Kapasitor adalah salah satu komponen elektronika pasif yang paling banyak digunakan dalam rangkaian, setelah resistor. Kapasitor adalah komponen yang mampu menyimpan arus listrik untuk jangka waktu tertentu. Meskipun mirip dengan baterai, kapasitor memiliki kemampuan menyimpan muatan yang lebih rendah.
Kapasitor diukur dalam satuan farad (F), yang diambil dari nama seorang ilmuwan listrik asal Inggris, Michael Faraday. Karena satuan farad terlalu besar untuk penggunaan praktis, satuan ini biasanya dikonversi menjadi satuan yang lebih kecil seperti pikofarad, nanofarad, dan mikrofarad.
Seperti resistor, kapasitor juga memiliki berbagai jenis yang umumnya dibedakan berdasarkan bahan penyusunnya. Pengukuran kapasitor dapat dilakukan menggunakan avometer analog dengan skala ohm.
Pengertian Kapasitor
Kapasitor adalah komponen yang dapat menyimpan muatan listrik. Kapasitor, yang berasal dari kata bahasa Inggris "capacitor", memiliki kemampuan menyimpan muatan seperti elektron dalam jangka waktu tertentu dan kemudian menyalurkannya ke komponen lain dalam rangkaian elektronika. Kapasitor juga dikenal dengan sebutan "kondensator".
Kondensator memiliki satuan yang disebut Farad, yang diambil dari nama penemunya, Michael Faraday (1791 - 1867).
Satuan Kapasitor:
- 1 Farad = 1.000.000 µF (mikro Farad)
- 1 µF = 1.000 nF (nano Farad)
- 1 µF = 1.000.000 pF (piko Farad)
- 1 nF = 1.000 pF (piko Farad)
Kapasitor terdiri dari dua pelat konduktor yang disusun berdekatan satu sama lain namun tidak bersentuhan. Kapasitor atau kondensator dapat menyimpan energi dalam bentuk muatan di dalam medan listrik dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan muatan listrik secara internal.
Secara umum, fungsi kondensator sering dimanfaatkan sebagai insulator atau penahan arus listrik pada tegangan arus searah (DC), sementara pada tegangan arus bolak-balik (AC), kondensator berfungsi sebagai konduktor (melewatkan arus listrik).
Kapasitor umumnya memiliki dua kutub, yaitu kutub positif dan kutub negatif, serta cairan elektrolit, dan berbentuk seperti tabung. Kapasitor lainnya biasanya memiliki nilai kapasitas yang lebih rendah dan tidak memiliki kutub positif maupun kutub negatif pada kakinya. Bentuknya kebanyakan bulat pipih menyerupai kancing baju dengan warna coklat, merah, perak, atau hijau.
Prinsip Kerja Kapasitor
Dalam sebuah rangkaian, prinsip kerja kapasitor adalah dengan mengalirkan elektron menuju kapasitor. Sifat kapasitor yang dapat menyimpan muatan digunakan sebagai tempat untuk menampung elektron tersebut. Ketika kapasitor telah terisi penuh dengan elektron, tegangan akan mengalami perubahan.
Selanjutnya, elektron akan keluar dari kapasitor dan mengalir menuju rangkaian yang membutuhkannya. Dengan cara ini, kapasitor akan membangkitkan reaktifitas suatu rangkaian.
Dalam dunia kelistrikan atau elektronika, meskipun kapasitor memiliki bentuk dan ukuran yang berbeda, fungsinya tetap sangat diperlukan. Kedua keping atau pelat pada kapasitor yang dipisahkan oleh suatu isolator pada dasarnya tidak memungkinkan elektron menyeberangi celah di antara kedua keping tersebut.
Saat baterai belum terhubung, kedua keping/pelat masih bersifat netral (belum berisi muatan). Ketika baterai terhubung, titik di mana kawat terhubung pada kutub positif akan menarik elektron, sementara titik kawat yang terhubung pada kutub negatif akan menolak elektron.
