PENGISIAN-PENGOSONGAN KAPASITOR

The Time Constant

All Electrical or Electronic circuits or systems suffer from some form of “time-delay” between its input and output, when a signal or voltage, either continuous, ( DC ) or alternating ( AC ) is firstly applied to it. This delay is generally known as thetime delay or Time Constant of the circuit and it is the time response of the circuit when a step voltage or signal is firstly applied.

The resultant time constant of any Electronic Circuit or system will mainly depend upon the reactive components either capacitive or inductive connected to it and is a measurement of the response time with units of, Tau – τ

When an increasing DC voltage is applied to a discharged Capacitor, the capacitor draws a charging current and “charges up”, and when the voltage is reduced, the capacitor discharges in the opposite direction. Because capacitors are able to store electrical energy they act like small batteries and can store or release the energy as required.

The charge on the plates of the capacitor is given as: Q = CV. This charging (storage) and discharging (release) of a capacitors energy is never instant but takes a certain amount of time to occur with the time taken for the capacitor to charge or discharge to within a certain percentage of its maximum supply value being known as its Time Constant ( τ ).

If a resistor is connected in series with the capacitor forming an RC circuit, the capacitor will charge up gradually through the resistor until the voltage across the capacitor reaches that of the supply voltage. The time called the transient response, required for this to occur is equivalent to about 5 time constants or 5T.

This transient response time T, is measured in terms ofτ = R x C, in seconds, where R is the value of the resistor in ohms and C is the value of the capacitor in Farads. This then forms the basis of an RC charging circuit were 5T can also be thought of as “5 x RC”.

RC Charging Circuit

The figure below shows a capacitor, ( C ) in series with a resistor, ( R ) forming a RC Charging Circuit connected across a DC battery supply ( Vs ) via a mechanical switch. When the switch is closed, the capacitor will gradually charge up through the resistor until the voltage across it reaches the supply voltage of the battery. The manner in which the capacitor charges up is also shown below.

RC Charging Circuit

 

Let us assume above, that the capacitor, C is fully “discharged” and the switch (S) is fully open. These are the initial conditions of the circuit, then t = 0, i = 0 and q = 0. When the switch is closed the time begins at t = 0and current begins to flow into the capacitor via the resistor.

Since the initial voltage across the capacitor is zero, ( Vc = 0 ) the capacitor appears to be a short circuit to the external circuit and the maximum current flows through the circuit restricted only by the resistor R. Then by using Kirchoff’s voltage law (KVL), the voltage drops around the circuit are given as:

 

The current now flowing around the circuit is called theCharging Current and is found by using Ohms law as: i = Vs/R.

RC Charging Circuit Curves

 

The capacitor now starts to charge up as shown, with the rise in the RC charging curve steeper at the beginning because the charging rate is fastest at the start and then tapers off as the capacitor takes on additional charge at a slower rate.

As the capacitor charges up, the potential difference across its plates slowly increases with the actual time taken for the charge on the capacitor to reach 63% of its maximum possible voltage, in our curve 0.63Vsbeing known as one Time Constant, ( T ). This 0.63Vsvoltage point is given the abbreviation of 1T.

The capacitor continues charging up and the voltage difference between Vs and Vc reduces, so to does the circuit current, i. Then at its final condition greater than five time constants ( 5T ) when the capacitor is said to be fully charged, t = ∞, i = 0, q = Q = CV. Then at infinity the current diminishes to zero, the capacitor acts like an open circuit condition therefore, the voltage drop is entirely across the capacitor.

So mathematically we can say that the time required for a capacitor to charge up to one time constant is given as:

Where, R is in Ω‘s and C in Farads.

Since voltage V is related to charge on a capacitor given by the equation, Vc = Q/C, the voltage across the value of the voltage across the capacitor ( Vc ) at any instant in time during the charging period is given as:

• Where:
• Vc is the voltage across the capacitor
• Vs is the supply voltage
• t  is the elapsed time since the application of the supply voltage
• RC is the time constant of the RC charging circuit

 

After a period equivalent to 4 time constants, ( 4T ) the capacitor in this RC charging circuit is virtually fully charged and the voltage across the capacitor is now approx 99% of its maximum value, 0.99Vs. The time period taken for the capacitor to reach this 4T point is known as the Transient Period.

