I. Mengenal kondensator
Kondensator
adalah komponen pasif yang dapat menyimpan muatan listrik. Kondensator sering
juga disebut sebagai Kapasitor . Pada dasarnya kondensator adalah dua
penghantar yang tersekat satu dari yang lainnya oleh suatu bahan semi isolator
.
gambar 2.1
Perhatikan
gambar 2.1 , A dan B adalah penghantar yang berbentuk kawat, kepingan ,
selinder atau sebagainya. Diantara penghantar itu ada bagian isolasi (udara ,
kertas, mika dan sebagainya). Bahan isolasi ini disebut bahan dilektrika.
Kondensator-kondensator
yang dipakai dalam teknik elektronika mempunyai berbagai bentuk seperti bentuk
blok, pipih dan silinder. Bahan dielektrika yang digunakan juga berbagai macam
seperti kertas, keramik, udara, elektrolit dan mika. Kondensator biasanya
dinamai berdasarkan bahan dielektrikanya.
Kemampuan
kondensator untuk menyimpan muatan listrik (daya listrik) disebut kapasitansi kondensator. Kapasitansi
itu dinyatakan dalam satuan Farad.
Besar
kapasitansi kondensator tergantung pada :
-
Luas keping penghantar,
-
Jarak antara keping penghantar atau tebalnya bahan
dielektrika,
-
Jenis dielektrika yang digunakan.
Secara matematis
ditulis:
dimana : A = Luas penghantar dalam cm2
d = tebalnya dielektrika dalam
cm
π = 3,14
ε = konstanta dielektrika.
C= Kapasitas kondensator
Apabila diantara keping-keping
kondensator (penghantar-penghantarnya) diberi tegangan 1 Volt, kondensator
dapat menyimpan muatan listrik sebanyak 1 Coulumb, maka kapasitansi kondensator
tersebut adalah 1 Farad.
 |
Gambar2.2
Guna
keperluan praktek, satuan Farad terlalu besar , maka dipakailah satuan yang lebih kecil, yaitu:
1 mikro
Farad (uF) = .......... Farad
1 nano
Farad (nF) = .......... Farad
1 piko
Farad (pF) = .......... Farad
Secara
umum kondensator terbagi dua:
1.
Kondensator tetap, yaitu kondensator yang memiliki nilai kapasitansi konstan
(tetap). Kondensator ini biasanya dikelompokan menjadi:
a)
Kondensator non polar, yaitu kondensator yang tidak
memiliki polaritas positif dan negatif. Simbolnya adalah seperti di bawah ini:
gambar 2.3
b)
Kondensator
bipolar, yaitu kondensator yang memiliki polaritas positif dan negatif.
Simbolnya adalah seperti dibawah ini:
Kondensator
bipolar, yaitu kondensator yang memiliki polaritas positif dan negatif.
Simbolnya adalah seperti dibawah ini:
gambar 2.4
2.
Kondensator variabel, yaitu kondensator yang nilai kapasitansinya dapat
diubah-ubah sesuai kebutuhan.
gambar 2.5
II. Fungsi Kondensator
1. Kondensator sebagai penyimpan
muatan listrik.
Jika sebuah kondensator dihubungkan
dengan sumber tegangan, seperti pada gambar 1.6, maka pada keping penghantar
yang terhubung dengan kutub negatif sumber tegangan akan kelebihan elektron,
dan keping penghantar yang terhubung dengan kutub positif sumber tegangan akan
kekurangan elektron. Akibatnya muatan listrik akan tersimpan dalam kondensator
sehingga menyebabkan kondensator mempunyai tegangan dan bersifat seperti
baterai. Kejadian seperti ini kita sebut dengan pengisian kondensator.
