Kapasitor

Beragam jenis kapasitor

Kondensator atau kapasitor adalah komponen listrik yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik. Bahan penyusun kapasitor yaitu dua keping atau dua lembaran penghantar listrik yang dipisahkan menggunakan isolator listrik berupa bahan dielektrik. Masing-masing keping atau lembaran penghantar listrik diberi muatan listrik dalam jumlah yang sama tetapi berlainan jenis, yaitu muatan positif dan muatan negatif. Secara keseluruhan kapasitor sesungguhnya bermuatan netral. Kapasitor dapat dibedakan berdasarkan bahan dielektrik yang digunakan menjadi kapasitor mika, kapasitor kertas, kapasitor keramik, kapasitor elektrolit, dan kapasitor udara. Berdasarkan jenis kutub (polar), kapasitor dibedakan menjadi kapasitor terkutub (polar) dan kapasitor tak terkutub (non-polar). Kapasitor digunakan pada rangkaian listrik sebagai penyimpan muatan listrik atau energi listrik dan sebagai pengaman dari kegagalan listrik pada rangkaian listrik yang memiliki kumparan. Selain itu, kapasitor juga digunakan pada bagian pengatur panjang gelombang sinyal pada pesawat radio. Kondensator memiliki satuan yang disebut Farad yang diperoleh dari nama penemunya yaitu Michael Faraday.

Peristilahan

Kondensator juga dikenal sebagai "kapasitor", tetapi 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 Prancis condensateur, Indonesia dan Jerman Kondensator atau Spanyol Condensador. 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).

Prinsip kerja

Bentuk fisik dan konstruksi kapasitor sangat bervariasi. Kebanyakan kapasitor terdiri dari setidaknya dua konduktor listrik yang umumnya dalam bentuk pelat logam atau permukaan yang dipisahkan oleh media dielektrik. Konduktor dapat berupa foil, film tipis, manik logam yang disinter, atau elektrolit. Dielektrik nonkonduktor berfungsi untuk meningkatkan kapasitas muatan kapasitor. Bahan yang biasa digunakan sebagai dielektrik antara lain kaca, keramik, film plastik, kertas, mika, udara, dan lapisan oksida. Kapasitor banyak digunakan sebagai bagian dari rangkaian listrik di banyak perangkat listrik umum. Tidak seperti resistor, kapasitor ideal tidak menghilangkan energi. Ketika potensial listrik (tegangan) diterapkan melintasi terminal kapasitor, misalnya ketika kapasitor dihubungkan melalui baterai, medan listrik muncul melintasi dielektrik, menyebabkan muatan positif berkumpul di satu pelat dan muatan negatif berkumpul di pelat lainnya. Tidak ada arus yang benar-benar mengalir melalui dielektrik. Namun, ada aliran muatan melalui rangkaian sumber. Jika kondisi dipertahankan cukup lama, arus melalui rangkaian sumber berhenti. Jika tegangan yang bervariasi terhadap waktu diterapkan pada kaki-kaki kapasitor, maka akan terjadi aliran arus karena siklus pengisian dan pengosongan kapasitor.

Lambang

• 

  Simbol dari kiri ke kanan: kapasitor tetap, kapasitor polar, kapasitor variabel

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

Berkas:Polarized kondensator symbol 3.jpg 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.

Komponen

Secara umum, kapasitor digunakan untuk memberikan kapasitansi kepada rangkaian listrik. Bagian kapasitor terdiri dari dua penghantar listrik yang permukaannya saling berhadapan. Kedua penghantar dipisahkan oleh bahan penyekat yang tipis. Kapasitor dirancang agar muatan listrik yang ada pada lapisan pertama sama banyak tetapi berlawanan jenis dengan muatan listrik yang ada pada lapisan kedua. Kedua jenis penghantar disebut elektroda sedangkan bahan penyekatnya disebut dielektrik. Bahan dielektrik dapat berupa zat padat, cair atau gas. Besarnya nilai kapasitansi bergantung pada susunan geometris dari penghantar listrik dan bahan dielektrik yang digunakan.

Kapasitansi

Kapasitor (C₁, C₂,.. C_n.) dalam rangkaian paralel.

Kapasitansi kapaitor dapat diperbesar atau diperkecil dengan menggabungkan beberapa kapasitor dalam suatu rangkaian listrik. Jumlah muatan listrik yang tersimpan di dalam kapasitor berbanding lurus dan ditentukan oleh nilai kapasitansi. Nilai kapasitansi meningkat pada ukuran pelat yang lebih besar. Secara fisik, semakin besar pelat maka lebih banyak ruang bagi elektron untuk dimuati. Nilai kapasitansi menurun jika pelat diletakkan berjauhan karena kekuatan medan listrik di antara pelat menurun.