After a time of 5T the capacitor is now fully charged and the voltage across the capacitor, ( Vc ) is equal to the supply voltage, ( Vs ). As the capacitor is fully charged no more current flows in the circuit. The time period after this 5T point is known as the Steady State Period.

As the voltage across the capacitor Vc changes with time, and is a different value at each time constant up to 5T, we can calculate this value of capacitor voltage,Vc at any given point, for example.

RC Charging Circuit Example No1

Calculate the RC time constant, τ of the following circuit.

The time constant, τ is found using the formula T = R x C in seconds.

Therefore the time constant τ is given as:
      T = R x C = 47k x 1000uF = 47 Secs

 

 

a) What value will be the voltage across the capacitor at 0.7 time constants?

        At 0.7 time constants ( 0.7T ) Vc = 0.5Vs. Therefore, Vc = 0.5 x 5V = 2.5V

 

b) What value will be the voltage across the capacitor at 1 time constant?

        At 1 time constant ( 1T ) Vc = 0.63Vs. Therefore, Vc = 0.63 x 5V = 3.15V

 

c) How long will it take to “fully charge” the capacitor?

        The capacitor will be fully charged at 5 time constants.
 
        1 time constant ( 1T ) = 47 seconds, (from above). Therefore, 5T = 5 x 47 = 235 secs

 

d) The voltage across the Capacitor after 100 seconds?

        The voltage formula is given as Vc = V(1 – e-t/RC)
 
        which equals: Vc = 5(1-e-100/47)    RC = 47 seconds from above, Therefore, Vc = 4.4 volts

 

We have seen that the charge on a capacitor is given by the expression: Q = CV and that when a voltage is firstly applied to the plates of the capacitor it charges up at a rate determined by its time constant, τ. In the next tutorial we will examine the current-voltage relationship of a discharging capacitor and look at the curves associated with it when the capacitors plates are shorted together.

Link Source :

http://www.electronics-tutorials.ws/rc/rc_1.html

DIODA

Dioda adalah komponen aktif yang memiliki dua kutub dan bersifat semikonduktor. Dioda juga bisa dialiri arus listrik ke satu arah dan menghambat arus dari arah sebaliknya. Dioda sebenarnya tidak memiliki karakter yang sempurna, melainkan memiliki karakter yang berhubungan dengan arus dan tegangan komplek yang tidak linier dan seringkali tergantung pada teknologi yang digunakan serta parameter penggunaannya.

Awal mulanya dioda adalah sebuah piranti kristal Cat’s Wahisker dan tabung hampa. Sedangkan pada saat ini, dioda sudah banyak dibuat dari bahan semikonduktor, contohnya : Silikon dan Germanium. Di karenakan pengembangannya yang dilakukan secara terpisah, dioda kristal (semikonduktor) lebih populer di bandingkan dengan dioda termionik. Dioda termionik pertama kali ditemukan oleh Frederick Guthrie pada tahun 1873, sedangkan dioda kristal ditemukan pada tahun 1874 oleh peneliti asal Jerman, Karl Ferdinand Braun.

Gambar Tentang Pengertian Dioda

Pengertian Dioda Termionik adalah piranti katub yang merupakan susunan elektroda di dalam sampul gelas. Bentuk pertama kali dari dioda termionik hampir sama dengan bola lampu pijar. Di dalam katub dioda termionik, arus listrik yang melalui filamen pemanas secara tidak langsung memanaskan katoda. Elektroda internal lainnya dilapisi dengan campuran barium dan strontium oksida yang merupakan oksida dari logam alkali tanah. Dari kegiatan tersebut menghasilkan pancaran termionik elektron ke ruang hampa. Walaupun demikian, elektron tidak dapat di pancarkan dengan mudah ke permukaan anoda yang tidak terpanasi ketika polaritas tegangan di balik.

Pengertian Dioda Semikondutor sebagian besar terdapat pada teknologi pertemuan P-N semikonduktor. Dioda P-N terdapat arus yang mengalir dari sisi Tipe-P (anoda) menuju sisi Tipe-N (katoda), akan tetapi tidak dapat mengalir ke arah sebaliknya. Dioda semikonduktor memiliki tipe lain yaitu dioda schottky yang di bentuk dari pertemuan antara logam dan semikonduktor sebagai ganti dari pertemuan P-N konvensional.