Muatan listrik yang ada dalam kondensator akan
tersimpan untuk beberapa lama, sampai dilakukan pengosongan muatan.
gambar2.6
Pengisian muatan
kondensator
= Arah arus
|
= Arah aliran elektron
 |
|
gambar 2.7
Polaritas
kondensator setelah diisi muatan listrik
Jika kondenstor yang telah diisi
muatannya dihubungkan kedua kutubnya dengan sebuah tahanan seperti terlihat
pada gambar 1.8, maka elektron dari keping yang berpolaritas negatif akan
mengalir menuju keping yang berpolaritas positif. Sedangkan arus mengalir dari
keping yang berpolaritas positif menuju keping yang berpolaritas negatif.
Peristiwa seperti ini adalah pengosongan muatan kondensator.
gambar 2.8
Pengosongan
muatan kondensator
= Arah arus = Arah aliran elektron
Setelah
beberapa saat, perpindahan elektron dari keping negatif kondensator menuju
keping yang berpolaritas positif mengakibatkan jumlah elektron pada kedua
keping menjadi sama. Pada kondisi ini kedua keping menjadi netral dan disebut
kondisi kondensator telah kosong.
Lamanya pengisian dan pengosongan
kondensator tergantung pada besarnya kapasitas kondensator dan besarnya arus
yang mengalir saat mengisi dan mengosongkan kondensator tersebut. Semakin besar
kapasitas kondensator, semakin lama waktu pengisian dan pengosongannya.
2. Kondensator
melawatkan arus listrik bolak balik (AC)
Pada gambar 2.1, sebuah kondensator
dialiri arus bolak-balik. Mula-mula terminal dari pada sumber arus berpotensial
positif dan terminal bawah berpotensial negatif, perhatikan gambar(a). Maka
mengalirlah arus pemuatan yang menyebabkan keping atas kondensator bermuatan
positif, dan keping bawah bermuatan negatif. Tetapi saat berikutnya potensial
pada kutub-kutub sumber bertukar . Terminal atas berubah menjadi negatif dan
terminal bawah berubah menjadi terminal positif, perhatikan gambar (b). Dengan
demikian sekarang arus permuatan berbalik arah. Dengan demikian sekarang arus
pemuatan berbalik arah. Jadi kondensatorpun bertukar polaritas
keping-kepingnya.
Kejadian itu berualang terus-menerus,
sehingga didapat aliran arus bolak-balik yang melalui kondensator Kejadian
sebenarnya adalah, bahwa : arus pemuatan
berbolak-balik arah.
 |
gambar 2.9
Kondensator
dalam rangkaian arus bolak balik
Jika
kondensator berada dalam rangkaian arus bolak-balik, maka arus dan tegangan
tidak akan berbarengan mencapai titik nol ataupun titik maksimum. Dalam
kejadian seperti ini dikatakan bahwa antara arus dan tegangan tidak sefasa.
Perhatikan gambar 2.10.
gambar 2.10
Jalannya arus
dan tegangan bolak-balik pada kondesator,
I mendahului V
sebesar 900.
Dalam gambar grafik, sumbu horizontal
tidak dinyatakan dalam satuan waktu, melainkan dalam derajat listrik. Satu periode
terbagi dalam 3600 , dengan demikian ½ perioda sama dengan 1800
, dan ¼ perioda sama dengan 900.
Kita lihat bahwa arus mendahului
tegangan sebesar 900, I sudah berjalan 900 dan maksimum
sementara V masih 0.
3. Kondensator mem-blocking
arus searah.
Apabila
kondensator dihubungkan dengan rangkian arus searah, kita berharap bahwa tidak
ada arus yang mengalir sebab pada kondensator terdapat bahan dielektrika.
Seperti telah kita ketahui bahwa kondensator terdiri dari dua keping konduktor
yang dipisahkan oleh bahan dielektrika yang bersifat sebagai isolator, jadi
pada kondensator tersebut arus searah yang masuk pada salah satu kepingnya
tidak akan mengalir menuju keping yang kedua.
