Elektronika Dasar - Kapasitor
Kapasitor adalah komponen pasif yang memiliki kemampuan menyimpan energi dalam bentuk beda potensial antar pelatnya. Ini menolak perubahan tegangan yang tiba-tiba. Muatan disimpan dalam bentuk beda potensial antara dua pelat, yang berbentuk positif dan negatif tergantung pada arah penyimpanan muatan.
Daerah non-konduktor hadir di antara dua pelat ini yang disebut sebagai dielectric. Dielektrik ini bisa vakum, udara, mika, kertas, keramik, aluminium dll. Nama kapasitor diberikan oleh dielektrik yang digunakan.
Simbol dan Satuan
Satuan standar untuk kapasitansi adalah Farad. Umumnya, nilai kapasitor yang tersedia akan berada dalam urutan mikro-farad, pico-farad dan nano-farad. Simbol kapasitor seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Kapasitansi kapasitor sebanding dengan jarak antar pelat dan berbanding terbalik dengan luas pelat. Juga, semakin tinggi permitivitas suatu material, semakin tinggi kapasitansinya. Itupermittivitydari suatu media menggambarkan berapa banyak fluks listrik yang dihasilkan per satuan muatan dalam media itu. Gambar berikut menunjukkan beberapa kapasitor praktis.
Ketika dua pelat yang memiliki luas A yang sama, dan lebar yang sama ditempatkan sejajar satu sama lain dengan jarak d yang terpisah, dan jika beberapa energi diterapkan ke pelat, maka kapasitansi kapasitor pelat paralel itu dapat disebut sebagai -
$$ C \: \: = \: \: \ frac {\ varepsilon_ {0} \: \: \ varepsilon_ {r} \: \: d} {A} $$
Dimana
C = Kapasitansi kapasitor
$ \ varepsilon_ {0} $ = permitivitas ruang kosong
$ \ varepsilon_ {r} $ = permitivitas media dielektrik
d = jarak antar pelat
A = luas dari dua pelat konduktor
Dengan beberapa tegangan diterapkan, muatan disimpan pada dua pelat paralel kapasitor. Deposisi muatan ini terjadi secara perlahan dan ketika tegangan melintasi kapasitor sama dengan tegangan yang diterapkan, pengisian berhenti, karena tegangan yang masuk sama dengan tegangan yang keluar.
Tingkat pengisian tergantung pada nilai kapasitansi. Semakin besar nilai kapasitansi, semakin lambat laju perubahan tegangan pada pelat.
Cara Kerja Kapasitor
Kapasitor dapat dipahami sebagai komponen pasif dua terminal yang menyimpan energi listrik. Energi listrik ini disimpan dalam medan elektrostatis.
Awalnya, muatan negatif dan positif pada dua pelat kapasitor berada dalam kesetimbangan. Tidak ada kecenderungan kapasitor untuk diisi atau dikosongkan. Muatan negatif dibentuk oleh akumulasi elektron, sedangkan muatan positif dibentuk oleh penipisan elektron. Karena ini terjadi tanpa adanya muatan eksternal, status ini adalahelectrostatickondisi. Gambar di bawah ini menunjukkan kapasitor dengan muatan statis.
Akumulasi dan penipisan elektron sesuai dengan siklus positif dan negatif yang bervariasi dari suplai AC, dapat dipahami sebagai "aliran arus". Ini disebut sebagaiDisplacement Current. Arah aliran arus ini terus berubah karena ini adalah AC.
Pengisian Kapasitor
Ketika tegangan eksternal diberikan, muatan listrik diubah menjadi muatan elektrostatis. Ini terjadi saat kapasitor sedang diisi. Potensial positif dari suplai, menarik elektron dari pelat positif kapasitor, membuatnya lebih positif. Sedangkan suplai potensial negatif, memaksa elektron ke plat negatif dari kapasitor, membuatnya lebih negatif. Gambar di bawah menjelaskan hal ini.
Selama proses pengisian ini, elektron bergerak melalui suplai DC tetapi tidak melalui dielectric yang merupakan insulator. Perpindahan ini besar, ketika kapasitor mulai mengisi tetapi berkurang saat diisi. Kapasitor berhenti mengisi daya ketika tegangan melintasi kapasitor sama dengan tegangan suplai.
Mari kita lihat apa yang terjadi pada dielektrik ketika kapasitor mulai mengisi daya.
Perilaku dielektrik
Saat muatan mengendap di pelat kapasitor, medan elektrostatis terbentuk. Kekuatan medan elektrostatis ini bergantung pada besarnya muatan pada pelat dan permitivitas bahan dielektrik.Permittivity adalah ukuran dielektrik apakah seberapa jauh ia memungkinkan jalur elektrostatis untuk melewatinya.
Dielektrik sebenarnya adalah isolator. Ia memiliki elektron di orbit paling luar atom. Mari kita amati bagaimana mereka terpengaruh. Ketika tidak ada muatan di pelat, elektron di dielektrik bergerak dalam orbit melingkar. Ini seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Ketika deposisi muatan terjadi, elektron cenderung bergerak menuju pelat bermuatan positif, tetapi tetap berputar seperti yang ditunjukkan pada gambar.
Jika muatan semakin meningkat, orbitnya semakin meluas. Tetapi jika masih meningkat, dielektrikbreaks downkorslet kapasitor. Sekarang, kapasitor sudah terisi penuh, siap untuk dilepaskan. Cukup jika kita menyediakan jalur bagi mereka untuk melakukan perjalanan dari lempeng negatif ke pelat positif. Elektron mengalir tanpa suplai eksternal karena ada terlalu banyak elektron di satu sisi dan hampir tidak ada elektron di sisi lain. Ketidakseimbangan ini disesuaikan dengandischarge dari kapasitor.
Juga, ketika jalur pelepasan ditemukan, atom-atom dalam bahan dielektrik cenderung menjadi normal circular orbitdan karenanya memaksa elektron untuk dilepaskan. Jenis pelepasan ini memungkinkan kapasitor untuk mengirimkan arus tinggi dalam waktu singkat, seperti pada flash kamera.
Pengodean Warna
Untuk mengetahui nilai kapasitor, biasanya diberi label seperti di bawah ini -
n35 = 0.35nF atau 3n5 = 3.5nF atau 35n = 35nF dan seterusnya.
Terkadang penandaannya seperti 100K yang artinya, k = 1000pF. Maka nilainya akan menjadi 100 × 1000pF = 100nF.
Meskipun tanda nomor ini digunakan sekarang-a-hari, skema kode warna Internasional telah dikembangkan sejak lama, untuk memahami nilai kapasitor. Indikasi kode warna seperti yang diberikan di bawah ini.
| Warna pita | Digit A dan B | Pengali | Toleransi (t)> 10pf | Toleransi (t) <10pf | Koefisien suhu |
|---|---|---|---|---|---|
| Hitam | 0 | × 1 | ± 20% | ± 2.0pF | |
| cokelat | 1 | × 10 | ± 1% | ± 0.1pF | -33 × 10 -6 |
| Merah | 2 | × 100 | ± 2% | ± 0,25pF | -75 × 10 -6 |
| jeruk | 3 | × 1.000 | ± 3% | -150 × 10 -6 | |
| Kuning | 4 | × 10.000 | ± 4% | -220 × 10 -6 | |
| hijau | 5 | × 100.000 | ± 5% | ± 0,5pF | -330 × 10 -6 |
| Biru | 6 | × 1,000000 | -470 × 10 -6 | ||
| Ungu | 7 | -750 × 10 -6 | |||
| Abu-abu | 8 | × 0,01 | + 80%, -20% | ||
| putih | 9 | × 0,1 | ± 10% | ± 1.0pF | |
| Emas | × 0,1 | ± 5% | |||
| Perak | × 0,01 | ± 10% |
Indikasi ini digunakan untuk mengidentifikasi nilai kapasitor.
Dalam kapasitor lima pita ini, dua pita pertama mewakili digit, yang ketiga menunjukkan pengali, keempat untuk toleransi, dan yang kelima menunjukkan tegangan. Mari kita lihat contoh untuk memahami proses pengkodean warna.
Example 1 - Tentukan nilai sebuah kapasitor dengan kode warna kuning, violet, orange, putih dan merah.
Solution- Nilai kuning 4, violet 7, oranye 3 melambangkan pengali. Putih adalah ± 10 yang merupakan nilai toleransi. Merah melambangkan voltase. Tetapi untuk mengetahui peringkat tegangan, kami memiliki tabel lain, dari pita tertentu kapasitor ini, harus diketahui.
Karenanya nilai kapasitor adalah 47nF, 10% 250v (tegangan untuk pita V)
Tabel berikut menunjukkan bagaimana voltase ditentukan tergantung pada pita yang dimiliki kapasitor.
| Warna pita | Peringkat Tegangan (V) | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| TYPE J | TYPE K | TYPE L | TYPE M | TYPE N | |
| Hitam | 4 | 100 | 10 | 10 | |
| cokelat | 6 | 200 | 100 | 1.6 | |
| Merah | 10 | 300 | 250 | 4 | 35 |
| jeruk | 15 | 400 | 40 | ||
| Kuning | 20 | 500 | 400 | 6.3 | 6 |
| hijau | 25 | 600 | 16 | 15 | |
| Biru | 35 | 700 | 630 | 20 | |
| Ungu | 50 | 800 | |||
| Abu-abu | 900 | 25 | 25 | ||
| putih | 3 | 1000 | 2.5 | 3 | |
| Emas | 2000 | ||||
| Perak | |||||
Dengan bantuan tabel ini, nilai tegangan untuk setiap pita kapasitor diketahui sesuai dengan warna yang diberikan. Jenis peringkat tegangan juga menunjukkan jenis kapasitor. Misalnya, TYPE J adalah Kapasitor Tantalum Dipped, TYPE K adalah Kapasitor Mika, TYPE L adalah Kapasitor Polystyrene, TYPE M adalah Kapasitor Electrolytic Band 4 dan TYPE N adalah Kapasitor Electrolytic Band 3. Hari-hari ini, kode warna telah diganti dengan pencetakan nilai kapasitor sederhana seperti yang disebutkan sebelumnya.
Reaktansi Kapasitif
Ini adalah istilah penting. Reaktansi Kapasitif adalah oposisi yang ditawarkan oleh kapasitor ke aliran arus bolak-balik, atau hanya arus AC. Kapasitor menahan perubahan aliran arus dan karenanya menunjukkan beberapa oposisi yang dapat disebut sebagaireactance, karena frekuensi arus input juga harus dipertimbangkan bersama dengan resistansi yang ditawarkannya.
Symbol: XC
Dalam rangkaian kapasitif murni, arus IC leads tegangan yang diberikan sebesar 90 °
Koefisien Suhu Kapasitor
Perubahan maksimum Capacitancekapasitor, pada rentang suhu tertentu, dapat diketahui dengan koefisien suhu kapasitor. Ini menyatakan bahwa ketika suhu melebihi titik tertentu, perubahan kapasitansi kapasitor yang mungkin terjadi dipahami sebagaitemperature coefficient of capacitors.
Semua kapasitor biasanya diproduksi dengan mempertimbangkan suhu referensi 25 ° C. Karenanya koefisien suhu kapasitor dipertimbangkan untuk nilai suhu yang berada di atas dan di bawah nilai ini.