Kapasitor (C₁, C₂, ... C_n) dalam rangkaian seri.

Pemasangan beberapa kapasitor secara seri menurunkan nilai kapasitansi karena jarak antarpelat menjadi lebih jauh. Pemasangan kapasitor secara seri juga meningkatkan nilai tegangan menjadi dua kali lipat. Sebaliknya, jika kapasitor dipasang secara paralel maka nilai kapasitansi meningkat karena ukuran pelat bertambah tanpa mengurangi jarak antarpelat.

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

• Pikofarad ($pF$) = $1\times 10^{-12}\,F$
• Nanofarad ($nF$) = $1\times 10^{-9}\,F$
• Microfarad ($\mu \,F$) = $1\times 10^{-6}\,F$

Kapasitansi dari kondensator dapat ditentukan dengan rumus:

$C=\epsilon _{0}\epsilon _{r}{\frac {A}{d}}$

$C$: Kapasitansi

$\epsilon _{0}$: permitivitas hampa

$\epsilon _{r}$: permitivitas relatif

$A$: luas pelat

$d$:jarak antar pelat/tebal dielektrik

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

Wujud

Karakteristik kondensator

Tipe	Jangkauan	Toleransi (%)	Tegangan AC lazim (V)	Tegangan DC lazim (V)	Koefisien suhu (ppm/C)	Frekuensi pancung $f_{R}$ (MHz)	Sudut rugi ($\tan \;\delta$)	Resistansi bocoran ($\Omega$)	Stabilitas
Kertas	10 nF - 10 uF	± 10%	500 V	600 V	300 ppm/C	0,1 MHz	0,01	109 $\Omega$	lumayan
Mika perak	5 pF - 10 nF	± 0,5%	-	400 V	100 ppm/C	10 MHz	0,0005	1011 $\Omega$	Baik sekali
Keramik	5 pF - 1 uF	± 10%	250 V	400 V	30 ppm/C	10 MHz	0,01	108 $\Omega$	Baik
Polystyrene	50 pF - 500 nF	± 1%	150 V	500 V	-150 ppm/C	10 MHz	0,0005	1012 $\Omega$	Baik sekali
Polyester	100 pF - 2 uF	± 5%	400 V	400 V	400 ppm/C	1 MHz	0,001	1011 $\Omega$	Cukup
Polypropylene	1 nF - 100 uF	± 5%	600 V	900 V	170 ppm/C	1 MHz	0,0005	1010 $\Omega$	Cukup
Elektrolit aluminium	1 uF - 1 F	± 50%	Terpolarisasi	400 V	1500 ppm/C	0,05 MHz	0,05	108 $\Omega$	Cukup
Elektrolit tantalum	1 uF - 2000 uF	± 10%	Terpolarisasi	60 V	500 ppm/C	0,1 MHz	0,005	108 $\Omega$	Baik

Jenis

Kapasitor tetap

Kapasitor tetap adalah kapasitor dengan nilai kapasitansi yang tidak dapat berubah. Nilai kapasitansi pada kapasitor tetap tertera pada bagian tubuh luar kapasitor.

Kapasitor keramik

Kapasitor keramik terbuat dari bahan keramik. Bentuknya terbagi dua yaitu bulat tipis dan segi empat. Kapasitor keramik ditandai dengan warna merah, hijau, dan cokelat. Nilai kapasitansi yang dihasilkan oleh kapasitor keramik sangat kecil dan berkisar antara 1 pikoFarad sampai 0.1 mikroFarad. Kapasitor keramik juga memiliki tegangan kerja yang sangat rendah. Penggunaan kapasitor keramik ditemukan pada papan rangkaian listrik utama dari komputer pribadi atau pada penampil kristal cair televisi. Kapasitor keramik yang berbentuk kotak dengan tiga digit nilai kapasitansi digunakan pada teknologi pemasangan permukaan papan rangkaian listrik.

Kapasitor poliester

Kapasitor poliester berbentuknya persegi empat menyerupai permen. Warna yang umum adalah merah, hijau, dan cokelat. Jenis bahan isolator listrik yang digunakan adalah poliester dengan nilai toleransi berkisar 5–10 %. Kapasitor poliester tidak memiliki polaritas. Nilai kapasitansi dari kapasitor poliester sangat bervariasi. Penggunaan tegangan kerjanya sangat rendah. Kapasitor poliester tidak dapat digunakan pada rangkaian frekuensi tinggi atau pada rangkaian dengan arus listrik yang besar. Penggunaan kapasitor poliester diterapkan pada rangkaian catu daya.