Pada praktek pengukurannya, saat
pertama kali catu daya tegangan searah diberikan pada kondensator terdapat arus
yang mengalir pada kondensator, namun arus tersebut hanya sesaat sebagai
pengisi muatan pada kedua keping kondensator. Setelah kondensator penuh maka
arus tidak lagi mengalir. Arus yang mengalir sangat singkat tersebut tidak dapat diambil manfaatnya,
karena itu kita katakan arus DC tidak dapat mengalir pada kondensator.
4. Kapasitor sebagai Filter
Telah kita
pahami sebelumnya bahwa kondensator dapat melewatkan arus bolak-balik dan mem-blocking (tidak melewatkan) arus searah.
Tahanan sebuah kondesator yang disebut reaktansi kapasitif (XC)
menjadi kecil jika dialiri arus bolak balik dan menjadi sangat besar bahkan tak
terhingga jika dialiri arus searah.
Secara matematis, besarnya rreaktansi
kapasitif (XC) dirumuskan sebagai berikut:
Hubungan besarnya reakatansi kapasitif
dengan frekuensi dan kapasitansi adalah berbanding terbalik. Semakin besar
frekuensi dan kapasitansi maka reaktansi kapasitif menjadi semakin kecil. Maka
arus AC yang mempunyai frekuensi tinggi dapat melalui kondesator dengan mudah
karena reaktansi kapasitifnya sangat kecil.
Sebaliknya jika arus searah yang
mamiliki frekuensi = 0 melalui kondensator maka reaktansi kapasitif menjadi tak
terhingga.
Sebagai contoh, sebuah kondensator
dengan nilai kapasitansi 1000 uF dialiri arus AC 12 Volt 50 Hz, maka
besarnya reaktansi kapasitif kondensator tersebut adalah:
Kemudian
jika kondensator tersebut dialiri arus searah, besar reaktansi kapasitifnya
adalah:
, tak terhingga.
Sifat
kondensator yang mempunyai tahanan kecil
terhadap arus AC dan tahanan tak
terhingga terhadap arus DC, dimafaatkan dalam rangkaian penyearah catu daya
(adaptor) sebagai filter untuk menghasilkan tegangan DC yang benar-benar rata
tanpa riak (ripple) tegangan pada outputnya.
gambar 2.11
Perhatikan gambar 4.1, tegangan AC yang
telah diturunkan besarnya dengan tranformator step-down diberikan ke penyearah
jembatan. Penyearah ini adalah penyearah gelombang penuh. Outputnya merupakan
gelombang setengah siklus yang masih memiliki riak (ripple) . Dengan mengunakan
kondensator sebagai filter maka tegangan output yang berbentuk gelombang
setengah siklus tersebut disaring dengan cara melewatkan riak melalui
kondensator menuju ground. Sedangkan tegangan ratanya tidak dilewatkan ke
ground , dan diberikan ke beban pada outputnya.
Input AC è Hasil Penyearah è Filter è Ouput DC
gambar 2.12
(lebih kecil dari
nilai terkecil yang ada dalam rangkaian).
III. Rangkaian Kondensator
3.1 Rangkaian seri kondesator
Jika kondensator dirangkai secara seri
maka nilai kapasitansinya akan menjadi kecil, lebih kecil dari kapasitas terkecil dalam rangkaiannya
gambar 5.1
Besarnya kapasitansi rangkaian
kondensator yang dirangkai seri dapat
didapat dengan rumus:
Contoh: Jika tiga buah kondesator
dirangkai secara seri,C1 = 2 uF, C2= 4 uF dan C3=10 uF. Maka nilai C total
adalah:
(lebih kecil dari
nilai terkecil yang ada dalam rangkaian).
Jika
hanya dua kondensator yang dirangkai secara seri maka nilai kapasitansinya akan
sebesar:
Pada
rangkaian seri kondensator terjadi pembagian tegangan seperti halnya pada
rangkaian seri tahanan, karena pada kondensator juga terdapat reaktansi
kapasitif XC.
