Pengertian Dan Jenis-Jenis Kapasitor - Fezarzone

Pengertian Kapasitor 

Kapasitor ialah komponen elektro yang sanggup menyimpan muatan listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu materi dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal contohnya 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 dikala yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi.

Sifat Kapasitor

Muatan positif tidak sanggup mengalir menuju ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutup positif, alasannya ialah terpisah oleh materi dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini “tersimpan” selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya.

 

Konstruksi Dasar Kapasitor

Kapasitansi Kapasitor

Kapasitansi didefenisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk sanggup menampung muatan elektron. Coulombs pada periode 18 menghitung bahwa 1 coulomb = 6.25 x 10¹⁸ elektron. Kemudian Michael Faraday menciptakan postulat bahwa sebuah kapasitor akan mempunyai kapasitansi sebesar 1 farad bila dengan tegangan 1 volt sanggup memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs. Dengan rumus sanggup ditulis :

Q = C V

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) materi dielektrik. Dengan rumusan sanggup ditulis sebagai berikut :

C = (8.85 x 10^-12) (k A/t)

Konstanta Kapasitor

Berikut ialah tabel pola konstanta (k) dari beberapa materi dielektrik yang disederhanakan.

 

Tabel Konstanta Kapasitor

Untuk rangkain elektronik praktis, satuan farads ialah sangat besar sekali. Umumnya kapasitor yang ada di pasar mempunyai 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 sanggup juga dibaca sebagai 47nF, atau pola lain 0.1nF sama dengan 100pF.

Tipe Kapasitor

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

1. Kapasitor Electrostatic

Kapasitor electrostatic ialah kelompok kapasitor yang dibentuk dengan materi dielektrik dari keramik, film dan mika. Keramik dan mika ialah materi yang popular serta murah untuk menciptakan kapasitor yang kapasitansinya kecil. Tersedia dari besaran pF hingga beberapa uF, yang biasanya untuk aplikasi rangkaian yang berkenaan dengan frekuensi tinggi. Termasuk kelompok materi dielektrik film ialah bahan-bahan material menyerupai polyester (polyethylene terephthalate atau dikenal dengan sebutan mylar), polystyrene, polyprophylene, polycarbonate, metalized paper dan lainnya.

Mylar, MKM, MKT ialah beberapa pola sebutan merek dagang untuk kapasitor dengan bahan-bahan dielektrik film. Umumnya kapasitor kelompok ini ialah non-polar.

2. Kapasitor Electrolytic

Kelompok kapasitor electrolytic terdiri dari kapasitor-kapasitor yang materi dielektriknya ialah lapisan metal-oksida. Umumnya kapasitor yang termasuk kelompok ini ialah kapasitor polar dengan tanda + dan – di badannya. Mengapa kapasitor ini sanggup mempunyai polaritas, ialah alasannya ialah proses pembuatannya memakai elektrolisa sehingga terbentuk kutup positif anoda dan kutup negatif katoda.

Telah usang diketahui beberapa metal menyerupai tantalum, aluminium, magnesium, titanium, niobium, zirconium dan seng (zinc) permukaannya sanggup dioksidasi sehingga membentuk lapisan metal-oksida (oxide film). Lapisan oksidasi ini terbentuk melalui proses elektrolisa, menyerupai pada proses penyepuhan emas. Elektroda metal yang dicelup kedalam larutan electrolit (sodium borate) kemudian diberi tegangan positif (anoda) dan larutan electrolit diberi tegangan negatif (katoda). Oksigen pada larutan electrolyte terlepas dan mengoksidai permukaan plat metal. Contohnya, bila dipakai Aluminium, maka akan terbentuk lapisan Aluminiumoksida (Al₂O₃) pada permukaannya.

 

Kapasitor Elektrolit (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 kedua diketahui besar kapasitansi berbanding terbalik dengan tebal dielektrik. Lapisan metal-oksida ini sangat tipis, sehingga dengan demikian sanggup dibentuk kapasitor yang kapasitansinya cukup besar.

Karena alasan irit dan praktis, umumnya materi metal yang banyak dipakai ialah aluminium dan tantalum. Bahan yang paling banyak dan murah ialah Aluminium. Untuk mendapat permukaan yang luas, materi plat Aluminium ini biasanya digulung radial. Sehingga dengan cara itu sanggup diperoleh kapasitor yang kapasitansinya besar. Sebagai pola 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 bahwasanya bukan larutan electrolit yang menjadi elektroda negatif-nya, melainkan materi lain yaitu manganese-dioksida. Dengan demikian kapasitor jenis ini bisa mempunyai kapasitansi yang besar namun menjadi lebih ramping dan mungil. Selain itu alasannya ialah seluruhnya padat, maka waktu kerjanya (lifetime) menjadi lebih tahan lama. Kapasitor tipe ini juga mempunyai arus bocor yang sangat kecil Makara sanggup dipahami mengapa kapasitor Tantalum menjadi relatif mahal.

