan dielektrik merupakan bahan yang non-konduktor, namun tetap saja ada arus yang dapat melewatinya. Artinya, bahan dielektrik juga memiliki resistansi. walaupun nilainya sangat kecil sekali. Phenomena ini dinamakan arus bocor DCL (DC Leakage Current) dan resistansi dielektrik ini dinamakan Insulation Resistance (IR). Untuk menjelaskan ini, berikut pada gambar 15 adalah model rangkaian kapasitor.
Gambar 15 Model Kapasitor Keterangan : C
= Capacitance
ESR
= Equivalent Series Resistance
L
= Inductance
IR
= Insulation Resistance Jika tidak diberi beban, semestinya kapasitor dapat menyimpan muatan selama-
lamanya. Namun dari model di atas, diketahui ada resitansi dielektrik IR(Insulation Resistance) yang paralel terhadap kapasitor. Insulation resistance (IR) ini sangat besar (MOhm). Konsekuensinya tentu saja arus bocor (DCL) sangat kecil ( μ A). Untuk mendapatkan kapasitansi yang besar diperlukan permukaan elektroda yang luas, tetapi ini akan menyebabkan resistansi dielektrik makin kecil. Karena besar IR selalu berbanding terbalik dengan kapasitansi (C), karakteristik resistansi dielektrik ini biasa juga disajikan dengan besaran RC (IR x C) yang satuannya ohm-farads atau megaohm-micro farads.
2.6.5 Dissipation Factor (DF) dan Impedansi (Z) Dissipation Factor adalah besar persentasi rugi-rugi (losses) kapasitansi jika kapasitor bekerja pada aplikasi frekuensi. Besaran ini menjadi faktor yang diperhitungkan misalnya pada aplikasi motor phasa, rangkaian ballast, tuner dll. Dari model rangkaian kapasitor digambarkan adanya resistansi seri (ESR) dan induktansi (L). Pabrik pembuat biasanya menyertakan data DF dalam persen. Rugirugi (losses) itu didefenisikan sebagai ESR yang besarnya adalah persentasi dari impedansi kapasitor Xc.(gambar 16 dan 17). Secara matematis di tulis sebagai berikut :
Gambar 16 Faktor Diagram Kapasitor
Dari penjelasan di atas dapat dihitung besar total impedansi (Z total) kapasitor :
Gambar 17 Faktor Diagram Ztotal Telah dijelaskan terdahulu bahwa satuan kapasitansi adalah farad (F) sehingga apabila bila sebuah kapasitor dikatakan memiliki 1 F, jika arus sebesar 1 A mengalir di dalamnya ketika tegangan yang berubah-ubah dengan kecepatan 1V/s diberikan pada kapasitor tersebut. Arus yang mengalir di dalam sebuah kapasitor karenanya akan sebanding
dengan hasil kali kapasitansi (C) dengan kecepatan perubahan tegangan yang diberikan, maka : i = C x (kecepatan perubahan tegangan)
Kecepatan perubahan tegangan seringkali direpresentasikan oleh persamaan dv/dt, dimana dv adalah perubahan tegangan yang sangat kecil dan dt adalah perubahan waktu yang sangat kecil, maka : dv 1 → v= ∫ i dt i dt=q i = C dt dimana ∫ C Sedangkan : Q = C.V Konstanta kesebandingan C menyatakan sifat penyimpanan muatan dari elemen tersebut dan dinamakan : Kapasitans Elemen 2.7 Kegunaan kapasitor Mencegah loncatan bunga api listrik pada rangkaian yang mengandung kumparan, bila tiba-tiba
arus listrik diputuskan dan dinyalakan
Menyimpan muatan atau energi listrik dalam rangkaian penyala elektronik Memilih panjang gelombang pada radio penerima Sebagai filter dalam catu daya (power supply)