Seperti
telah diketahui dari kegiatan sebelumnya bahwa besarnya reaktansi kapasitif
tergantung pada besarnya nilai kapasitansi kondensator tersebut. Semakin besar
nilai kapasitansi maka semakin kecil nilai reaktansi kapasitif, sebaliknya
semakin kecil nilai kapasitansi semakin kecil nilai reaktansi kapasitif.
Karena
reaktansi (tahanan) kapasitif kondensator dengan nilai kapasitansi besar adalah
kecil, maka besar tegangan pada kondensator tersebut adalah kecil karena nilai
tegangan sebanding dengan nilai tahanan. Sehingga untuk pembagian tegangan oleh
rangkaian kondensator seri mengikuti persamaan:
Contoh:
Jika tiga buah kondensator yang dirangkai seri masing masing mempunyai nilai C1
= 2 mF, C2 =4 mF,dan C3 = 10 mF dihubungkan dengan sebuah sumber tegangan V =
85 V, maka berapakah tegangan yang ada pada setiap kondensator?
Jawab:
Tegangan
total V = 50 V + 25 V + 10 V = 85 V (tegangan sumber).
3.2 Rangkaian paralel kondesator
Jika kondensator dirangkai secara seri
maka diperoleh kapasitansi yang lebih besar. Pada setiap kondensator tersebut
terdapat tegangan yang sama besarnya.
gambar 2.13
Dengan diparalelkannya kondensator ,
maka kapasitas keseluruhan (Ct) menjadi:
Ct =
C1 + C2 + C3
Sedangkan tegangan yang terdapat pada
kondensator tersebut adalah sama dengan tegangan catu daya.
Contoh: C1 = 2 mF, C2 = 4 mF, dan C3 =
0,1 mF, Maka kapasitas keseluruhan Ct menjadi :
Ct = 2 mF + 4 mF +
0,1 mF = 6,1 mF
IV. KODE ANGKA DAN HURUF PADA KAPASITOR
Lembar Informasi
Kapasitas kapasitor
diukur dalam F (Farad) = 10-6 mF (mikro Farad) = 10-9
nF (nano Farad) = 10-12 pF (piko Farad). Kapasitor elektrolit
mempunyai dua kutub positif dan kutub negatif (bipolar), sedangkan kapasitor
kering misal kapasitor mika, kapasitor kertas tidak membedakan kutub positif
dan kutub negatif (non polar).
Simbol kapasitor dapat
dilihat pada gambar di bawah ini:
|
Gambar 2.14. Simbol Kapasitor
Arti
kode angka dan huruf pada kapasitor dapat dilihat pada tabel di bawah ini.
Tabel 7. Kode Angka dan Huruf pada Kapasitor
|
Kode angka
|
Gelang 1
(Angka pertama)
|
Gelang 2
(Angka kedua)
|
Gelang 3
(Faktor pengali)
|
Kode huruf
(Toleransi/%)
|
|
0
|
-
|
0
|
1
|
B
|
|
1
|
1
|
1
|
10
|
C
|
|
2
|
2
|
2
|
102
|
D
|
|
3
|
3
|
3
|
103
|
F = 1
|
|
4
|
4
|
4
|
104
|
G = 2
|
|
5
|
5
|
5
|
105
|
H = 3
|
|
6
|
6
|
6
|
106
|
J = 5
|
|
7
|
7
|
7
|
107
|
K = 10
|
|
8
|
8
|
8
|
108
|
M = 20
|
|
9
|
9
|
9
|
109
|
|
Contoh : - kode
kapasitor = 562 J 100 V artinya : besarnya kapasitas = 56 x 102 pF =
5600 pF; besarnya toleransi = 5%; kemampuan tegangan kerja = 100 Volt.
- Kode kapasitor = 100 nJ artinya : besarnya
kapasitas = 100 nF; besarnya toleransi = 5%.
- Kode kapasitor :
100 mF 50 V artinya = besarnya kapasitas = 100 mF; besarnya tegangan kerja = 50 Volt.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar