Capacitor

1. Teori Dasar.

Capacitor/Kapasitor Kondensator yang dalam rangkaian Elektronika dilambangkan dengan huruf C.

Capacitor adalah suatu alat yang dapat menyimpan Energi/muatan Listrik didalam Medan Listrik, Dengan cara mengumpulkan ketidak seimbangan Internal dari muatan Listrik.

Capacitor ditemukan oleh Michael Faraday pada tahun (1791-1867). Satuan Capacitor disebut Farad (F). Satu Farad = 9 x 1011 cm2 yang artinya luas permukaan kepingan tersebut.

Struktur sebuah kapasitor terbuat dari dua buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan Dielectric. Bahan-bahan Dielectric yang umum dikenal misalnya 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 (Electrode) Metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan Negatif terkumpul pada ujung Metal yang satu lagi.

Muatan Positif tidak dapat mengalir menuju ujung Kutub Negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung Kutub Positif, Karena terpisah oleh bahan Dielectric yang non-Konduktif.

Muatan Elektrik ini tersimpan selama tidak ada Konduksi pada ujung-ujung kakinya Di alam bebas, Phenomena Capacitor ini terjadi pada saat terkumpulnya muatan muatan Positif dan Negatif diawan.

2. Kapasitansi.

Kapasitansi didefinisikan sebagai kemampuan dari suatu Capacitor 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 Capacitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 Farad jika dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan Elektron sebanyak 1 Coulombs, Dengan rumus dapat ditulis sebagai berikut:

Q = C V

• Q = Muatan elektron dalam C (coulombs).
• Q = C V
• C = Nilai kapasitansi dalam F (farad).
• V = Besar tegangan dalam V (volt).

• Dalam praktek pembuatan Capacitor, Kapasitansi dihitung dengan mengetahui luas Area Plat Metal (A), jarak antara kedua plat Metal (t), (Tebal Dielectric) dan Konstanta (k) bahan Dielectric.
• Dengan rumus dapat ditulis sebagai berikut:

Q = C = (8.85 x 10 ) (k A/t)

Berikut adalah Tabel contoh Konstanta (k) dari beberapa bahan Dielectric yang disederhanakan.

Konstanta Bahan (k)

Udara vakum	k=1
Aluminium Oksida	k=8
Keramik	k=100-1000
Gelas	k=8
Polyethylene	k=3

• Untuk rangkaian Elektronik praktis satuan Farad adalah sangat besar sekali, Umumnya Capacitor yang ada di pasaran memiliki satuan:
µF, nF dan pF.

Contoh:

• 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 = 10-6 F
• 1 nF = 10-9 F
• 1 pF = 10-12 F

• Konversi satuan penting diketahui untuk memudahkan membaca besaran sebuah Capacitor, misalnya 0.047µF dapat juga dibaca sebagai 47nF, atau contoh lain 0.1nF sama dengan 100pF.

3. Wujud dan Macam Kondensator

Berdasarkan kegunaannya kondensator dibagi menjadi:

1. Kondensator tetap nilai kapasitasnya tetap tidak dapat diubah.
2. Kondensator Elektrolit Capacitor Electrolyte / Elco.
3. Kondensator Variabel nilai kapasitasnya dapat diubah-ubah.

Kondensator diidentikkan mempunyai dua kaki dan dua kutub yaitu Positif dan Negatif serta memiliki cairan Elektrolit dan Capacitor Elektrolit biasanya berbentuk tabung.

Simbolnya.

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 Capacitor Non-Polaritas.

Simbolnya.

Kondensator variabel adalah kondensator yang nilai kapasitansinya dapat diubah sesuai dengan kebutuhan. Ada dua jenis kondensator variabel yaitu kondensator varko dan kondensator trimmer, kondensator ini sering disebut Capacitor nilai tak tetap.

Simbolnya.

• Pada Capacitor yang berukuran besar, nilai kapasitansi umumnya ditulis dengan angka yang jelas lengkap dengan nilai tegangan maksimum dan Polaritasnya.
• Misalnya pada Capacitor Elco dengan jelas tertulis Kapasitansinya sebesar 100 µF 25v yang artinya Capacitor/kapasitor/ (Kondensator) tersebut memiliki Nilai Kapasitansi 100 µF dengan Tegangan kerja Maksimal yang diperbolehkan sebesar 25 volt.
• Capacitor yang ukuran Fisiknya kecil biasanya hanya bertuliskan 2 (Dua) atau 3 (Tiga) angka saja.
• Jika hanya ada dua angka, satuannya adalah pF pico farad.
• Sebagai contoh, Capacitor yang bertuliskan dua angka 47, maka kapasitansi Capacitor 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:

104	104 = 10 x 10.000 = 100.000 pF = 100 nF
105	105 = 10 × 100.000 = 1.000.000 pF = 1.000 nF = 1 µF
222	222 = 22 x 100 = 2.200 pF = 2,2 nF atau = 2n2

Untuk Capacitor Polyester nilai Kapasitansinya bisa diketahui berdasarkan Warna seperti pada Resistor.

