PRINSIP KERJA CAPASITOR

PRINSIP KERJA CAPASITOR

Kapasitor ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867) dan dengan satuan farad. Komponen penyusun kapasitor itu sebenarnya adalah dua buah plat sejajar yang dipisahkan oleh bahan dielektrik (contoh : vacum, kertas, mika, keramik dll ) dan mempunyai sifat dasar bahwa kapasitor itu bila dialiri arus listrik maka akan menyimpan muatan, pengisian muatan itu terjadi selama kapasitor itu belum terisi penuh. Kemudian kapasitor akan melakukan pelepasan muatan apabila polaritas tegangan dari terminal yang dihubungkan padanya lebih rendah. Pelepasan muatan ini bisa saja terjadi walaupun kapasitor belum terisi penuh selama adanya perbedaan polaritas. Sesuai dengan aturan listrik bahwa arus listrik itu mengalir dari polaritas yang lebih tinggi ke polaritas yang lebih rendah. Muatan yang tersimpan dalam kapasitor dapat dihitung dengan rumus :

Q = C V

Dimana : 

Q = Muatan listrik dalam Coulomb

C = Nilai kapasitansi dalam Farad

V = Nilai tegangan dalam volt

Nilai kapasitansi dihitung dengan rumus :

C = (8,85 x 10^-12) (k A/t)

Dimana :

K = Konstanta dielektrik

Untuk bisa memahami secara meyakinkan mengenai cara kerja kapasitor, mari kita pelajari beberapa kombinasi dari rangkaian kapasitor di bawah ini.

I. Cara Kerja Kapasitor Pada Pengujian I

Gambar sinyal saat pelepasan muatan lebih lama

Mari kita perhatikan gambar di atas, pada saat saklar SW1 kita hubungkan dengan + supply 9V, maka kapasitor akan melakukan proses pengisian. Karena tidak ada tahanan kapasitor C1 bisa terisi langsung dengan cepat. Kemudian saat kita ubah posisi SW1 ke ujung R1 47K maka, kapasitor C1 akan melakukan pelepasan muatan. Hal ini terjadi karena polaritas pada ujung R1 lebih kecil dibanding dengan polaritas pada ujung terminal C1. Polaritas tegangan pada C1 adalah sesuai dengan supply pada waktu pengisian sedangkan pada R1 adalah 0 volt. Proses pelepasan muatan C1 bisa anda lihat pada gambar grafik di atas, dimana pelepasan kapasitor berlangsung sedikit lama dikarenakan ditahan oleh R1. R1 membuat arus yang mengalir pada saat pelepasan muatan menjadi kecil sehingga proses pelepasan menjadi lebih lama. 

II. Cara Kerja Kapasitor Pada Pengujian II

Gambar sinyal saat pengisian muatan lebih lama

Coba perhatikan gambar di atas, sengaja saya rancang berkebalikan dengan rangkaian kapasitor yang pertama supaya anda bisa dengan mudah memahami. Jika pada rangkaian pertama proses pengisian berlangsung sangat cepat dan proses pelepasan terjadi lebih lama, tapi pada rangkaian yang kedua ini proses pengisian yang menjadi lebih lama, sedangkan proses pelepasan terjadi sangat cepat sekali. Mengapa demikian karena semakin besar tahanan yang dipasang seri dengan kapasitor baik itu pada rangkaian pengisian atau pelepasan maka arus yang mengalir dari kapasitor akan semakin kecil sehingga muatan listrik yang ada pada kapasitor akan lebih lama habisnya. Sedangkan jika tidak ada tahanan yang dipasang seri terhadap kapasitor maka arus akan mengalir lebih besar dan kapasitor akan terisi penuh dengan lebih cepat. Kejadian di atas bisa anda analogikan seperti sebuah penampungan air. Pipa yang mempunyai diameter lebih besar akan menjadikan pengisian atau pembuangan air menjadi lebih cepat, sedangkan pipa yang lebih kecil akan membuat pengisian atau pembuangan air menjadi lebih lama.

III. Cara Kerja Kapasitor Pada Pengujian III

Gambar sinyal tegangan kapasitor dengan tegangan AC 

Pada rangkaian yang ketiga ini saya akan mencoba kerja kapasitor dengan sumber tegangan bolak balik 10 Vac dan frekuensi 1 Hz. Yang menarik bagi saya sejak dulu kebanyakan orang berpendapat bahwa arus bolak balik bisa melewati kapasitor seperti sebuah kawat sedangkan arus searah tidak bisa melakukannya. Coba perhatikan gambar grafik di atas, Sinyal yang berwarna merah adalah tegangan yang diukur dengan osiloscope pada kapasitor 100 µF (rangkaian I) sedangkan sinyal yang berwarna biru adalah tegangan yang diukur pada kapasitor 1 µF (rangkaian II). Jika kita cermati maka sesungguhnya pada rangkaian I, kapasitor 100 µF berkerja hampir seperti sebuah kawat, sehingga tegangan sebagian besar akan jatub pada resistor dan tegangan pada kapasitornya sendiri mendekati 0 volt (sesuai dengan aturan pembagian tegangan). Kemudian pada rangkaian II, kapasitor bekerja seperti kawat yang terbuka, ini bisa kita lihat dari tegangan yang ada pada kapasitor tersebut. Tegangan yang berwarna biru pada grafik di atas menunjukkan tegangan yang ada pada kapasitor 1 µF, dimana tegangan tersebut hampir sama dengan tegangan puncak dari tegangan supply. Cara kerja kapasitor pada rangkaian II bagaikan saklar yang terbuka dan tahanan yang begitu besar membuat tegangan sebagian besar jatuh padanya. 

Analisa dari kedua rangkaian dengan tegangan AC di atas adalah :

1. Pada rangkaian I, nilai kapasitor lebih besar akan membuat proses pengisian menjadi lambat sehingga kapasitor baru terisi sedikit, supply tegangan sudah berbalik ke siklus sebaliknya.
2. Pada rangkaian II, nilai kapasitor yang lebih kecil akan membuat proses pengisan menjadi lebih cepat, sehingga kapasitor telah terisi penuh sebelum siklus selanjutnya dan pada kondisi kapasitor yang penuh arus tidak akan bisa melewati kapasitor dikarenakan adanya keseimbangan. Jadi dengan begitu tegangan antara kapasitor akan sama dengan tegangan supply (seharunya tegangan kapasitor mendelkati 0 V jika berpedoman pada pendapat kebanyakan orang selama ini, kenyataannya malah berkebalikan.
3. Pada rangkaian I dan II tidak memiliki perbedaan prinsip, intinya pada saat proses pengisian kapasitor sebelum kapasitor terisi penuh maka arus akan tetap mengalir pada rangkaian. Tetapi arus tidak akan mengalir lagi jika kapasitor sudah terisi penuh. Pelepasan muatan terjadi apabila nilai potensial berkebalikan dengan posisi potensial pada saat pengisian.

IV. Cara Kerja Kapasitor Pada Pengujian IV

Gambar perbandingan sinyal kapasitor dengan tahanan yang dipasang seri

Yang terakhir adalah rangkaian yang saya yakin akan membuat anda paham dengan cara kerja kapasitor. Coba pehatikan, jumlah tegangan pada R5 dan C5 adalah sama dengan tegangan supply sesuai dengan yang ditunjukkan grafik di atas. Tegangan pada kapasitor ditunjukkan oleh kurva yang berwarna merah sedangkan tegangan pada resistor oleh kurva yang berwarna biru. Alur kerjanya adalah, arus listrik mengalir melalui kapasitor kemudian berlanjut pada resistor. Selama kapasitor belum terisi penuh maka arus listrik akan tetap mengalir pada rangkaian tersebut, arus listrik yang mengalir akan semakin mengecil seiring terisinya kapasitor. Jika pada pengisian tegangan pada kapasitor bernilai kecil, maka sisa tegangan yang lebih besar jatuh pada resistor, sebaliknuya pada saat kapasitor sudah terisi penuh maka tegangan yang jatuh pada resistor akan bernilai 0 volt dikarenakan tidak ada lagi arus yang mengalir pada rangkaian.

Dari beberapa kombinasi rangkaian pengujian kapasitor di atas, maka kesimpulannya adalah :

1. Kapasitor bisa dilewati oleh arus searah maupun arus bolak-balik. Hanya saja pada rangkaian arus searah, arus hanya akan mengalir pada saat proses pengisian kapasitor dan kapasitor belum terisi penuh.
2. Kapasitor tetap tidak bisa dilewati oleh arus bolak balik manakala nilai dari kapasitor tersebut terlalu kecil dibandingkan dengan tegangan supply yang diberikan kepada kapasitor serta frekuennsi tegangan supply tersebut. Hal ini dikarenakan kapasitor sudah terisi penuh jauh sebelum siklus sinyal selanjutnya.
3. Selama pengisian kapasitor, arus yang mengalir pada rangkaian akan semakin kecil sampai mencapai 0 ampere pada saat kapasitor penuh.
4. Proses pelepasan terjadi apabila kedua kaki kapasitor mendapatkan potensial listrik yang terbalik dari pada saat pengisian. Atau dengan kata lain adanya perbedaan potensial antara kapasitor dengan rangkaian yang terhubung padanya.