Kapasitor mika

Kapasitor mika adalah kapasitor dengan isolator listrik berupa mika. Penggunaan kapasitor mika biasanya pada rangkaian frekuensi radio dengan nilai frekuensi tinggi. Toleransi kapasitor mika sangat rendah, tetapi memiliki tingkat stabilitas yang tinggi serta ketahanan terhadap suhu yang sangat baik. Kapasitor mika dapat bekerja pada tegangan tinggi sebagai sebagai osilator, penyaring, kopling atau dekopling.

Kapasitor elektrolit

Kapasitor elektrolit atau elektrolit kapasitor adalah jenis kapasitor yang berbentuk tabung. Pemasangannya dilakukan dengan hati-hati karena memiliki polaritas positif dan polaritas negatif. Jika pemasangan kapasitor elektrolit terbalik, kapasitor bisa meledak dan nilai kapasitasnya membesar. Daya ledak akan semakin besar jika nilai kapasitasnya makin besar. Kapasitas kapasitor elektrolit bisa dengan rentang nilai 0.47 mikroFarad hingga satuan Farad. Bahan isolatornya adalah cairan elektrolit yang digunakan untuk menyimpan energi listrik yang kemudian dibungkus lagi dengan aluminium.

Kapasitor kertas

Kapasitor kertas tersusun atas dua lembar kertas timah atau perak yang panjang sebagai penghantar listrik. Lembaran timah atau perak digulung pada sebuah silinder yang disisipi kertas tipis sebagai dielektrik. Kapasitor kertas ini disebut juga dengan nama kapasitor padder. Bahan isolator kapasitor kertas terdiri dari lapisan kertas yang dipadukan dengan lapisan aluminium. Kegunaan kapasitor kertas yaitu menyimpan muatan listrik dengan nilai kapasitansinya berkisar 300 pikoFarad hingga 4 mikroFarad. Kaki-kaki pada kapasitor kerta tidak memiliki polaritas sehingga tidak ada masalah jika terbalik dalam pemasangan terminal polaritasnya pada rangkaian elektronika. Kapasitor kertas digunakan pada sirkuit elektronik yang memiliki arus listrik dan tegangan tinggi.

Kapasitor tantalum

Kapasitor tantalum banyak digunakan pada papan utama komputer pribadi, laptop dan telepon genggam. Kelebihan kapasitor tantalum ialah memberikan rentang kapasitas yang bervariasi serta toleransi yang baik. Bentuk kapasitor tantalum mirip dengan kapasitor keramik atau kapasitor poliester, tetapi memiliki polaritas seperti elektrolit kapasitor. Kapasitor tantalum memiliki kaki terminal positif yang menggunakan logam tantalum.

Kapasitor variabel

Beragam kondensator variabel.

Kapasitor variabel adalah kapasitor yang nilai kapasitansinya dapat diubah sesuai dengan kebutuhan. Ada dua jenis kapasitor variabel yaitu kapasitor varko dan kapasitor trimmer. Kapasitas dari kapasitor variabel sangat yaitu 500 pF. Nilai kapasitas ini cukup untuk mengubah nilai kapasitasnya. Kapasitor variabel banyak digunakan pada rangkaian radio sebagai pengatur frekuensi.

Varko

Varko merupakan jenis kapasitor yang memiliki poros untuk mengubah nilai kapasitansinya.. Bentuk varko umumnya kotak dengan nilai kapasitansinya berkisar antara 100 pikoFarad hingga 500 pikoFarad. Kapasitor ini banyak digunakan pada rangkaian frekuensi radio.

Trimmer

Trimmer adalah kapasitor yang memiliki poros pengubah kapasitansi yang sangat kecil. Pengubahan nilai kapasitansinya memerlukan obeng datar karena poros pengaturnya sangat kecil. Trimer terdiri dari dua pelat logam yang digabungkan dengan mika. Saat poros diputar maka akan jarak pelat terubah sehingga kapasitansi berubah. Trimmer hanya diperuntukkan pada rangkaian sekali setel saja. Nilai kapasitansi maksimum dari trimmer hanya 100 pikoFarad saja.

Rekayasa prinsip kerja

Kondensator sinkron

Kondensor sinkron dapat dihasilkan dari motor sinkron. Penguatan berlebih pada motor sinkron akan menghasilkan kelebihan fluks magnet jala-jala yang ditarik oleh arus kapasitif. Motor sinkron yang tidak mempunyai beban listrik yang diberi penguat berlebih akan berfungsi sebagai kapasitor. Fungsi kapasitor ini mempunyai kemampuan untuk memperbaiki faktor daya.