Kode Warna Capacitor/Kapasitor

Warna	Nilai
Hitam	0
Coklat	1
Merah	2
Orange	3
Kuning	4
Hijau	5
Biru	6
Ungu	7
Abu-abu	8
Putih	9

Contoh:

Coklat, Hitam, Orange.

Kode Warna	Kapasitansi
Coklat	1
Hitam	0
Orange	3
103 = 10 × 1.0000 = 10.000 pF = 10 nF = 0,01 µF	Nilainya = 103

• Seperti Komponen lainnya, besar Kapasitansi Nominal ada Toleransinya.
• Misalnya jika tertulis 104X7R, maka Kapasitansinya adalah 100nF dengan Toleransi +/-15%. Sekaligus diketahui juga bahwa suhu kerja yang direkomendasikan adalah antara -55Co sampai +125Co.
• Pada Tabel diperlihatkan symbol Huruf tertentu dangan Nilai Nominal Toleransi.
• Dengan itu pengguna dapat dengan mudah mengetahui Nilai Toleransi Capacitor yang biasanya tertera menyertai Nilai Nominal Capacitor.

Berikut symbol Huruf tertentu dangan Nilai Nominal Toleransi nya

Symbol huruf	Toleransi
D	+/-0.5pF
F	+/-1%
G	+/-2%
H	+/-3%
J	+/-5%
K	+/-10%
M	+/-20%
P	+100%, -0%
X7R	+/-15%
Z	+80%, -20%

Kode Karakteristik Capacitor Kelas I

Koefisien Suhu		Faktor Pengali Koefisien Suhu		Toleransi Koefisien Suhu
Simbol	PPM Per C°	Simbol	Pengali	Simbol	PPM Per C°
C	0.0	0	-1	G	±30
B	0.3	1	-10	H	±60
A	0.9	2	-100	J	±120
M	1.0	3	-1000	K	±250
P	1.5	4	-10000	L	±500

Kode Karakteristik Capacitor Kelas II dan III

Suhu Kerja Minimum		Suhu Kerja Maksimum		Toleransi Kapasitansi
Simbol	C°	Simbol	C°	Simbol	Persen
Z	+10	2	+45	A	±1.0%
Y	-30	4	+65	B	±1.5%
X	-55	5	+85	C	±2.2%
		6	+105	D	±3.3%
		7	+125	E	±4.7%
		8	+150	F	±7.5%%
		9	+200	P	±10.0%
				R	±15.0%

• Dari penjelasan diatas bisa diketahui bahwa Karakteristik Capacitor selain Kapasitansi juga tak kalah pentingnya yaitu tegangan kerja dan temperatur kerja.
• Tegangan kerja adalah tegangan Maksimum yang diijinkan sehingga Capacitor masih dapat bekerja dengan baik.
• Misalnya Capacitor 10uF25V, maka Tegangan yang bisa diberikan tidak boleh melebihi 25 Volt DC.
• Umumnya Capacitor-Capasitor polar bekerja pada tegangan DC dan Capacitor non-polar bekerja pada Tegangan AC.
• Sedangkan Temperatur kerja yaitu batasan Temperatur dimana Capacitor masih bisa bekerja dengan Optimal.
• Misalnya jika pada Capacitor tertulis X7R, maka Capacitor tersebut mempunyai Suhu kerja yang direkomendasikan antara -55Co sampai +125Co.
• Biasanya Spesifikasi Karakteristik ini disajikan oleh Pabrik pembuat didalam Datasheet.

4. Rangkaian Capacitor

Rangkaian Capacitor secara Seri akan mengakibatkan Nilai Kapasitansi Total semakin kecil. Di bawah ini contoh Capacitor yang dirangkai secara Seri.

Pada Rangkaian Capacitor yang dirangkai secara Seri berlaku Rumus:

Rangkaian Capacitor secara Paralel akan mengakibatkan Nilai Kapasitansi pengganti semakin besar. Di bawah ini contoh Capacitor yang dirangkai secara Paralel.