Prinsip Kerja Dioda pada umumnya adalah sebagai alat yang terbentuk dari beberapa bahan semikonduktor dengan muatan Anode (P) dan muatan Katode (N) yang biasanya terdiri dari geranium atau silikon yang digabungkan, dan muatan yang bertipe N merupakan bahan dengan kelebihan elektron, dan sebaliknya muatan bertipe P merupakan bahan dengan kekurangan satu elektron yang dipisahkan oleh depletion layer yang terjadi akibat keseimbangan kedua muatan tersebut, oleh karena itu dioda tersebut menghasilkan suatu hole yang berfungsi sebagai pembawa tegangan atau muatan sehingga terjadi perpindahan sekaligus pengaliran arus yang terjadi di hole tersebut yang menghasilkan tegangan arus searah atau biasa disebut dengan DC.

Prinsip Kerja Dioda berbeda dengan prinsip atau teori elektron yang menyebutkan bahwa arus listrik yang terjadi dikarenakan oleh pergerakan elektron dari kutub positif menuju ke kutub negatif, tetapi dioda ini hanya mengalirkan arus satu arah saja, yaitu DC. Oleh karena jika dioda dialiri oleh tegangan P yang lebih besar dari muatan N, maka elektron yang terdapat pada muatan N akan mengalir ke muatan P yang disebut sebagai Forward Bias, bila terjadi sebaliknya, yaitu jika dioda tersebut dialiri dengan tegangan N yang lebih besar daripada tegangan P, maka elektron yang ada di dalamnya tidak akan bergerak, sehingga dioda tidak mengaliri muatan apapun, pada kondisi seperti ini sering disebut sebagai reverse bias.

Gambar Skema Prinsip Kerja Dioda

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa Prinsip Kerja Dioda merupakan salah satu alat yang sangat unik karena mampu memanipulasi muatan hingga menjadi muatan yang searah atau DC. Sambungan antara muatan anoda (P) dengan muatan katoda (N) dinamakan sebagai depletion layer (lapisan deplesi) dimana terjadi keseimbangan muatan elektron dan hole. Biasanya pada sisi P banyak terbentuk hole-hole yang siap menerima muatan elektron, sedangkan pada sisi N banyak elektron yang siap untuk membebaskan diri, dengan kata lain jika sisi P diberi muatan potensial yang lebih, maka elektron dari sisi N akan langsung mengisi setiap hole-hole yang ada di sisi P.

Karakteristik Dioda dapat diketahui dengan cara memasang dioda seri dengan sebuah catu daya dc dan sebuah resistor. Dengan menggunakan rangkaian tersebut maka akan dapat diketahui tegangan dioda dengan variasi sumber tegangan yang diberikan. Seperti yang telah kita ketahui bahwa dioda adalah komponen aktif dari dua elektroda (katoda dan anoda) yang sifatnya semikonduktor, jadi dengan sifatnya tersebut dioda tidak hanya memperbolehkan arus listrik mengalir ke satu arah, tetapi juga menghambat arus dari arah sebaliknya. Dioda dapat dibuat dari Germanium (Ge) dan Silikon atau Silsilum (Si). Komponen aktif ini mempunyai fungsi sebagai; pengaman, penyearah, voltage regulator, modulator, pengendali frekuensi, indikator, dan switch.

Gambar Simbol Karakteristik Dioda

Berdasarkan fungsinya, dioda terbagi atas; Dioda Kontak Titik, Dioda Hubungan, LED, Dioda Foto, Dioda kapasiansi Variabel, Dioda Bridge dan Dioda Zener. Dioda Kontak Titik atau Point Contact Diode biasanya digunakan untuk mengubah frekuensi dari tinggi ke rendah. Contohnya, OA70, OA90, dan 1N60. Dioda hubungan, adalah salah satu karakteristik dioda yang mengalirkan tegangan yang besar namun hanya searah. Sedangkan LED atau Light Emiting Diode adalah jenis komponen yang dapat mengeluarkan cahay bila diberikan forward bias. Berbeda dengan LED, Dioda foto atau bisa disebut dengan Foto Dioda akan menghasilkan arus listrik apabila terkena cahaya. Besarnya arus listrik tergantung dari seberapa besar cahaya yang masuk.

