Pengertian Kapasitor dan Fungsinya

KAPASITOR

Kapasitor

Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 lembar 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 kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutup 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.

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

prinsip dasar kapasitor

Q = CV …………….  

Q = muatan elektron dalam C (coulombs)

C = nilai kapasitansi dalam F (farads)

V = besar tegangan dalam  V (volt)

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 konstanta dielektrik bahan kapasitor

Untuk rangkain elektronik praktis, satuan farads adalah sangat besar sekali. Umumnya kapasitor yang ada di pasar memiliki satuan uF (10-6 F), nF (10-9 F) dan pF (10-12 F). Konversi satuan  penting diketahui untuk memudahkan membaca besaran sebuah kapasitor. Misalnya 0.047uF dapat juga dibaca sebagai 47nF, atau contoh lain 0.1nF sama dengan 100pF.

Kegunaan

Kegunaan kapasitor dalam berbagai rangkaian listrik adalah:
a.  mencegah loncatan bunga api listrik pada rangkaian yang mengandung kumparan, bila tiba-tiba      arus listrik diputuskan dan dinyalakan
b.  menyimpan muatan atau energi listrik dalam rangkaian penyala elektronik
c.  memilih panjang gelombang pada radio penerima
d.  sebagai filter dalam catu daya (power supply)

Bentuk

a.  kapasitor kertas (besar kapasitas 0,1 F)
b.  kapasitor elektrolit (besar kapasitas 105 pF)
c.  kapasitorvariabel (besar kapasitas bisa di ubah-ubah dengan nilai kapasitas maksimum 500 pF)

Simbol Kapasitor

Tipe & Jenis Kapasitor

Beberapa jenis kapasitor menurut bahan dielektiknya antara lain:

1.  Kapasitor       2.  Kapasitor          3.  Kapasitor               4.  Kapasitor              5.  Kapasitor
     elektrolit              tantalum              Polister Film              Poliprolyene              Kertas

6.  Kapasitor             7.  Kapasitor               8.  Kapasitor               9.  Kapasitor          
        Mica                       Keramik                       Epoxy                        Variable

Kapasitor terdiri dari beberapa tipe, tergantung dari bahan dielektriknya.Untuk lebih sederhana dapat dibagi menjadi 3 bagian, yaitu kapasitor electrostatic, electrolytic dan electrochemical.

Kegunaan Kapasitor
Kegunaan kapasitor dalam berbagai rangkaian listrik adalah:

1. mencegah loncatan bunga api listrik pada rangkaian yang mengandung kumparan, bila tiba-tiba    arus listrik diputuskan dan dinyalakan
2. menyimpan muatan atau energi listrik dalam rangkaian penyala elektronik
3. memilih panjang gelombang pada radio penerima
4. sebagai filter dalam catu daya (power supply)

Bentuk kapasitor

1. kapasitor kertas (besar kapasitas 0,1 F)
2. kapasitor elektrolit (besar kapasitas 105 pF)
3. kapasitor variabel (besar kapasitas bisa di ubah-ubah dengan nilai kapasitas maksimum 500 pF)

Simbol Kapasitor
Kapasitor disimbolkan dengan

Kapasitor tantalum

   

Kapasitor tantalum merupakan salah satu jenis kapasitor elektrolitik. Beberapa bentuknya ada yang non polar, yang terdiri dari 2 kapasitor yang dihubungkan secara seri (negatif dengan negatif), namun umumnya berbentuk polar. Dibandingkan dengan kapasitor elektrolitik aluminium, kapasitor tantalum mempunyai nilai kapasitansi yang sama dan umumnya lebih mahal.

Kapasitor tantalum menggunakan bahan dielektrik yaitu lapisan metal oksida dari tantalum. dimana permukaan tantalum dapat dioksidasi melalui proses elektrolisa (seperti proses penyepuhan). Namun sebagian produksi, tantalum berupa powder yang dipress sehingga berbentuk butiran. Karena tebal lapisan dielektrik sangat tipis, maka jenis volume kapasitor ini termasuk kecil.

Kapasitor ini digunakan di berbagai perangkat elektronik, antara lain komputer, radio, rangkaian mikrokontroller. Ketika menentukan pilihan kapasitor tantalum yang sesuai, ada beberapa kriteria yang perlu diketahui:

• nilai kapasitansi

C = K.A/D

                                dimana  C = nilai kapasitansi (F – Farad)

                                                 K = konstanta dielektrik dari elektroda tantalum

                                                 A = luas elektroda

                                                 D = tebal dielektrik/jarak antara kedua plat metal

Kondensator elektrolit atau Electrolytic Condenser (sering disingkat Elco) adalah kondensator yang biasanya berbentuk tabung, mempunyai dua kutub kaki berpolaritas positif dan negatif, ditandai oleh kaki yang panjang positif sedangkan yang pendek negatif atau yang dekat tanda minus ( - ) adalah kaki negatif. Nilai kapasitasnya dari 0,47 µF (mikroFarad) sampai ribuan mikroFarad dengan voltase kerja dari beberapa volt hingga ribuan volt.

MACAM – MACAM KAPASITOR DAN FUNGSINYA :

Electrolytic Capacitor

                                                Gambar 2.7   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 “MELEDAK”. 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.

Jenis – Jenis dan Fungsi Kapasitor : Tantalum Capacitor

 

Gambar 2.5  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 yang terbuat dari  bahan  alumunium.

Ceramic Capacitor

 

                                                Gambar 2.6  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.

 Electrolytic Capacitor

                                                Gambar 2.7   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 “MELEDAK”. 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.

Multilayer Ceramic Capacitor

 

                                               

Gambar 2.8  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.

Polyester Film Capacitor

 

Gambar 2.9  Polyester Film Capacitor

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%.

Polypropylene Capacitor

 

                                                Gambar 2.10    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 applikasi mobil elektrik.  

Kapasitor Mika

 

Gambar 2.11  Kapasitor Mika

Jenis ini menggunakan mika sebagai bahan dielektriknya. Kapasitor mika mempunyai tingkat kestabilan yang tinggi, karena koefisien temperaturnya  rendah.  Karena  frekuensi  karakteristiknya    sangat bagus, biasanya kapasitor ini digunakan untuk rangkaian resonans, filter   untuk   frekuensi  tinggi  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.

Polystyrene Film Capacitor

 

                                                Gambar 2.12   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.

Electric Double Capacitor (Super Capacitor)

Gambar 2.13   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.

Trimmer Capacitor

 

                                                      Gambar 2.14   Trimmer Capacitor

                Kapasitor  jenis  disamping  menggunakan  keramik  atau   plastik   sebagai bahan  dielektriknya. Nilai dari kapasitor  dapat  diubah–ubah dengan cara  memutar  sekrup  yang  berada  diatasnya.  Didalam pemutaran  diharapkan  menggunakan  obeng  yang  khusus,  agar tidak menimbulkan efek kapasitans antara obeng dengan tangan

Tuning Capacitor

                                                                Gambar 2.15   Tuning Capacitor

Kapasitor ini dinegara Jepang disebut sebagai “Varicons”, biasanya banyak sekali digunakan sebagai pemilih gelombang pada radio. Jenis dielektriknya meng- gunakan udara. Nilai kapasitansinya dapat diubah  dengan  cara memutar gagang yang terdapat pada badan kapasitor kekanan atau kekiri.