3. Kapasitor Electrochemical

Satu jenis kapasitor lain ialah kapasitor electrochemical. Termasuk kapasitor jenis ini ialah batere dan accu. Pada kenyataanya batere dan accu ialah kapasitor yang sangat baik, alasannya ialah mempunyai kapasitansi yang besar dan arus bocor (leakage current) yang sangat kecil. Tipe kapasitor jenis ini juga masih dalam pengembangan untuk mendapat kapasitansi yang besar namun kecil dan ringan, contohnya untuk applikasi kendaraan beroda empat elektrik dan telepon selular.

Membaca Kapasitansi Kapasitor

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 terperinci tertulis kapasitansinya sebesar 22uF/25v.

Kapasitor yang ukuran fisiknya mungil dan kecil biasanya hanya bertuliskan 2 (dua) atau 3 (tiga) angka saja. Jika hanya ada dua angka satuannya ialah pF (pico farads). Sebagai contoh, kapasitor yang bertuliskan dua angka 47, maka kapasitansi kapasitor tersebut ialah 47 pF.

Jika ada 3 digit, angka pertama dan kedua mengatakan nilai nominal, sedangkan angka ke-3 ialah 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 ialah 10 x 10.000 = 100.000pF atau = 100nF. Contoh lain contohnya tertulis 222, artinya kapasitansi kapasitor tersebut ialah 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. Berikut ini ialah beberapa spesifikasi penting tersebut.

Tegangan Kerja Kapasitor (working voltage)

Tegangan kerja ialah tegangan maksimum yang diijinkan sehingga kapasitor masih sanggup bekerja dengan baik. Para elektro- mania barangkali pernah mengalami kapasitor yang meledak alasannya ialah kelebihan tegangan. Misalnya kapasitor 10uF 25V, maka tegangan yang bisa diberikan dihentikan melebihi 25 volt dc. Umumnya kapasitor-kapasitor polar bekerja pada tegangan DC dan kapasitor non-polar bekerja pada tegangan AC.

Temperatur Kerja Kapasitor

Kapasitor masih memenuhi spesifikasinya bila bekerja pada suhu yang sesuai. Pabrikan pembuat kapasitor umumnya menciptakan kapasitor yang mengacu pada standar popular. Ada 4 standar popular yang biasanya tertera di tubuh kapasitor menyerupai C0G (ultra stable), X7R (stable) serta Z5U dan Y5V (general purpose). Secara lengkap kode-kode tersebut disajikan pada table berikut.

 

Kode karakteristik kapasitor kelas I

 

Kode karakteristik kapasitor kelas II dan III

Toleransi Kapasitor

Seperti komponen lainnya, besar kapasitansi nominal ada toleransinya. Tabel diatas menyajikan nilai toleransi dengan kode-kode angka atau aksara tertentu. Dengan table di atas pemakai sanggup dengan gampang mengetahui toleransi kapasitor yang biasanya tertera menyertai nilai nominal kapasitor. Misalnya bila tertulis 104 X7R, maka kapasitasinya ialah 100nF dengan toleransi +/-15%. Sekaligus dikethaui juga bahwa suhu kerja yang direkomendasikan ialah antara -55Co hingga +125Co (lihat tabel isyarat karakteristik).

Insulation Resistance (IR) Kapasitor

Walaupun materi dielektrik merupakan materi yang non-konduktor, namun tetap saja ada arus yang sanggup melewatinya. Artinya, materi dielektrik juga mempunyai resistansi. walaupun nilainya sangat besar sekali. Phenomena ini dinamakan arus bocor DCL (DC Leakage Current) dan resistansi dielektrik ini dinamakan Insulation Resistance (IR). Untuk menjelaskan ini, berikut ialah model rangkaian kapasitor.

 

Model Insulation Resistance (IR) Kapasitor

Jika tidak diberi beban, semestinya kapasitor sanggup 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 (uA).

Untuk mendapat kapasitansi yang besar diharapkan permukaan elektroda yang luas, tetapi ini akan menjadikan 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.

Dissipation Factor (DF) dan Impedansi (Z) Kapasitor

Dissipation Factor ialah besar persentasi rugi-rugi (losses) kapasitansi bila kapasitor bekerja pada aplikasi frekuensi. Besaran ini menjadi faktor yang diperhitungkan contohnya pada aplikasi motor phasa, rangkaian ballast, tuner dan lain-lain. Dari model rangkaian kapasitor digambarkan adanya resistansi seri (ESR) dan induktansi (L). Pabrik pembuat biasanya meyertakan data DF dalam persen. Rugi-rugi (losses) itu didefenisikan sebagai ESR yang besarnya ialah persentasi dari impedansi kapasitor Xc. Secara matematis di tulis sebagai berikut :

 

Dari klarifikasi di atas sanggup dihitung besar total impedansi (Z total) kapasitor ialah :

 

Karakteristik respons frekuensi sangat perlu diperhitungkan terutama bila 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 untuk suatu kapasitor.

sumber : http://zonaelektro.net/kapasitor/