Kapasitor MOSFET

MOSFET dapat digunakan sebagai kapasitor pada sirkuit terpadu dari integrator diskrit analog. Pembentukan prinsip kerjanya memanfaatkan transistor NMOS yang dihubungkan dengan penguras arus listrik. Bagian tubuh MOSFET dihubungkan ke bagian pembumian rangkaian listrik. Rekayasa prinsip kerja menghasilkan kapasitor bipolar yang dapat dilalui tegangan listrik bernilai positif maupun negatif. Tegangan sumber pada gerbang yang digunakan lebih besar daripada 400 miliVolt. Penurunan tegangan menghasilkan kapasitansi non-linear dan distorsi pada tegangan keluaran rangkaian listrik. Proses distorsi emudian menghasilkan tegangan sumber pada basis yang bernilai bukan nol.

Prinsip kerja kapasitor juga dapat diperoleh melalui penyusunan poly pada n+ yang aktif pada sebuah n-well. Hasil penyusunan ini menghasilkan apasitor MOSFET asli dengan perubahan nilai tegangan kerja dari MOSFET. Kapasitor MOSFET asli tidak dapat digunakan sebagai kapasitor bipolar, tetapi banyak digunakan pada rangkaian listrik dengan nilai tegangan listrik yang rendah.

Mikrofon kapasitor

Prinsip kerja kapasitor digunakan pada mikrofon transduser aktif. Nilai kapasitansi yang setara dengan dua buah pelat kapasitor diperoleh melalui tekanan suara. Mikrofon kapasitor digunakan untuk menghasilkan suara, musik, dan derau. Pelat kapasitor pada mikrofon kapasitor terbagi menjadi dua. Pertam, pelat depan yang berbentuk diafragma dari mikrofon. Sedangkan yang kedua merupakan pelat tetap yang berada di bagian belakan mikrofon. Nilai kapasitansi meningkat ketika tekanan suara mengenai diafragma dan kapasitansi menurun saat diafragma bergerak keluar.

Kegunaan

Sensor kapasitif

Sensor kapasitif adalah sensor elektronika yang menghasilkan medan elektrostatik dengan berdasarkan prinsip kerja kapasitor. Sensor kapasitif digunakan untuk mengetahui keberadaan benda logam dan benda non-logam menggunakan sakelar jarak kapasitif. Benda yang dapat diketahui keberadaannya menggunakan sensor kapasitif misalnya kertas, gelas, cairan, dan kain. Kapasitor merupakan salah satu bagian utama dalam sensor kapasitif. Di dalam sensor kapasitif, jenis kapasitor yang digunakan berbentuk piringan yang memiliki kapasitansi variabel. Prinsip kerja dari sensor kapasitif didasarkan pada perubahan kapasitansi dari kapasitor sebagai akibat dari perubahan variabel non-listrik. Jenis variabel ini yaitu luas permukaan pelat atau pemisahan piringan dalam permitivitas dielektrik relatif. Besarnya perubahan dapat diukur dengan rangkaian listrik tertentu. Perubahan kapasitansi dapat disebabkan baik dari perubahan.

Pengaman penyuara kuping

Kapasitor digunakan sebagai pengaman pada penyuara kuping sederhana. Pengamanan dilakukan dengan menahan arus searah yang akan masuk ke penyuara kuping. Arus searah dapat merusak penyuara kuping. Dengan adanya kapasitor, sinyal arus bolak-balik dapat didengarkan sebagai suara meski berasal dari perubahan kekuatan medan magnet dengan frekuensi yang agak tinggi.

Sirkuit terpadu CMOS

Kapasitor merupakan salah satu komponen pasif yang digunakan pada sirkuit terpadu CMOS. Dalam CMOS, rangkaian kapasitor dibuat dengan menggunakan poly-1, poly-2, dan cont.

Motor sakelar reluktansi

Motor listrik dengan sakelar reluktansi menghasilkan riak arus listrik yang besar pada masukan pencatu daya arus searah. Ini disebabkan oleh proses pengembalian energi medan magnet. Pengurangan riak dapat diatasi dengan menambahkan kapasitor sebaga penyaring sehingga riak menjadi lebih kecil.

Konverter C-Dump

Konverter C-Dump bekerja dengan bantuan pencatu daya. Kegunaan pencatu daya adalah untuk pemulihan energi demagnetisasi dari fasa yang menurun kuat arus listriknya atau digunakan untuk mengaliri kumparan fasa sesudahnya. Cau daya yang digunakan merupakan kapasitor buangan.