Dioda Kapasiansi Variabel, atau bisa disebut juga dengan dioda varicap atau varactor yang bila dipasang terbalik akan berperan sebagai kondensator ini banyak digunakan pada modulator FM dan juga pada VCO suatu PLL ( Phale Lock Lopp). Dioda yang berfungsi sebagaipower supply adalah Dioda Bridge. Komponen ini adalah silikon yang dirangkai menjadi bridge menjadi satu komponen utuh .Berbagai macam bentuk dioda ini banyak dijula di pasaran dengan berbagai macam besar kapasitasnya. Yang terakhir adalah Dioda Zener. Komponen aktif ini biasanya digunakan pada pembatas tegangan dan berfungsi sebagai voltage stabilizer atau voltage regulator. Karakteristik dioda ini adalah mempunyai sifat tegangan terbaliknya stabil.

Jenis-Jenis Dioda terdiri dari Light Emiting Diode (Dioda Emisi Cahaya) yang biasa disingkat LED, Diode Photo (Dioda Cahaya), Diode Varactor (Dioda Kapasitas), Diode Rectifier (Dioda Penyearah) dan yang terakhir adalah Diode Zener yang biasa disebut juga sebagai Voltage Regulation Diode. Semua jenis dioda ini memiliki fungsi yang berbeda-beda yang sesuai dengan nama dioda itu sendiri. Dioda disempurnakan oleh William Henry Eccles pada tahun 1919 dan mulai memperkenalkan istilah diode yang artinya dua jalur tersebut, walaupun sebelumnya sudah ada dioda kristal (semikonduktor) yang dikembangkan oleh peneliti asal Jerman yaitu Karl Ferdinan Braun pada tahun 1874, dan dioda termionik pada tahun 1873 yang dikembangkan lagi prinsip kerjanya oleh Frederic Gutherie.

Gambar Jenis-Jenis Dioda

Berikut ini adalah pengertian dari Jenis-Jenis Dioda :

Light Emiting Diode (Dioda Emisi Cahaya)

Dioda yang sering disingkat LED ini merupakan salah satu piranti elektronik yang menggabungkan dua unsur yaitu optik dan elektronik yang disebut juga sebagai Opteolotronic.dengan masing-masing elektrodanya berupa anoda (+) dan katroda (-), dioda jenis ini dikategorikan berdasarkan arah bias dan diameter cahaya yang dihasilkan, dan warna nya.

Diode Photo (Dioda Cahaya)

Dioda jenis ini merupakan dioda yang peka terhadap cahaya, yang bekerja pada pada daerah-daerah reverse tertentu sehingga arus cahaya tertentu saja yang dapat melewatinya, dioda ini biasa dibuat dengan menggunakan bahan dasar silikon dan geranium. Dioda cahaya saat ini banyak digunakan untuk alarm, pita data berlubang yang berguna sebagai sensor, dan alat pengukur cahaya (Lux Meter).

Diode Varactor (Dioda Kapasitas)

Dioda jenis ini merupakan dioda yang unik, karena dioda ini memiliki kapasitas yang dapat berubah-ubah sesuai dengan besar kecilnya tegangan yang diberikan kepada dioda ini, contohnya jika tegangan yang diberikan besar, maka kapasitasnya akan menurun,berbanding terbalik jika diberikan tegangan yang rendah akan semakin besar kapasitasnya, pembiasan dioda ini secara reverse. Dioda jenis ini banyak digunakan sebagai pengaturan suara pada televisi, dan pesawat penerima radio.

Diode Rectifier (Dioda Penyearah)

Dioda jenis ini merupakan dioda penyearah arus atau tegangan yang diberikan, contohnya seperti arus berlawanan (AC) disearahkan sehingga menghasilkan arus searah (DC). Dioda jenis ini memiliki karakteristik yang berbeda-beda sesuai dengan kapasitas tegangan yang dimiliki.

Diode Zener

Dioda jenis ini merupakan dioda yang memiliki kegunaan sebagai penyelaras tegangan baik yang diterima maupun yang dikeluarkan, sesuai dengan kapasitas dari dioda tersebut, contohnya jika dioda tersebut memiliki kapasitas 5,1 V, maka jika tegangan yang diterima lebih besar dari kapasitasnya, maka tegangan yang dihasilkan akan tetap 5,1 tetapi jika tegangan yang diterima lebih kecil dari kapasitasnya yaitu 5,1, dioda ini tetap mengeluarkan tegangan sesuai dengan inputnya.