Elektron-elektron yang masuk akan mengalir dan tersebar ke seluruh keping kapasitor. Sesaat setelahnya, elektron mengalir ke dalam salah satu keping dan keluar dari keping yang lainnya. Pada kondisi ini, arus akan mengalir melalui kapasitor meskipun sebenarnya tidak ada elektron yang mengalir melalui celah di antara kedua keping kapasitor tersebut.
Setelah bagian luar dari keping berisi muatan, muatan baru dari baterai akan ditolak secara bertahap. Oleh karena itu, arus pada keping tersebut akan menurun seiring waktu hingga kedua keping tersebut mencapai tegangan yang dimiliki baterai.
Prinsip Pembentukan Kapasitor
Jika dua buah pelat atau lebih yang berhadapan dibatasi oleh suatu bahan yang bersifat isolasi, kemudian pelat tersebut dialiri listrik, maka akan terbentuk kondensator. Bahan isolasi atau isolator yang digunakan sebagai pembatas kedua pelat tersebut dinamakan dielektrik.
Bahan dielektrik yang digunakan berbeda-beda, sehingga penamaan sebuah kapasitor didasarkan pada bahan dielektriknya. Luas pelat yang berhadapan dengan bahan dielektrik dan jarak antara kedua pelat mempengaruhi nilai kapasitansinya.
Pada suatu rangkaian, terkadang terjadi kapasitor liar. Sifat ini disebut dengan kapasitansi parasitik. Penyebabnya adalah adanya komponen-komponen yang berdekatan pada jalur penghantar listrik dan gulungan-gulungan kawat yang berdekatan.
Fungsi Kapasitor
Secara umum, kapasitor digunakan untuk menyimpan sementara muatan listrik yang kemudian dialirkan ke komponen atau rangkaian berikutnya. Kapasitor dapat digunakan sesuai dengan kebutuhan rangkaiannya karena saat ini di pasaran sangat mudah ditemukan kapasitor dengan berbagai jenis, bentuk, dan ukuran, seperti kapasitor tegangan tinggi, kapasitor 400V, kapasitor 5µF, kapasitor 100nF, kapasitor 10µF, dan masih banyak lagi.
Kapasitor memiliki fungsi dan kegunaan yang berbeda-beda pada tiap rangkaian. Berikut adalah penjelasan fungsi-fungsi kapasitor pada beberapa rangkaian elektronika:
- Sebagai penyaring atau filtering: Fungsi kapasitor ini biasanya terdapat dalam rangkaian televisi, radio, amplifier, power supply, dan perangkat elektronik lainnya. Filtering ini berfungsi untuk menghambat riak/ripple dari arus listrik.
- Sebagai penghubung atau kopling: Fungsi ini biasanya terdapat pada amplifier untuk menghubungkan amplifier tingkat rendah ke amplifier tingkat tinggi. Jika diterapkan pada power supply, kapasitor berfungsi sebagai kopling atau penghubung dengan rangkaian lainnya.
- Pada antena: Kapasitor berfungsi sebagai pembangkit frekuensi.
- Menghemat daya listrik: Kapasitor mampu menghemat daya listrik yang digunakan karena dapat mengubah energi menjadi cahaya, seperti pada lampu neon.
- Mencegah lonjakan listrik: Lonjakan listrik biasanya terjadi pada kumparan karena kejutan, sehingga dengan adanya kapasitor, hal tersebut dapat dicegah.
- Pada pesawat: Kapasitor berfungsi untuk memilih gelombang informasi yang ditangkap. Biasanya, yang akan dipilih adalah frekuensi yang panjang.
- Sebagai konduktor pada tegangan AC: Kapasitor berfungsi sebagai konduktor pada tegangan dengan arus bolak-balik (AC).
- Penyimpan tegangan sementara: Kapasitor berfungsi sebagai penyimpan tegangan listrik sementara.
- Kombinasi dengan osilator dan spul: Kapasitor yang digabung dengan osilator dan spul berfungsi untuk memilih gelombang frekuensi.
- Pada osilator: Kapasitor berfungsi sebagai pembangkit frekuensi.
- Penggeser fasa: Fungsi kapasitor selanjutnya adalah sebagai penggeser fasa.
Rumus Kapasitor
Nilai kapasitansi dari sebuah kapasitor dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut.
C : Kapasitansi kapasitor
: Permitivitas hampa
: Permitivitas relatif
A : Luas pelat/keping
d : Jarak antar pelat/tebal dielektrik
Selain itu, berikut adalah rumus kapasitor yang sering digunakan.
C : Kapasitansi kapasitor (F/Farad, 1 F=1 C/V)
Q : Muatan listrik (C/Coulomb)
V : Beda potensial (V/Volt)
Simbol Kapasitor
Ada beberapa simbol yang sering digunakan, namun pada dasarnya yang membedakan simbol tersebut hanyalah dari polaritasnya saja.
Jenis-Jenis Kapasitor
Berdasarkan bahan isolator dan nilainya, kapasitor dapat dibedakan menjadi 2 jenis: kapasitor nilai tetap (Fixed Capacitor) dan kapasitor nilai berubah (Variable Capacitor). Berikut adalah penjelasan tentang jenis-jenis kapasitor tersebut.
A. Kapasitor Nilai Tetap (Fixed Capasitor)
Kapasitor nilai tetap adalah kapasitor yang memiliki nilai kapasitansinya tetap atau konstan dan tidak dapat diubah-ubah. Karena itu, kapasitor jenis ini juga dikenal sebagai Kapasitor Nilai Tetap. Kapasitor nilai tetap terbagi menjadi dua jenis, yaitu kapasitor polar dan kapasitor non-polar. Berikut ini adalah penjelasan mengenai kedua jenis kapasitor tersebut.
1. Kapasitor Polar
- Kapasitor Elektrolit
Kapasitor elektrolit adalah jenis kapasitor yang bahan isolatornya terbuat dari elektrolit dan umumnya memiliki bentuk seperti tabung. Kapasitor elektrolit juga dikenal sebagai Electrolyte Capacitor atau disingkat ELCO. Jenis kapasitor ini termasuk kapasitor polar, yang memiliki kutub positif dan kutub negatif pada kaki-kakinya.
Kaki yang lebih panjang menandakan kutub positif, sementara kaki yang lebih pendek atau memiliki tanda khusus menandakan kutub negatif. Kapasitor elektrolit sering digunakan dalam rangkaian elektronika yang memerlukan kapasitansi tinggi.
Pemasangan kapasitor elektrolit dalam rangkaian elektronika harus sesuai polaritasnya, terutama untuk rangkaian arus searah (DC), namun untuk rangkaian arus bolak-balik (AC) tidak menjadi masalah.
Umumnya, nilai kapasitansi kapasitor elektrolit tertulis pada bodi kapasitor beserta dengan tegangan dan terminal negatifnya. Nilai kapasitansi kapasitor elektrolit yang biasa tersedia di pasaran berkisar dari 0.1 µF hingga 4700 µF dengan tegangan yang bervariasi mulai dari 6.7 volt hingga 450 volt.
Perlu diperhatikan bahwa kapasitor elektrolit dapat meledak jika kutubnya terpasang terbalik atau melebihi batas tegangan yang diizinkan.
- Kapasitor Tantalum
Kapasitor tantalum mirip dengan kapasitor elektrolit karena keduanya memiliki dua kutub, yaitu kutub positif dan kutub negatif, serta bahan isolatornya terbuat dari elektrolit. Kapasitor ini disebut kapasitor tantalum karena terminal anodanya (positif) terbuat dari logam tantalum.
Kapasitor tantalum mampu beroperasi pada suhu yang lebih tinggi dibandingkan dengan kapasitor elektrolit dan kapasitor lainnya. Jenis kapasitor ini merupakan kemajuan teknologi dalam bidang elektronika karena meskipun memiliki nilai kapasitansi yang besar, namun dapat dikemas dalam ukuran yang lebih kecil dan kompak.
Oleh karena itu, kapasitor ini memiliki harga yang relatif mahal. Kapasitor tantalum biasanya digunakan dalam perangkat elektronik berukuran kecil seperti handphone dan laptop.
2. Kapasitor Non Polar
- Kapasitor Keramik
Kapasitor keramik dinamakan demikian karena bahan isolator atau dielektriknya terbuat dari keramik. Kebanyakan kapasitor keramik memiliki bentuk bulat tipis atau persegi empat. Kapasitor keramik tidak memiliki polaritas atau kutub, sehingga pemasangannya tidak masalah jika terbalik, karena tidak akan meledak seperti kapasitor elektrolit yang memiliki kutub.
Kapasitor ini cukup stabil sehingga sering digunakan dalam rangkaian elektronika. Kapasitor keramik memiliki berbagai bentuk dan ukuran, dan biasanya nilai kapasitansinya dituliskan dengan kode warna, tetapi ada juga yang dituliskan langsung dengan angka pada bodi kapasitor.
- Kapasitor Poliester
Kapasitor poliester adalah jenis kapasitor yang bahan isolatornya terbuat dari bahan plastik (Polyester). Umumnya, kapasitor poliester berbentuk segi empat, kecil, dan pipih. Kapasitor ini tidak memiliki polaritas atau kutub sehingga pemasangannya tidak akan sulit, dan nilai kapasitansinya biasanya tertera dalam kode warna.
- Kapasitor Mika
Kapasitor mika adalah jenis kapasitor yang bahan isolator atau dielektriknya terbuat dari mika. Kapasitor mika tetap eksis dan sering digunakan karena keandalan tinggi, sifat stabil, dan toleransi rendah. Kapasitor ini juga dapat dipasang bolak-balik karena tidak memiliki polaritas atau kutub.
- Kapasitor Film
Kapasitor film adalah jenis kapasitor yang bahan dielektrik atau isolatornya terbuat dari film logam. Nilai kapasitansinya ditandai dengan kode warna seperti pada resistor, dengan gelang-gelang warna yang menunjukkan nilai kapasitansi.
- Kapasitor Kertas
Kapasitor kertas adalah jenis kapasitor yang bahan isolatornya terbuat dari kertas. Kapasitor ini termasuk dalam generasi pertama kapasitor, ketika masih menggunakan tabung hampa. Namun, penggunaan kapasitor kertas saat ini sudah jarang ditemukan. Dalam pemasangannya, kapasitor ini tidak memiliki masalah jika terbalik dalam rangkaian elektronika karena tidak memiliki kutub atau polaritas.
B. Kapasitor Nilai Berubah (Variable Capasitor)
Variable Capacitor atau Kapasitor Nilai Berubah adalah jenis kapasitor yang nilai kapasitansinya dapat diubah-ubah sesuai kebutuhan dalam rangkaian elektroniknya atau sesuai keinginan penggunanya. Variable capacitor terbagi menjadi tiga jenis, yaitu Variable Condensator (VARCO), Trimmer, dan Kapasitor aktif atau CDS. Berikut adalah penjelasan singkat dari masing-masing kapasitor variabel.
1. Variable Condensator (VARCO)
Variable Condensator (VARCO) adalah jenis kapasitor yang lebih besar dibandingkan dengan kapasitor tetap dan memiliki nilai kapasitansi yang lebih besar juga. Nilai kapasitansi VARCO berkisar antara 100pF sampai 500 µF.
2. Trimmer
Trimmer adalah jenis kapasitor yang merupakan pengembangan dari kapasitor variabel sebelumnya, sehingga memiliki bentuk yang lebih kecil. Untuk mengubah nilai kapasitansinya, diperlukan sebuah obeng kecil untuk memutar poros.
Kapasitor trimmer terdiri dari dua pelat logam yang dipisahkan oleh lapisan mika, dan terdapat sekrup yang dapat mengatur jarak antara kedua pelat logam tersebut sehingga nilai kapasitansinya dapat diubah.
3. Kapasitor Aktif atau CDS
Kapasitor aktif merupakan perkembangan teknologi dalam bidang elektronika yang memiliki ukuran lebih kecil dan kinerja lebih baik. Kapasitor ini bersifat aktif, yang berarti dapat mengalirkan muatan listrik jika terkena cahaya, baik dari sinar matahari maupun sumber cahaya lainnya.