Penyearah daya satu fasa setengah gelombang

Rangkaian penyearah satu fasa setengah gelombang merupakan rangkaian penyearah daya yang hanya menggunakan dioda sebagai penyearah. Kegunaan rangkaian penyearah satu fasa setengah gelombang ditemukan pada beban listrik arus searah yang tidak membutuhkan kestabilan tinggi. Peralatan ini misalnya catu daya lampu indikator pada rangkaian elektronika. Kelemahan rangkaianpenyearah satu fasa setengah gelombang adalah gelombang arus searah yang dihasilkan memiliki riak yang besar. Kapasitor digunakan untuk memperkecil riak pada rangkaian penyearah satu fasa setengah gelombang. Nilai kapasitansi yang digunakan sangat besar untuk memperkecil riak harus.

Penyearah daya tiga fasa setengah gelombang

Rangkaian penyearah daya tiga fasa setengah gelombang merupakan rangkaian penyearah daya dengan tegangan sumber memiliki 3 fasa. Penggunaan rangkaian penyearah daya tiga fasa ditemukan di industri sebagai rangkaian listrik mandiri atau sebagai bagian dari peralatan listrik yang lebih kompleks. Rangkaian penyearah daya tiga fasa setengah gelombang menggunakan kapasitor dengan nilai kapasitansi yang rendah untuk memperkecil riak yang timbul pada gelombang keluaran.

Penyearah terkendali silikon

Kapasitor digunakan untuk mematikan penyearah terkendali silikon. Penyimpanan muatan listrik yang menuju ke penyearah terkendali silikon dilakukan oleh kapasitor pada saat ada sumber listrik. Pelepasan muatan listrik ke penyearah terkendali silikon dilakukan oleh kapasitor saat sumber listrik dimatikan. Saat sakelar memutuskan rangkaian listrik, penyearah terkendali siliko terpicu untuk bekerja dan kapasitor akan terisi oleh muatan listrik. Pada saat sakelar menghubungkan rangkaian, kapasitor akan melepas muatan listrik yang telah disimpan di katoda menuju ke anoda. Aliran muatan listrik menyebabkan penyearah terkendali silikon mengalami panjar mundur sehingga akan mati.

Daftar pustaka

1. Ali, Muhammad (2018). Aplikasi Elektronika Daya pada Sistem Tenaga Listrik (PDF). Yogyakarta: UNY Press. 
2. Basri, I. Y., dan Irfan, D. (2018). Komponen Elektronika (PDF). Padang: Sukabina Press. ISBN 978-602-6277-88-6.  Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
3. Ardi, Syahril (2012). Sensor dan Aktuator: Dasar dan Aplikasi di Industri Manufaktur (PDF). Jakarta: Politeknik Manufaktur Astra. 
4. Harahap, R. K., dan Wibowo, E. P. (2017). Konsep dan Metodologi Desain Analog CHIP Berbasiskan Teknologi CMOS Disertai Penggunaan Tool (PDF). Yogyakarta: Teknosain. ISBN 978-602-6324-64-1.  Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
5. Riyadi, Slamet (2019). Konverter Statis untuk Penggerak Motor Switched Reluctance (PDF). Semarang: Universitas Katolik Soegijapranata. ISBN 978-623-7635-11-6. 
6. Setiyo, Muji (2017). Listrik dan Elektronika Dasar Otomotif (PDF). Magelang: Unimma Press. ISBN 978-602-51079-0-0. 
7. Soebyakto (2017). Fisika Terapan 2 (PDF). Tegal: Badan Penerbit Universitas Pancasakti Tegal. ISBN 978-602-73169-4-2. 
8. Wibowo, dkk. (2012). Konsep dan Desain ADC Berbasis CMOS (PDF). Sleman: Graha Ilmu. ISBN 978-602-262-112-6. 
9. Yusro, M., dan Diamah, A. (2019). Sensor dan Tranduser: Konsep dan Aplikasi (PDF). Jakarta: Fakultas Teknik, Universitas Negeri Jakarta.  Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)

Lihat pula

• Komponen elektronik

Pranala luar

• Howstuffworks.com: How Capacitors Work
• CapSite 2009: Introduction to Capacitors
• Capacitor Tutorial – Includes how to read capacitor temperature codes
• Introduction to Capacitor and Capacitor codes
• Low ESR Capacitor Manufacturers
• How Capacitor Works – Capacitor Markings and Color Codes