Cara Kerja Kapasitor Dan Struktur Bentuknya

Secara sederhana cara kerja kapasitor dapat digambarkan sebagai sebuah perangkat yang mengumpulkan dan menyimpan energi listrik untuk beberapa lama. Besar dan lamanya energi listrik yang tersimpan di dalam kapasitor ini tergantung dari bahan dan bentuk konstruksi dari bahan dieletrika yang merupakan penyusun kapasitor.

Sifat kapasitor yang dapat menyimpan energi potensial listrik ini mirip dengan sebuah bataere yang dapat diisi ulang. Energi listrik yang dialirkan pada kapasitor akan dismpan pada pelat yang terpisah secara dielektrika sehingga membentuk beda potensial listrik diantara kedua pelat tersebut. Bila kedua pelat tersebut diberikan penghubung, maka akan terjadi aliran arus listrik pada kedua pelat sampai terjadi kesimbangan potensial listrik.

Terdapat banyak jenis kapasitor yang biasa digunakan pada sirkuit elektronika dan kelistrikan. Mulai dari kpasitor yang berbentuk kecil dan digunakan pada rangkaian pengolah frekuensi, hingga kapasitor daya yang memiliki bentuk besar dan umumnya dipakai pada sirkuit kelistrikan dengan daya tinggi.

Struktur Bentuk Kapasitor

Sebuah kapasitor terbentuk dari susunan dua buah atau lebih pelat logam konduktor secara paralel namun tidak saling bersentuhan. Susunan logam konduktor secara paralel tersebut dipisahkan oleh bahan penyekat yang bersifat isolator (bahan dielektrika). Bahan penyekat yang digunakan bisa berupa udara, mika, keramik, plastik dan bahan yang berbentuk cairan gel seperti pada jenis kapasitor elektrolit.

Karena adanya penyekat yang memisahkan pelat logam ini, maka arus DC tidak akan dapat melewati kapasitor. Sehingga tegangan listrik hanya sampai pada pelat logam saja. Pelat logam pada kapsitor memiliki bentuk yang beragam susuai desain pabrik pembuatnya. Secara umum bentuk pelat logam konduktor berbentuk bulat pipih dengan masing masing ujung pelat terhubungndengan kawat terminal. kawat terminal ini berfungsi untuk menghubungkan kapasitor dengan papan rangkaian.

Cara Kerja Kapasitor

Saat diberikan aliran arus listrik searah (DC) bahan dielektrika yang bersifat isolator pada kapasitor akan menahan / menghambat aliran arus sehingga tidak bisa menembus berpindah dari satu pelat ke pelat lainnya. Namun ketika diberikan tegangan listrik arus AC, kapasitor bisa melewatkan arus AC tersebut melaluinya tanpa hambatan.

Pada jenis arus DC kita ketahui terdapat dua jenis muatan listrik yang mengalir : muatan listrik negatif -V dan muatan listrik positif +V. Bila arus DC ini dialirkan pada kapasitor maka masing masing muatan ini akan terkumpul pada masing masing pelat kapasitor dan tidak bisa mengalir karena ada penyekat bahan dielektrika. Sehingga muatan listrik positif akan berkumpul pada satu pelat dan muatan listrik negatif akan berkumpul pada satu pelat lainnya.

Pengunmpulan muatan listrik pada masing masing pelat tersebut akan berhenti ketika sudah mencapai batas kemampuan kapsitor dalam mengumpulkan dan menyimpan muatan listrik. Batas kemampuan kapasitor menyimpan muuatan listrik ini disebut dengan Kapasitansi Kapasitor. Selanjutnya aliran arus listrik akan terhenti ketika tegangan  pada kapasitor sama dengan  tengan pada sumber Vcc. 

Artinya, aliran arus listrik pada kapasitor saat diberikan tegangan akan berlangsung cepat pada awalnya. Namun akan melambat hingga mencapai 0 ketika sudah mencapai kesamaan tegangan antara kapasitor dan sumber tegangan.

 

Bentuk paling sederhana dari sebuah kapasitor ditunjukkan pada gambar diatas yang dibentuk dari dua buah pelat loagam yang tersusun paralel dan dipisahkan oleh bahan penyekat dielektrika. Luas penampang dan jarak antara kedua pelat logam akan mempengaruhi besar kapasitansi dari kapasitor. Nilai kapasitoansi kapasitor dinyatakan dalam satuan Farad. (F). Dimana semakin luas penampang pelat logam dan semakin sempit jarak antara keduanya maka akan semakin besar nilai kapasitansinya.

Secara umum nilai kapasitansi kapasitor dirumuskan sebagai perbandingan antara muatan listrik yang tersimpan pada kapasitor dengan tegangan :

C = Q / V  

Muatan listrik yang tersimpan pada kapasitor sebenarnya merupakan medan listrik elektrostatis yang ada diantara kedua pelat logam konduktor. Saat diterapkan aliran listrik pada kedua pelat, maka akan semakin meningkatkan kekuatan medan listrik elektrostatis tersebut sebagai konsekuensi dari semakin besarnya perbedaan potensial listrik anatara kedua pelat. Demikian juga ketika energi listrik yang terimpan pada kapasitor dikeluarkan, makan akan semakin berkurang juga medan elektrostatis yang ada.

Kapasitansi Kapasitor

Kapasitansi merupakan kemampuan kapasitor dlam menyimpan energi listrik pada kedua pelatnya. Nilai kapasitansi ini dinyatakan kedalam satuan Farad. Hal ini sesuai dengan nama ilmuwan Fisika Michael Farraday. Satu Farad  dinyatakan sebagai jumlah muatan listrik satu Coloumb dengan tegangan sebesar satu Volt. Nilai kapasitansi yang dinyatakan dalam Farad pasti selalu posistif.

Di dalam ilmu elektronika, satu Farad merupakan unit satuan yang sangat besar sehingga umumnya akan berbentuk fisik yang besar. Sedangkan pada sirkuit elektronika hanya membutuhkan komponen dengan nilai kapsitansi yang sangat kecil. Sehingga diperlukan turunan satuan unit Farad untuk menyatakan nilai kapasitansi yang lebih kecil.

1 Farad = 1000 mF (miliFarad) = 1.000.000 μF (mikroFarad)

1 μF = 1000 nF (nanoFarad)  =  1.000.000 pF (pikoFarad)

1 nF = 0,001 μF

Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya, kapasitansi kapasitor akan bergantung pada luas penampang pelat logam dan jarak antara kedua pelat. Luas penampang pelat (A) dinyatakan dalam satuan unit m² sementara jarak antar pelat logam (d) dinyatakan dalam satuan meter m. Sehingga dapat dinyatakan ke dalam rumus :

C = ε(A / d)

Dimana ε meruapakan nilai dari permitivitas absolut dari jenis bahan dielektrika yang dipakai. Nilai permitivitas dari udara / ruang hampa biasanya dinyatakan dalam nilai konstanta 8,84 x 10^-12. Sementara nilai konstanata untuk jenis bahan dielektrika lai akan berbeda.

Bahan Dielektrika Kapasitor

Bahan dielektirka kapasitor merupakan bahan penyekat isolator yang memisahkan pelat logam konduktor pada kapasitor. Jenis bahan dielektrika yang digunakan sebagai penyekat juga akan berpengaruh terhadap nilai kapasitansi sebuah kapsitor. Karena setiap bahan penyekat mempunyai nilai permitivitas yang berbeda anatara satu jenis dengan jenis yang lainnya.

Berbeda dengan pelat logam yang terbuat dari bahan jenis konduktor (penghantar listrik), bahan penyekat dielektrika umumnya bersifat isolator. Sehingga akan terbuat dari bahan bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik. Setiap jenis isolator ini mempunyai kemampuan yang berbeda beda dalm menghambat arus listrik.

Bahan dielektrik pada kapasitor bisa terbuat dari jenis mika, kertas, plastik, keramik, poliester, kaca dan sejenisnya. Pada jenis kapsitor elektrolit, bahan dielektrika yang digunakan adalah cairan elektrolit yang berbentuk gel dengan kepadatan tertentu.

Tegangan Maksimum Kapasitor

Semua kapasitor yang tersedia memiliki tegangan maksimum yang berbeda beda. Karena itu harus memilih kapasitor yang tepat saat menggunakannya apda rangkaian agar tidak menimbulkan kerusakan pada komponen kapsitor itu. 

Pemberian tegangan yang sangat besar pada kapasitor melebihi tegangan maksimumnya akan merusak bahan dielektrika kapasitor. Selain itu juga bisa meluluhkan ataupun merusak struktur pelat logam penghantarnya. Karena itu merancang tegangan maksimum kapasitor akan disesuaikan dengan jenis bahan dielektrika dan ketebalan pelat logam pada kapasitor yang digunakan.

Penerapan tegangan maksimum kapasitor berbeda sesuai dengan jenis arus lisrik yang diberikan. Artinaya jika tegangan maksimum 100Volt DC akan berbeda dengan tegangan maksimumnya jika diterapkan pada arus AC.

Demikan pembahasan cara kerja dan struktru bentuk dari kapasitor. Ini adalah materi pengantar untuk pembahasan tentang kapasitor selanjutnya.

Berbagi :