Kapasitansi

Kapasitansi  didefinisikan  sebagaikemampuan  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 :  

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 rumus dapat di tulis sebagai berikut :  

Berikut adalah tabel contoh konstanta (k) dari beberapa bahan dielektrik yang disederhanakan. 

Untuk  rangkaian  elektronik  praktis,  satuan  farad  adalah  sangat besar sekali. Umumnya kapasitor yang ada di pasaran memiliki satuan : 

µF, nF dan pF.

1 Farad = 1.000.000  µF (mikro Farad)  

1 µF      = 1.000.000  pF (piko Farad)  

1 µF      = 1.000         nF (nano Farad)  

1 nF      = 1.000         pF (piko Farad)  

1 pF      = 1.000         µµF (mikro-mikro Farad) 

1 µF      = 10  F-6   

1 nF      = 10  F-9   

1 pF      = 10  F-12   

Konversi  satuan penting  diketahui  untuk  memudahkan  membaca besaran  sebuah  kapasitor.  Misalnya  0.047µF  dapat  juga  dibaca  sebagai 47nF, atau contoh lain 0.1nF sama dengan 100pF.  Kondensator  diidentikkan  mempunyai  dua  kaki  dan  dua  kutub  yaitu positif  dan  negatif  serta  memiliki  cairan  elektrolit  dan  biasanya  berbentuk tabung. 

Sedangkan  jenis  yang  satunya  lagi  kebanyakan  nilai  kapasitasnya lebih rendah, tidak mempunyai kutub positif atau negatif pada kakinya, kebanyakan berbentuk bulat pipih berwarna coklat, merah, hijau dan lainnya seperti tablet atau kancing baju yang sering disebut kapasitor (capacitor). 

wujud dan kapasitor

Berdasarkan kegunaannya kondensator di bagi menjadi : 

1.  Kondensator tetap (nilai kapasitasnya tetap tidak dapat diubah) 

2.  Kondensator elektrolit (Electrolit Condenser = Elco) 

3.  Kondensator variabel (nilai kapasitasnya dapat diubah-ubah) 

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  100µF25v  yang  artinya  kapasitor/  kondensator tersebut memiliki nilai kapasitansi 100 µF dengan tegangan kerja maksimal yang diperbolehkan sebesar 25 volt.

Kapasitor   yang  ukuran  fisiknya  kecil  biasanya  hanya  bertuliskan  2 (dua) atau 3 (tiga) angka saja. Jika hanya ada dua angka, satuannya adalah pF (pico farads). 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,  5  =  100.000  dan seterusnya. Contoh :  

Untuk  kapasitor  polyester  nilai  kapasitansinya  bisa  diketahui berdasarkan warna seperti pada resistor.  

tabel warna kapasitor

contoh membaca kapasitor

Seperti  komponen  lainnya,  besar  kapasitansi  nominal  ada toleransinya.  Pada  tabel  2.3  diperlihatkan  nilai  toleransi  dengan  kode-kode angka atau huruf  tertentu. Dengan tabel tersebut pemakai dapat dengan  mudah  mengetahui  toleransi  kapasitor  yang  biasanya  tertera menyertai nilai nominal kapasitor. Misalnya jika tertulis 104 X7R, maka kapasitansinya  adalah  100nF  dengan  toleransi   +/-15%.  Sekaligus diketahui juga bahwa suhu kerja yang direkomendasikan adalah antara   -55Co sampai +125Co . 

Dari  penjelasan  di  atas  bisa  diketahui  bahwa  karakteristik kapasitor  selain  kapasitansi  juga  tak  kalah  pentingnya  yaitu  tegangan kerja dan temperatur kerja. Tegangan kerja adalah tegangan maksimum yang  diijinkan  sehingga  kapasitor  masih  dapat  bekerja  dengan  baik. Misalnya kapasitor 10uF25V, maka tegangan yang bisa diberikan tidak boleh  melebihi  25  volt  dc.  Umumnya  kapasitor-kapasitor  polar  bekerja pada tegangan DC dan kapasitor non-polar bekerja pada tegangan AC. Sedangkan temperatur kerja yaitu batasan temperatur dimana kapasitor masih bisa bekerja dengan optimal. Misalnya jika pada kapasitor tertulis X7R,  maka  kapasitor  tersebut  mempunyai  suhu  kerja  yang direkomendasikan  antara   -55Co  sampai  +125Co.  Biasanya  spesifikasi karakteristik ini disajikan oleh pabrik pembuat di dalam datasheet. 

RANGKAIAN KAPASITOR 

Rangkaian  kapasitor  secara  seri  akan  mengakibatkan  nilai kapasitansi  total  semakin  kecil.  Di  bawah  ini  contoh  kapasitor  yang dirangkai secara seri. 

Pada rangkaian kapasitor yang dirangkai secara seri berlaku rumus :  

Rangkaian  kapasitor  secara  paralel  akan  mengakibatkan  nilai kapasitansi  pengganti  semakin  besar.  Di  bawah  ini  contoh  kapasitor yang dirangkai secara paralel. 

FUNGSI KAPASITOR 

Fungsi penggunaan kapasitor dalam suatu rangkaian : 

1.  Sebagai kopling antara rangkaian yang satu dengan rangkaian yang lain (pada PS) 

2.  Sebagai filter dalam rangkaian PS 

3.  Sebagai pembangkit frekuensi dalam rangkaian antenna 

4.  Untuk menghemat daya listrik pada lampu neon 

5.  Menghilangkan bouncing (loncatan api) bila dipasang pada saklar 

PASITOR 

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

Kapasitor Electrostatic
Kapasitor  electrostatic  adalah  kelompok  kapasitor  yang dibuat dengan  bahan dielektrik dari keramik, film dan mika. Keramik dan mika adalah bahan yang popular serta murah untuk membuat kapasitor  yang  kapasitansinya  kecil.  Tersedia   dari  besaran  pF sampai beberapa µF, 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.

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 kutub positif anoda dan kutub 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 ke dalam larutan elektrolit (sodium borate) lalu diberi tegangan positif (anoda) dan larutan electrolit diberi tegangan negatif (katoda).  Oksigen  pada  larutan  electrolyte  terlepas  dan mengoksidasi  permukaan  plat  metal.  Contohnya,  jika  digunakan Aluminium,  maka  akan  terbentuk  lapisan  Aluminium-oksida  (Al2O3) pada permukaannya.   

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.  Sebagai  contoh  100uF,  470uF,  4700uF  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  negatif-nya, 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. 

Kapasitor Electrochemical

Satu jenis kapasitor lain adalah kapasitor electrochemical. Termasuk kapasitor jenis ini adalah battery dan accu. Pada kenyataannya battery 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.