Pada Rangkaian Capacitor Paralel berlaku Rumus:

5. Fungsi Capacitor.

Fungsi penggunaan Capacitor 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.

6. Type Capacitor/Kapasitor.

Terdiri dari beberapa Type, tergantung dari bahan Dielectric nya. Untuk lebih sederhana type capacitor dapat dibagi menjadi tiga bagian, yaitu :

1. Capacitor electrostatic.
2. Electrolytic.
3. Electrochemical.

A. Capacitor Electrostatic.

• Capacitor electrostatic adalah kelompok yang dibuat dengan bahan Dielectric dari Keramik, Film dan Mika.
• Keramik dan Mika adalah bahan yang Popular serta murah untuk membuat Capacitor yang Kapasitansinya kecil.
• Tersedia dari besaran pF sampai beberapa µF, yang biasanya diaplikasikan kerangkaian yang berkenaan dengan Frekuensi tinggi.
• Termasuk kelompok bahan Dielectric 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 merk dagang untuk Capacitor dengan bahan-bahan Dielectric Film, umumnya Capacitor kelompok ini adalah Non-Polar.

B. Capacitor Electrolytic.

• Kelompok Capacitor electrolytic terdiri dari Beberapa Capacitor yang bahan Dielectricnya adalah lapisan Metal-Oksida.
• Umumnya Capacitor yang termasuk kelompok ini adalah Capacitor yang memiliki Polaritas dengan tanda + dan - dibadannya.
• Mengapa Capacitor ini dapat memiliki Polaritas, adalah karena proses pembuatannya menggunakan electrolisa sehingga terbentuk Kutub Positif Anode dan Kutub Negatif Catode.
• 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 Electrolisa, seperti pada proses penyepuhan emas.
• Electrode Metal yang dicelup ke dalam larutan Elektrolit/Electrolyte Sodium Borate lalu diberi Tegangan Positif Anode dan larutan electrolit diberi Tegangan Negatif Catode.
• Oksigen pada larutan electrolyte terlepas dan mengoksidasi permukaan plat Metal.
• Contohnya, jika digunakan Aluminium, maka akan terbentuk lapisan Aluminium-Oksida (Al2O3) pada permukaannya.

Capacitor Elco.

• Dengan demikian berturut-turut plat Metal Anoda/Anode, lapisan metal oksida dan electrolyte Katoda/Catode membentuk Capacitor Dalam hal ini lapisan-Metal-Oksida sebagai Dielectric.
• Dari rumus 2 diketahui besar kapasitansi berbanding terbalik dengan tebal Dielectric.
• Lapisan Metal-Oksida ini sangat tipis, sehingga dengan demikian dapat dibuat Capacitor 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 bahan Aluminium.
• Untuk mendapatkan permukaan yang luas, bahan plat Aluminium ini biasanya digulung radial.
• Sehingga dengan cara itu dapat diperoleh Capacitor yang kapasitansinya besar.
• Sebagai contoh 100µF, 470µF, 4700µF dan lain-lain, yang sering juga disebut Capacitor Elco.
• Bahan electrolyte Elektrolit pada Tantalum ada yang cair tetapi ada juga yang padat.
• Disebut electrolyte padat, tetapi sebenarnya bukan larutan electrolyte yang menjadi Elektroda/Electrode negatif-nya, melainkan bahan lain yaitu manganese-Dioksida.
• Dengan demikian Capacitor 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.
• Capacitor tipe ini juga memiliki arus bocor yang sangat kecil Jadi dapat dipahami mengapa Capacitor Tantalum menjadi relatif mahal.

Ilustrasi Capacitor Electrolyte dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

C. Capacitor Electrochemical.

• Satu jenis Capacitor/Kapasitor lain adalah Capacitor electrochemical.
• Capacitor ini adalah termasuk Capacitor jenis Battery dan Accu, pada kenyataannya Battery dan Accu adalah Capacitor yang sangat baik, karena memiliki kapasitansi yang besar dan arus bocor leakage current yang sangat kecil.
• Tipe Capacitor jenis ini juga masih dalam pengembangan untuk mendapatkan Kapasitansi yang besar namun kecil dan ringan.
• Capacitor Electrochemical ini misalnya untuk diaplikasikan kemobil Electric/Listrik dan Handphone/Telepon Seluler.

Helmi Servis

Bengkel Elektronik, Jl. Jenderal Ahmad Yani, Desa Serongga, Kec. Kelumpang Hilir, Kab. Kotabaru, kalimantan selatan Indonesia.

Bagikan Artikel ini

Berlangganan update Artikel terbaru via Email: