Kondensator ( kapasitor )

Desember 30, 2010

Komponen elektronika kali ini yang akan kita bahas adalah kapasitor.Selain kapasitor nama lainnya adalah condensator.Komponen ini seperti halnya resistor juga termasuk dalam kelompok komponen pasif,yaitu jenis komponen yang bekerja tanpa memerlukan arus panjar.
 

Kondensator atau sering disebut sebagai kapasitor adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kondensator memiliki satuan yang disebut Farad dari nama Michael Faraday. Kondensator juga dikenal sebagai "kapasitor", namun kata "kondensator" masih dipakai hingga saat ini. Pertama disebut oleh Alessandro Volta seorang ilmuwan Italia pada tahun 1782 (dari bahasa Itali condensatore), berkenaan dengan kemampuan alat untuk menyimpan suatu muatan listrik yang tinggi dibanding komponen lainnya. Kebanyakan bahasa dan negara yang tidak menggunakan bahasa Inggris masih mengacu pada perkataan bahasa Italia "condensatore", bahasa Perancis condensateur, Indonesia dan Jerman Kondensator atau Spanyol Condensador.

Sehingga Fungsi kapasitor adalah untuk menyimpan arus/tegangan listrik. Untuk arus DC kapasitor berfungsi sebagai isulator/penahan arus listrik, sedangkan untuk arus AC berfungsi sebagai konduktor/melewatkan arus listrik.  

Dalam penerapannya kapasitor digunakan sebagai filter/penyaring,perata tegangan DC pada pengubah AC to DC,pembangkit gelombang ac atau oscilator dsb.

• Kondensator diidentikkan mempunyai dua kaki dan dua kutub yaitu positif dan negatif serta memiliki cairan elektrolit dan biasanya berbentuk tabung.

Lambang kondensator (mempunyai kutub) pada skema elektronika.

• 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.

Lambang kapasitor (tidak mempunyai kutub) pada skema elektronika.

Namun kebiasaan dan kondisi serta artikulasi bahasa setiap negara tergantung pada masyarakat yang lebih sering menyebutkannya. Kini kebiasaan orang tersebut hanya menyebutkan salah satu nama yang paling dominan digunakan atau lebih sering didengar. Pada masa kini, kondensator sering disebut kapasitor (capacitor) ataupun sebaliknya yang pada ilmu elektronika disingkat dengan huruf (C).

  

Kapasitansi

Satuan dari kapasitansi kondensator adalah Farad (F). Namun Farad adalah satuan yang terlalu besar, sehingga digunakan:

• Pikofarad (pF) =
• Nanofarad (nF) =
• Microfarad () =

•  1 uF → 1 mikro Farad = 1 x 10 pangkat (-6) Farad = 0.000001 Farad

• 1 nF → 1 nano farad = 1 x 10 pangkat (-9) Farad

• 1 pF → 1 piko Farad = 1 x 10 pangkat (-12) Farad

Kapasitansi dari kondensator dapat ditentukan dengan rumus:

C : Kapasitansi

ε₀ : permitivitas hampa

ε_r : permitivitas relatif

A : luas pelat

d :jarak antar pelat/tebal dielektrik

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 …………….(1)  

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-1 : Konstanta dielektrik bahan kapasitor

Tabel konstanta dielektrik bahan kapasitor

Adapun cara memperbesar kapasitansi kapasitor atau kondensator dengan jalan:

1. Menyusunnya berlapis-lapis.
2. Memperluas permukaan variabel.
3. Memakai bahan dengan daya tembus besar.

Permitivitas Relatif Dielektrik

Dielektrik	Permitivitas
Keramik rugi rendah	7
Keramik k tinggi	50.000
Mika perak	6
Kertas	4
Film plastik	2,8
Polikarbonat	2,4
Polistiren	3,3
Poliester	2,3
Polipropilen	8
Elektrolit aluminium	25
Elektrolit tantalum	35

Tegangan Kerja (working voltage)

Tegangan kerja adalah tegangan maksimum yang diijinkan sehingga kapasitor masih dapat bekerja dengan baik. Para elektro- mania barangkali pernah mengalami kapasitor yang meledak karena kelebihan tegangan. Misalnya kapasitor 10uF 25V, 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.

Temperatur Kerja

Kapasitor masih memenuhi  spesifikasinya jika bekerja pada suhu  yang sesuai. Pabrikan pembuat kapasitor umumnya membuat kapasitor yang mengacu pada standar popular. Ada 4 standar  popular 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 berikut.  

Tabel-2 : Kode karakteristik kapasitor kelas I

Tabel-3 : Kode karakteristik kapasitor kelas II dan III

Insulation Resistance (IR)

Walaupun bahan dielektrik merupakan bahan yang non-konduktor, namun tetap saja ada arus yang dapat melewatinya. Artinya, bahan dielektrik juga memiliki 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 adalah  model rangkaian kapasitor.  

Gambar-3 : Model rangkaian kapasitor

C = Capacitance 

ESR = Equivalent Series Resistance

L = Inductance 

IR = Insulation Resistance

Jika tidak diberi beban, semestinya kapasitor dapat 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 mendapatkan kapasitansi yang besar diperlukan permukaan elektroda yang luas, tetapi ini akan menyebabkan 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)

Dissipation Factor adalah besar persentasi rugi-rugi (losses) kapasitansi jika kapasitor bekerja pada aplikasi frekuensi. Besaran ini menjadi faktor yang diperhitungkan misalnya 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 adalah persentasi dari impedansi kapasitor Xc. Secara matematis di tulis sebagai berikut :

Gambar-4 : Faktor dissipasi

Dari penjelasan di atas dapat dihitung besar total impedansi (Z total) kapasitor adalah :

Gambar-5 : Impendansi Z

Karakteristik respons frekuensi sangat perlu diperhitungkan terutama jika kapasitor bekerja pada frekuensi tinggi.  Untuk perhitungan respons frekuensi dikenal juga satuan faktor qualitas Q (quality factor) yang tak lain sama dengan 1/DF.

# Kode Angka Pada Kapasitor
Untuk kapasitor yang nilai kapasitasnya di bawah 1 uF biasanya nilai kapasitasnya dituliskan dalam kode angka.
Contoh :
1. 104 → 10 x 10 pangkat 4 (dalam satuan piko Farad) = 100000 pF atau 100 nF atau 0.1 uF
2. 222 → 22 x 10 pangkat 2 (pF) = 2200 pF atau 2.2 nF
* caranya adalah kita tulis ulang 2 angka pertama,kemudian kita kalikan dengan 10 pangkat angka terakhirnya.
3. 4n7 → 4.7 nano Farad
4. 2p5 → 2.5 piko Farad

Kapasitor yang bernilai di bawah 1 uF umumnya adalah jenis non polar,kecuali yang jenis elektrolit.

* Menurut Polaritasnya
- Kapasitor Polar
Memiliki polaritas (+) dan (-).
Dalam pemasangannya harus diperhatikan polaritasnya dan tidak boleh dipasang terbalik. Pada bodynya terdapat tanda polaritasnya untuk menandai kaki yang berpolaritas (+) atau (-).
- Kapasitor Non Polar(Bipolar Capasitor)
Jenis kapasitor ini bisa dipasang bolak-balik.

* Menurut Bahan Pembuatannya
Kapasitor pada dasarnya adalah 2 buah lempeng logam(dielectric) yang dipisahkan oleh sebuah bahan isulator. Nah,bahan isulator inilah yg menentukan nama kapasitor tersebut.
Menurut bahan pembuatannya jenis2 kapasitor adalah :
- Kapasitor Elektrolit → isulatornya dibuat dari bahan elektrolit
- Kapasitor Mika → bahan isulatornya dibuat dari mika
- Kapasitor Udara → bahan isulatornya dibuat dari udara.
- Kapasitor Kertas,tantalum,milar,dsb.

* Menurut Ketetapan Nilainya
- Kapasitor Tetap/permanen
Nilai kapasitasnya tidak bisa diubah-ubah.
- Kapasitor Variable atau sering juga disebut VC atau Varco (variable capasitor)
Kapasitor jenis ini bisa kita ubah-ubah nilainya.
 

Jenis kondensator

• Kondensator elektrolit

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.

Berbagai macam lambang gambar untuk Kapasitor Elektrolit pada skema elektronika :

Tampak pada gambar diatas polaritas negatif pada kaki Kondensator Elektrolit.

Selain kondensator elektrolit yang mempunyai polaritas pada kakinya, ada juga kondensator yang berpolaritas yaitu kondensator solid tantalum.

Kerusakan umum pada kondensator elektrolit di antaranya adalah:

• Kering (kapasitasnya berubah)
• Konsleting
• Meledak, yang dikarenakan salah dalam pemberian tegangan positif dan negatifnya, jika batas maksimum voltase dilampaui juga bisa meledak.

• Kondensator variabel

 Kondensator variabel dan trimmer adalah jenis kondensator yang kapasitasnya bisa diubah-ubah. Kondensator ini dapat berubah kapasitasnya karena secara fisik mempunyai poros yang dapat diputar dengan menggunakan obeng.

Kondensator variabel

Kondensator variabel terbuat dari logam, mempunyai kapasitas maksimum sekitar 100 pF (pikoFarad) sampai 500 pF (100pF = 0.0001µF).

Kondensator variabel dengan spul antena dan spul osilator berfungsi sebagai pemilih gelombang frekuensi tertentu yang akan ditangkap.

Lambang gambar untuk Kondensator Variable pada skema elektronika

Kondensator trimer

Sedangkan kondensator trimer dipasang paralel dengan variabel kondensator berfungsi untuk mengatur pemilihan gelombang frekuensi tersebut.

Kondensator trimer mempunyai kapasitas di bawah 100 pF (pikoFarad).

Lambang gambar untuk Kondensator Trimer pada skema elektronika:

Kerusakan umumnya terjadi jika:

1. Korsleting
2. Setengah korsleting (penangkapan gelombang pemancar menjadi tidak normal)

• Kondensator tetap

Kondensator tetap ialah suatu kondensator yang nilainya konstan dan tidak berubah-ubah. Kondensator tetap ada tiga macam bentuk:

• Kondensator keramik (Ceramic Capacitor)

Bentuknya ada yang bulat tipis, ada yang persegi empat berwarna merah, hijau, coklat dan lain-lain. Dalam pemasangan di papan rangkaian (PCB), boleh dibolak-balik karena tidak mempunyai kaki positif dan negatif. Mempunyai kapasitas mulai dari beberapa piko Farad sampai dengan ratusan Nano Farad (nF). Dengan tegangan kerja maksimal 25 volt sampai 100 volt, tetapi ada juga yang sampai ribuan volt.

Contoh misal pada badannya tertulis = 203, nilai kapasitasnya = 20.000 pF = 20 nF = 0,02 µF.

Jika pada badannya tertulis = 502, nilai kapasitasnya = 5.000 pF = 5 nF = 0,005 µF

• Kondensator polyester

Pada dasarnya sama saja dengan kondensator keramik begitu juga cara menghitung nilainya. Bentuknya persegi empat seperti permen. Biasanya mempunyai warna merah, hijau, coklat dan sebagainya.

• Kondensator kertas

Kondensator kertas ini sering disebut juga kondensator padder. Misal pada radio dipasang seri dari spul osilator ke variabel condensator. Nilai kapasitas yang dipakai pada sirkuit oscilator antara lain:

• Kapasitas 200 pF - 500 pF untuk daerah gelombang menengah (Medium Wave / MW) = 190 meter - 500 meter.
• Kapasitas 1.000 pF - 2.200 pF untuk daerah gelombang pendek (Short Wave / SW) SW 1 = 40 meter - 130 meter.
• Kapasitas 2.700 pF - 6.800 pF untuk daerah gelombang SW 1, 2, 3 dan 4, = 13 meter - 49 meter.

Nilai kapasitasnya ada yang tertulis langsung ada juga ada pula yang memakai kode warna.

Gambar dibawah salah satu jenis dari Kondensator Kertas:

Table Perkalian Kondensator Kertas

Warna	Nomor	Faktor Perkalian	Toleransi	Voltase maksimum
Hitam	0	×1	±20%
Coklat	1	×101		100V
Merah	2	×102		250V
Jingga	3	×103		250V
Kuning	4	×104		400V
Hijau	5	×105		400V
Biru	6			630V
Ungu	7			630V
Abu-abu	8			630V
Putih	9		±10%	630V