Dapat disimpulkan bahwa Jenis-Jenis Dioda tersebut memiliki berbagai kegunaan tersendiri yang dapat memanipulasi berbagai tegangan yang masuk melalui dioda tersebut. Jenis-jenis Dioda diatas merupakan beberapa contoh jenis dioda yang saat ini sudah ada dan dikembangkan, masih banyak lagi contoh lain dari jenis dioda ini.

Simbol Dioda untuk masing-masing diode berbeda dan masing-masing simbol menggambarkan cara kerja serta struktur dari dioda tersebut. Dioda sendiri disimbolkan dengan gambar yang menyerupai anak panah yang pada sisi ujungnya terdapat garis mendatar yang melintang, mengarah kearah kanan dengan dibatasi oleh garis vertikal yang memisahkan antara anak panah dengan garis mendatar yang melintang tersebut. Yang pada pangkal anak panah nya disebut anoda atau kaki positif (+), dan ujung anak panah tersebut dinamakan katoda atau kaki negatif (-).

Contoh Beberapa Simbol Dioda

Beberapa macam Simbol Dioda antara lain adalah :

1. Dioda Zener yang disimbolkan dengan menyerupai anak panah mengarah ke kanan yang diikuti dengan garis mendatar yang melintang melalui kedua sisi nya tersebut, dengan dibatasi oleh garis vertikal dengan tambahan garis kecil mendatar kearah kanan untuk bagian atas, dan garis mendatar kearah kiri pada bagian bawahnya yang menandakan terjadinya penstabilan tegangan atau arus yang searah (DC).
2. Dioda Foto yang disimbolkan sama persis seperti simbol dioda biasa dengan tambahan gambar 2 buah anak panah kecil di bagian atas kepala anak panah utama yang mengarah serong ke kiri bawah yang menandakan bahwa dioda tersebut menghasilkan arus listrik ketika mendapat cahaya.
3. Dioda Emisi Cahaya yang disimbolkan sama persis seperti simbol dioda biasa dengan tambahan gambar 2 buah anak panah kecil yang sama dengan simbol yang dioda foto miliki, tetapi memiliki arah yang berbanding terbalik yaitu serong atas kanan, yang menandakan bahwa dioda tersebut akan menghasilkan cahaya ketika mendapatkan muatan DC.
4. Dioda Varaktor yang disimbolkan hampir mirip dengan dioda biasa yang dipotong oleh 2 garis vertikal pada ujung anak panah secara sejajar, dengan dilanjutkan garis mendatar di tengah-tengahnya, menandakan bahwa dioda tersebut bergabung dengan kapasitor.
5. Dioda Terobosan yang disimbolkan sama persis seperti simbol dioda biasa dengan tambahan garis 2 garis kecil mendatar pada tiap ujung garis tersebut baik ujung atas maupun bawahnya yang mengarah ke kanan yang menandakan bahwa adanya suatu karakteristik resistansi negatif.

Beberapa Simbol Dioda sangat mirip dari satu sama dengan lainnya, yang membedakan hanya cara kerja dan karakteristik dari dioda masing-masing.

KAPASITOR

Kapasitor adalah komponen elektronika yang mempunyai kemampuan menyimpan electron-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.

Simbol kapasitor 

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, elektrolit 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 kutub positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Kemampuan untuk menyimpan muatan listrik pada kapasitor disebuat dengan kapasitansi atau kapasitas.

Kapasitansi didefenisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan elektron. Coulombs pada abad 18 menghitung bahwa 1 coulomb = 6.25 x 10 18 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

Dimana :

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)

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

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 diatas menunjukan bahwa ada dua buah plat yang dibatasi udara. Jarak kedua plat dinyatakan sebagai d dan v adalah tegangan listrik yang masuk.

Besaran Kapasitansi

Kapasitas dari sebuah kapasitor adalah perbandingan antara banyaknya muatan listrik dengan tegangan kapasitor.

C = Q / V

Jika dihitung dengan rumus C= 0,0885 D/d . Maka kapasitasnya dalam satuan piko farad D = luas bidang plat yang saling berhadapan dan saling mempengaruhi dalam satuan cm2. d = jarak antara plat dalam satuan cm. Bila tegangan antara plat 1 volt dan besarnya muatan listrik pada plat 1 coulomb, maka  kemampuan menyimpan listriknya disebut 1 farad .

Dalam kenyataannya kapasitor dibuat dengan satuan dibawah 1 farad. Kebanyakan kapasitor elektrolit dibuat mulai dari 1 mikrofarad sampai beberapa milifarad.

Jenis-jenis kapasitor sesuai bahan dan konstruksinya.

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:

1. kapasitor keramik
2. kapasitor film
3. kapasitor elektrolit
4. kapasitor tantalum
5. kapasitor kertas

Berdasarkan polaritas kutup pada elektroda kapasitor dapat dibedakan dalam 2 jenis yaitu 

1. Kapasitor Non-Polar,

kapasitor yang tidak memiliki polaritas pada kedua elektroda dan tidak perlu dibedakan kaki elektrodanya dalam pesangannya pada rangkaian elektronika.

2. Kapasitor Bi-Polar, 

yaitu kapasitor yang memiliki polaritas positif dan negatif pada elektrodanya, sehingga perlu diperhatikan pemasangannya pada rangkaian elektronika dan tidak boleh terbalik.

Kapasitor elektrolit dan kapasitor tantalum adalah kapasitor yang mempunyai kutub atau polar,  sering disebut juga dengan nama kapasitor polar. Kapasitor film terdiri dari beberapa jenis yaitu polyester film, poly propylene film atau polysterene film.

Kapasitor yang dipelajari dan digunakan dalam rangkaian elektronika ada beberapa jenis. Cara membedakan kapasitor juga ada beberapa sudut pandang yang digunakan, kapasitor dapat dibedakan berdasarkan kapasitasnya, berdasarkan dielektrikum yang digunakan dan polaritas kapasitor.

Berdasarkan kapasitas dari suatu kapasitor, maka kapasitor dapat dibedakan dalam 2 jenis.

1. Kapasitor Tetap

Kapasitor tetap adalah kapasitor yang memiliki kapasitansi tetap dan tidak dapat diubah-ubah. Pada kategori kapasitor tetap, terdapat 2 jenis kapasitor yang dapatdibedakan berdasarkan polaritas elektrodanya.

>Kapasitor Polar 

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 dan mengoksidai permukaan plat metal. Contohnya, jika digunakan Aluminium, maka akan terbentuk lapisan Aluminium-oksida (Al 2 O 3 ) 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. 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 caraitu 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 Non-Polar

Kapasitor non polar 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 uF, 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.

2. Kapasitor Tidak Tetap

Kapasitor tidak tetap atau kapasitor variabel adalah kapasitor yang nilai kapasitansinya dapat diubah atau kapasitansinya dapat diatur sesuai keinginan dengan batas maksimal sesuai yang tertera pada kapasitor tersebut. Contoh suatu kapasitor variabel (Varco/trimer kapasitor) tertulis 100pF maka kapasitansi kapasitor tersebut dapat diatur maksimal 100pF sampai mendekati 0 pF. Aplikasi dari kapasitor variabel ini dapat ditemukan pada rangkaian penerima radio atau pembangkit gelombang, kapasitor variabel ini juga dapat ditemui pada pemancar radio. Fungsi kapasitor variabel ini pada rangkaian tersebut adalah untuk mengatur nilai frekuensi resonansi yang dihasilkan dari rangkaian pembangkit gelombang, dan sebagai trimer impedansi pemancar dan antena  pada pemancar radio.

Berdasasarkan bahan dielektirknya Kapasitor dapat dibedakan menjadi beberapa tipe atau jenis., polarisasi pada kedua kutupnya, dan dilihat dari kapasitasnya. Apabila dilihat dari tipe bahan dielektrik yang digunakan untuk membuat kapasitor, maka kapasitor dapat dibedakan menjadi beberapa tipe tergantung dari bahan dielektriknya. Untuk lebih sederhana dapat dibagi menjadi 3 bagian, yaitu 

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 uF, 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 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 dan mengoksidai 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-metaloksida 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 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 applikasi mobil elektrik dan telepon selular.

Sifat-sifat kapasitor

Kapasitor terhadap tegangan dc merupakan hambatan yang sangat besar. Kapasitor terhadap tegangan ac mempunyai resistansi yang berubah-ubah sesuai dengan frequency kerja. Kapasitor 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 = 1/2πfc

Dimana :

Xc = Reaktansi kapasitif (ohm)

f  = frekuensi kerja rangkain dalam satuan hertz

c  = kapasitansi (farad)

Kapasitansi Pada Rangkaian Kapasitor

Besarnya kapasitansi atau kapasitas total (Ct) pada kapasitor yang dirangkai seri seperti gambar dibawah ini adalah disusun secara seri dan paralel dapat dirumuskan sebagai berikut.

Pengisian Dan Pengosongan Kapasitor

Saat pengisian dan pengosongan muatan pada kapasitor, lamanya pengisian dan pengosongan muatannya tergantung dari besarnya nilai resistansi dan kapasitansi yang digunakan pada rangkaian. Pada saat saklar menghubungkan ketitik 1 arus listrik mengalir dari sumber-sumber tegangan melalui komponen R menuju komponen C. Tegangan pada kapasitor meningkat dari 0 volt sampai sebesar 

tegangan sumber, kemudian tak terjadi aliran, saklar dipindahkan posisinya ke titik 2 maka terjadi proses pengosongan. Seperti yang ditunjukan pada gambar dibawah.

Tegangan kapasitor menurun, arah arus berlawanan dari arah pengisian. Tegangan pada R menjadi negatif dan berangsur-angsur tegangannya menjadi 0 volt. Pengisian dan pengosongan masing-masing memerlukan 5 R.C (time constan).

Membaca nilai kapasitor 

Membaca nilai kapasitor pada kapasitor ukuran besar dapat langsung dibaca pada kemasannya, Untuk kapsitor berukuran kecil nilai kapasitor ditulis dalam kode tertentu, dengan cara pembacaan nilai kapasitor sebgai berikut. 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 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 adalah pF (pico farads). Sebagai contoh, kapasitor yang bertuliskan dua angka 47, maka kapasitansi kapasitor tersebut adalah 47 pF.

Kapasitor Dengan Penulisan 3 Digit

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. Contoh lain misalnya tertulis 222, artinya kapasitansi kapasitor tersebut adalah 22 x 100 = 2200 pF = 2.2 nF.

Kapasitor Dengan Penulisan Ring Warna

Kapasitor juga dituliskan dengan kode warna seperti resistor, namun kapasitor jenis ini jarang ditemui. Format penulisan dengan kode warna kapasitor ditulis dalam 4 ring warna dan 5 ring warna. Kapasitor yang ditulis dengan kode warna menggunakan satuan dasar pico farad (pF).

Urutan pembacaan ring kapasitor dimulai dari ring paling atas. Ring pertama = digit ke 1, ring kedua = digit ke 2, ring ketiga = faktor pengali, ring ke empat = toleransi. Sebagai contoh kapasitor dengan 4 ring warna dimulai dari atas kuning (4), ungu (7), merah (2) dan hijau (5%) sehingga nilai

kapasitor tersebut adalah 4700 pF = 4,7 nF dengan toleransi 5%. 

Tabel kode warna untuk kapasitor dapat dilihat pada gambar berikut.

Tegangan Kerja Kapasitor

Tegangan kerja adalah tegangan maksimum yang diijinkan sehingga kapasitor masih dapat bekerja 

dengan baik. Misalnya kapasitor 10uF 25V, maka tegangan yang bisa diberikan tidak boleh melebihi 25 volt dc. Temperatur Kerja Kapasitor Kapasitor masih memenuhi spesifikasinya jika bekerja pada suhu yang sesuai. Ada 4 standar popular yang digunakan produsen kapasitor yang biasanya tertera di badan kapasitor seperti C0G (ultra stable), X7R (stable) serta Z5U dan Y5V (general purpose). Secara lengkap kode-kode tersebut disajikan pada table karakteristik kapasitor diatas.

Toleransi Kapasitor

Seperti komponen lainnya, besar kapasitansi nominal ada toleransinya. Nilai toleransi dengan kode-kode angka atau huruf dapat dilihat pada tabel karakteristik diatas. Misalnya jika tertulis 104 X7R, maka kapasitasinya adalah 100 nF dengan toleransi +/- 15%. Sekaligus diketahui juga bahwa suhu kerja yang direkomendasikan adalah antara  55 °C sampai + 125 °C.