Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan 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 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 kutup positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini "tersimpan" selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya.
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
Untuk rangkain elektronik praktis, satuan farads adalah sangat besar sekali. Umumnya kapasitor yang ada di pasar memiliki 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 dapat juga dibaca sebagai 47nF, atau contoh lain 0.1nF sama dengan 100pF.
- Membuat Timer: Biasanya digunakan pada metronome (pengatur tempo musik), kapasitor di pasangkan bersama resistor untuk mengatur cepat lambatnya tempo.
- Memperhalus (Filter) Tegangan Output: Biasanya digunakan pada power supply ( Adaptor AC ke DC ), kapasitor dipasang agar tegangan output yang dihasilkan lebih halus sehingga tegangan DC lebih konstan.
- Menahan Arus DC, Meneruskan Arus AC: Biasanya digunakan pada rangkaian audio. Kapasitor dipasang seri dengan input rangkaian audio, sehingga sinyal yang masuk kerangkaian merupakan sinyal audio (AC) tanpa interfensi dari sinyal DC yang berasal dari Power Supply.
- Mengatur Frekuensi: Biasanya digunakan pada rangkaian Oscilator dan Filter, dengan mengatur kapasitas kapasitor dapat merubah frekuensi cutt off dari suatu rangkaian filter.
Secara typikal kapasitor mempunyai dua metal yang dipisahkan oleh suatu bahan yang disebut dielektrikum. Biasanya bahan dielektrikum ialah keramik, mika atau kertas.
Tabel 1. Dielektrikum kapasitor
Type | Range | Penggunaan |
Ceramic | 1pF-2.2μF | Filter, bypass |
Mika | 1pF-1μF | Timing,osilator |
Metalized Foil | to 100μF | DC Blocking, power supply, filter |
Polyester | 0.001-100μF | sda |
Polystyrene | 10pF-10μF | Timing, Tuning circuit |
Kertas | 0.001-100μF | General purpose |
Tantalum | 0.001-1000μF | Bypass,coupling,DC Blocking |
Alumunium | 10-220.000μF | Filter coupling, bypass electrolic |
Kapasitas kapasitor dinyatakan dalam Farad. Semakin besar Farad-nya maka semakin besar pula kapasitas dari kapasitor tersebut. Dalam rangkaian sering menjumpai kapasitor dengan satuan mikrofarad atau sepersatujuta Farad.
Contoh:
- 10μF adalah 10 per satujuta Farad
- 1nF adalah 1 per seribu mikroFarad
- 1pF adalah 1 per seribu nanoFarad
Kapasitor juga mempunyai tegangan kerja, biasanya pada rangkaian DC berkisar dari 3,3V sampai 25V. Jangan menggunakan kapasitor yang tegangan kerjanya lebih rendah dari tegangan kerja yang ditentukan, kalau lebih tinggi tidak apa-apa. Lebih baik memilih kapasitor yang tegangan kerjanya 10 - 15 persen lebih besar dari tegangan rangkaian.
Berbeda dengan resistor, untuk menentukan nilai kapasitor kita tidak menggunakan kode warna, tetapi menggunakan kode angka. Angka pertama dan kedua langsung di representasikan sebagai angka, sedangkan angka ketiga ialah banyaknya nol atau faktor pengali. Untuk lebih jelasnya silahkan lihat tabel 2.
Tabel 2. Kode Angka Kapasitor
Sama seperti resistor, kapasitor juga mempunyai nilai toleransi yang di lambangkan dengan huruf seperti yang ditunjukkan pada tabel 3.
Tabel 3. Toleransi Nilai Kapasitor
Selain itu kapasitor juga mempunyai nilai tolrensi untuk tempratur (batas suhu maksimum dan minimum). Misalnya ada sebuah kapsitor mempunyai kode Y5P, maka maksudnya kapasitor tersebut bekerja pada suhu minimum -30 derajat C, suhu maksimum 85 derajat C dan 10% variasi kapasitansi pada cakupan suhu -30 derajat C sampai 85 derajat C. Lebih jelasnya dapat dilihat di tabel 4.
Tabel 4. Toleransi suhu kapasitor
Apabila kamu menemukan kapasitor berpolaritas seperti elco atau tantalum maka kamu harus menentukan kaki positif dan negatif dari kapasitor tersebut.
Biasanya kaki positif dari sebuah kapasitor lebih panjang dari kaki negatif, atau biasanya pada badan kapasitor terdapat anak panah yang menunjuk ke kaki negatif atau pada badan kapasitor terdapar tanda ( + ) yang melingkar dekat pada kaki postif kapasitor tersebut. Lebih jelas bisa dilihat pada gambar 1.
Gambar 1. Kapasitor berpolaritas.
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.
