Makalah Rangkaian Listrik



Kapasitor dan Induktor

1.    Pengertian Kapasitor dan Induktor

a.       Kapasitor (Kondensator) yang dalam rangkaian elektronika dilambangkan dengan huruf "C" adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi/muatan listrik di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kapasitor ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867). Satuan kapasitor disebut Farad (F). Satu Farad = 9 x 1011 cm2 yang artinya luas permukaan kepingan tersebut.
b.      Induktor adalah komponen yang tersusun dari lilitan kawat. Induktor termasuk juga komponen yang dapat menyimpan muatan listrik. Bersama kapasitor induktor dapat berfungsi sebagai rangkaian resonator yang dapat beresonansi pada frekuensi tertentu.


2.    Jenis – Jenis Kapasitor dan Induktor

a.            Jenis – jenis kapasitor
1.    Kapasitor Nonpolar
Kapasitor nonpolar merupakan jenis kapasitor yang memiliki kapasitas yang tetap, kapasitor ini memiliki kapasitas yang tidak terlalu besar. Kapasitor jenis ini biasanya terbuat dari bahan kertas, mica, keramik, mylar dan lain sebagainya. Jenis bahan pembuat kapasitor memiliki karakteristik yang berbeda-beda, sehingga memiliki kekurangan dan kelebihan masing-masing.

contoh Kapasitor Nonpolar:
Kapasitor Keramik (Ceramic Capasitor)
Kapasitor Keramik adalah Kapasitor yang Isolatornya terbuat dari Keramik dan berbentuk bulat tipis ataupun persegi empat. Kapasitor Keramik tidak memiliki arah atau polaritas, jadi dapat dipasang bolak-balik dalam rangkaian Elektronika. Pada umumnya, Nilai Kapasitor Keramik berkisar antara 1pf sampai 0.01µF.
Kapasitor yang berbentuk Chip (Chip Capasitor) umumnya terbuat dari bahan Keramik yang dikemas sangat kecil untuk memenuhi kebutuhan peralatan Elektronik yang dirancang makin kecil dan dapat dipasang oleh Mesin Produksi SMT (Surface Mount Technology) yang berkecepatan tinggi.
Kapasitor Polyester (Polyester Capacitor)
Kapasitor Polyester adalah kapasitor yang isolatornya terbuat dari Polyester dengan bentuk persegi empat. Kapasitor Polyester dapat dipasang terbalik dalam rangkaian Elektronika (tidak memiliki polaritas arah)
Kapasitor Kertas (Paper Capacitor)
Kapasitor Kertas adalah kapasitor yang isolatornya terbuat dari Kertas dan pada umumnya nilai kapasitor kertas berkisar diantara 300pf sampai 4µF. Kapasitor Kertas tidak memiliki polaritas arah atau dapat dipasang bolak balik dalam Rangkaian Elektronika.
Kapasitor Mika (Mica Capacitor)
Kapasitor Mika adalah kapasitor yang bahan Isolatornya terbuat dari bahan Mika. Nilai Kapasitor Mika pada umumnya berkisar antara 50pF sampai 0.02µF. Kapasitor Mika juga dapat dipasang bolak balik karena tidak memiliki polaritas arah.
2.    Kapasitor Polar atau Kapasitor Elektrolit

Sesuai dengan namanya kapasitor ini memiliki polaritas pada kedua kakinya yaitu polaritas positif (+) dan polaritas negatif (-). Kapasitor ini termasuk dalam kelompok kapasitor yang memiliki nilai kapasitas yang tetap dan memiliki nilai kapasitas yang besar.
Untuk C1 merupakan simbol gaya Eropa (Europe Syle) dan C2 adalah simbol gaya Amerika (American Style). Untuk pemberian nilai kapasitas, pada kapasitor elektrolit ditulis secara langsung lengkap dengan satuan dan tegangan maksimum, serta simbol polaritas-nya.

Catatan: Ledakan dapat terjadi jika pemasangan polaritas-nya terbalik atau tegangan yang diberikan pada kapasitor ini melebihi tegangan maksimum-nya.


Kaki yang memiliki polaritas negatif berdekatan dengan tanda garis vertikal pada bodi kapasitor, atau kaki yang berpolaritas positif memiliki ukuran yang lebih panjang daripada kaki yang berpolaritas negatif.




Contoh Kapasitor Polar :

Kapasitor Elektrolit (Electrolyte Capacitor)
Kapasitor Elektrolit adalah kapasitor yang bahan Isolatornya terbuat dari Elektrolit (Electrolyte) dan berbentuk Tabung / Silinder. Kapasitor Elektrolit atau disingkat dengan ELCO ini sering dipakai pada Rangkaian Elektronika yang memerlukan Kapasintasi (Capacitance) yang tinggi. Kapasitor Elektrolit yang memiliki Polaritas arah Positif (-) dan Negatif (-) ini menggunakan bahan Aluminium sebagai pembungkus dan sekaligus sebagai terminal Negatif-nya. Pada umumnya nilai Kapasitor Elektrolit berkisar dari 0.47µF hingga ribuan microfarad (µF). Biasanya di badan Kapasitor Elektrolit (ELCO) akan tertera Nilai Kapasitansi, Tegangan (Voltage), dan Terminal Negatif-nya. Hal yang perlu diperhatikan, Kapasitor Elektrolit dapat meledak jika polaritas (arah) pemasangannya terbalik dan melampui batas kamampuan tegangannya.
Kapasitor Tantalum
Kapasitor Tantalum juga memiliki Polaritas arah Positif (+) dan Negatif (-) seperti halnya Kapasitor Elektrolit dan bahan Isolatornya juga berasal dari Elektrolit. Disebut dengan Kapasitor Tantalum karena Kapasitor jenis ini memakai bahan Logam Tantalum sebagai Terminal Anodanya (+). Kapasitor Tantalum dapat beroperasi pada suhu yang lebih tinggi dibanding dengan tipe Kapasitor Elektrolit lainnya dan juga memiliki kapasintansi yang besar tetapi dapat dikemas dalam ukuran yang lebih kecil dan mungil. Oleh karena itu, Kapasitor Tantalum merupakan jenis Kapasitor yang berharga mahal. Pada umumnya dipakai pada peralatan Elektronika yang berukuran kecil seperti di Handphone dan Laptop.
3.        Kapasitor Variabel

Kapasitor variabel adalah kapasitor yang nilai kapasitas-nya dapat diubah-ubah sesuai keinginan. Oleh karena itu kapasitor ini di kelompokan ke dalam kapasitor yang memiliki nilai kapasitas yang tidak tetap.

potensiometer kapasitor memiliki tuas untuk diputar atau biasa disebut rotor, dan bagian yang diam disebut stator. Kapasitor variabel dibuat dalam berbagai bentuk dan ukuran, nilai kapasitas-nya mulai dari beberapa pF hingga ratusan pF keatas. Kapasitor variabel biasa terdapat pada pesawat radio penerima, biasanya kapasitor variabel digunakan sebagai tuning untuk mencari frekuensi radio dari pemancar.






Contoh Kapasitor Variabel :
VARCO (Variable Condensator)
VARCO (Variable Condensator) yang terbuat dari Logam dengan ukuran yang lebih besar dan pada umumnya digunakan untuk memilih Gelombang Frekuensi pada Rangkaian Radio (digabungkan dengan Spul Antena dan Spul Osilator). Nilai Kapasitansi VARCO berkisar antara 100pF sampai 500pF
Trimmer
Trimmer adalah jenis Kapasitor Variabel yang memiliki bentuk lebih kecil sehingga memerlukan alat seperti Obeng untuk dapat memutar Poros pengaturnya. Trimmer terdiri dari 2 pelat logam yang dipisahkan oleh selembar Mika dan juga terdapat sebuah Screw yang mengatur jarak kedua pelat logam tersebut sehingga nilai kapasitansinya menjadi berubah. Trimmer dalam Rangkaian Elektronika berfungsi untuk menepatkan pemilihan gelombang Frekuensi (Fine Tune). Nilai Kapasitansi Trimmer hanya maksimal sampai 100pF.

b.  Jenis – Jenis Induktor

Berdasarkan Bentuk dan Bahan intinya :

1.      Air Core Inductor, yaitu inductor yang menggunakan udara sebagai intinya.


2.      Iron core inductor, yaitu inductor yang menggunakan besi sebagai intinya.


3.      Ferrite core inductor, yaitu inductor yang menggunakan ferit sebagai intinya.


4.      Torroidal core inductor, yaitu induktor yang menggunakan bentuk O ring (Bentuk donat) sebagai intinya.
5.      Laminated Core Induction, yaitu induktor yang terdiri dari beberapa lapisan lempengan logam yang di tempelkan secara parallel. Masing masing lempengan logam diberikan isolator.
6.      Variabel Inductor, yaitu inductor yang nilai induktansinya dapat diatur sesuai dengan keinginan. Inti dari variable inductor pada umumnya terbuat dari bahan Ferrit yang dapat di putar- putar.


3.    Fungsi Kapasitor dan Induktor

a.       Fungsi kapasitor
1.      Sebagai Penyimpan arus atau tegangan listrik
2.      Sebagai Konduktor yang dapat melewatkan arus AC (Alternating Current)
3.      Sebagai Isolator yang menghambat arus DC (Direct Current)
4.      Sebagai Filter dalam Rangkaian Power Supply (Catu Daya)
5.      Sebagai Kopling
6.      Sebagai Pembangkit Frekuensi dalam Rangkaian Osilator
7.      Sebagai Penggeser Fasa
8.      Sebagai Pemilih Gelombang Frekuensi (Kapasitor Variabel yang digabungkan dengan Spul Antena dan Osilator)
9.      Untuk memilih frekuensi pemancar pada pesawat radio.
10.  Untuk menghilangkan percikan apai pada sistem pengapian mobil.
b.       Fungsi Induktor
1.    Penyimpanan arus listrik dalam bentuk medan magnet
2.    Menahan arus bolak-balik (AC)
3.    Meneruskan/meloloskan arus searah (DC)
4.    Sebagai penapis (filter) sebagai penalaan (tuning)
5.      Kumparan/coil ada yang memiliki inti udara, inti besi, atau inti  ferit.
6.    Tempat terjadinya gaya magnet
7.    Pelipat gandaan tegangan
8.    Pembangkit getaran



4.           Cara Kerja dari Kapasitor dan Induktor

a.       Cara kerja dari Kapasitor
Jika muatan positip (+) diberikan pada salah satu plat dan plat yang lain diberi muatan negatip (-) maka sifat muatan pada kondisi ini akan saling tarik menarik, tetapi karena adanya lapisan isolasi elektron-elektron itu tertahan dan tidak akan pernah mengalir, sehingga muatan listrik akan terjebak pada masing-masing plat dan terserap keseluruh kepingan plat, kepingan plat membutuhkan waktu untuk mengisi muatan (Charge) sehingga mencapai tegangan maksimum yang diberikan, dan selama tidak ada rangkaian konduksi yang dapat menarik atau mengeluarkan muatan listrik dari kapasitor, muatan listrik akan terus tersimpan pada kapasitor

b.      Cara Kerja dari Indukator
Dalam rangka untuk memahami cara kerja induktor, yang pertama harus membayangkan sirkuit listrik sederhana yang terdiri dari sebuah bola lampu pijar dihubungkan secara paralel dengan sebuah induktor.  Sirkuit ini didukung melalui baterai juga terhubung secara paralel dengan lampu melalui switch.  Katakanlah kita menekan saklar.  Akal sehat mengatakan kepada kita bahwa karena kumparan memiliki hambatan listrik lebih rendah dari bola lampu, akan bertindak sebagai hambatan listrik dan mencegah lampu dari memancarkan cahaya.
Namun, kenyataannya sangat berbeda.  Ketika saklar dihidupkan, lampu menyala terang pada awalnya sebelum peredupan ke intensitas cahaya lebih rendah.  Efek yang sama terjadi ketika saklar dimatikan, yaitu setelah mengalami kecerahan tinggi lampu berhenti memancarkan cahaya sepenuhnya.
Hal ini disebabkan induktansi.  Ketika arus mulai mengalir melalui kumparan menghasilkan medan magnet yang mencoba untuk menghentikan arus mengalir melalui kumparan dengan menghasilkan arus kedua tetapi dalam arah yang berlawanan.  Meskipun, ketika medan magnet terbentuk, arus kembali normal.  Atau, ketika arus dihentikan, medan magnet mencoba untuk mengkompensasi untuk mempertahankan dengan menghasilkan arus listrik melalui koil.  Dengan demikian medan magnet tidak bisa lagi dipertahankan dan hilang, sehingga bola lampu menyala hanya sebentar.
Inilah karateristik induktor, saat kehilangan sumber tegangan dia akan memberikan tegangan keluar untuk sesaat. Saat mendapat tegangan induktor  juga memiliki karateristik menjadikan intinya bersifat magnet (untuk inti besi tentu). Karakteristik magnet ini juga saring dimanfaatkan dalam berbagai perangkat elektronika.


5.    Aplikasi yang menggunakan Kapasitor dan Induktor
a.       Aplikasi yang menggunakan Kapasitor

Lampu flash pada kamera dan mobil

arah panahnya pada saklar. Lampu dilambangkan oleh R2. Dan R1 ­­itu resistansi intrinsik baterai dan konduktor (kabel). Jadi waktu flashnya mati (kamera tidak digunakan), maka saklar akan menempel di terminal nomor 1. Rangkaiannya bakal jadi kayak di gambar kedua (tengah). Pada keadaan ini, batere yang dilambangkan sumber tegangan vs alias voltage source akan mengisi kapasitor. Sedangkan lampu (R2) gak terhubung ke sistem. Ingat karena sumbernya listrik searah, setelah kapasitor penuh gak akan ada listrik yang mengalir di rangkaian.
Ketika kalian motret, “cekrekk!!”, saklar akan pindah dari terminal 1 ke terminal nomor 2 sesuai arah tanda panah. Rangkaian akan berubah jadi seperti gambar ketiga (kanan). Pada kondisi ini, baterai menjadi tidak tersambung ke rangkaian. Rangkaiannya jadi kapasitor dan lampu saja. Muatan negatif (elektron) yang tersimpan di salah satu kutub kapasitor akan mengalir ke kutub lainnya sampai jumlahnya sama (tegangan sama). Aliran elektron alias arus listrik ini menyalakan lampu flash (R2). Ketika tegangan sudah sama, artinya energi potensial kapasitor  0 artinya tidak ada elektron yang mengalir lagi, maka flashnya akan mati. proses berlangsung cepat. Waktu pelepasan energi (discharge) di kapasitor itu tergantung sama nilai kapasitansinya. Setelah selesai, saklar akan balik ke nomor 1 lagi, dan kapasitor akan diisi lagi oleh baterai. Begitu seterusnya.

Touchscreen 

Ada banyak metode touchscreen, salah satunya adalah capacitive touchscreen. Pada metode ini, layar monitor bertindak sebagai dielektrik. Di bawahnya ada lapisan konduktor. Karena konduktivitas jari dan udara berbeda, ketika kita menyentuh smartphone maka akan mendeteksi adanya perubahan kapasitansi di area yang kita sentuh. Informasi ini yang berikutnya akan diolah oleh prosesor.
Hal ini secara umum disebut capacitive sensing. Contoh lain adalah dengan mencelupkan dua konduktor ke dalam air, kita akan mendapatkan kapasitor dengan dielektrik berupa campuran udara dan air dengan komposisi tertentu sesuai ketinggian air. Dari sini kita dapat mengukur kedalaman/ketinggian air dengan melihat perubahan kapasitansi akibat perubahan tinggi air. Sensor ini disebut dengan water level sensor.
Misalnya kita ingin membuat pengisi air sawah otomatis. Katakanlah  suatu sawah ketinggian airnya harus 30 cm. Karena terjadi penguapan saat siang hari, ketinggian air sawah bakal berkurang. Ini akan menyebabkan perubahan nilai kapasitansi pada sensor. Kalo udah melewati batas tertentu, nanti akan ada sistem pengisi air otomatis yang akan mengisi air ke sawah dan berhenti mengisi kalo kapasitansi sensor udah sesuai dengan nilai awal saat ketinggian air sawah.

b.       Aplikasi yang menggunakan Induktor
Speaker modern yang sederhana. Seorang pembicara dengan magnet dan kumparan yang digunakan untuk menghasilkan suara.
Dalam memori komputer. Induktansi dalam elektronik modern juga digunakan dalam memori komputer. Penyimpanan magnetik menggunakan pola yang berbeda dari magnetisasi pada permukaan dilapisi magnetis untuk menyimpan informasi. Berbeda daerah magnet pada pita (atau disk) menginduksi sinyal dari mana informasi tersebut kemudian diakses.
Alat seismograf. Aplikasi lain adalah alat seismograf untuk mendeteksi dan merekam intensitas, arah dan durasi gerakan tanah. Ini berisi kumparan tetap dan magnet tergantung pada musim semi (atau sebaliknya).
Sebuah sirkuit interrupter kesalahan tanah (GFCI) memberikan keamanan tambahan (yang pemutus sirkuit tidak bisa) dengan menghentikan arus dalam korsleting sirkuit . Hal ini dilakukan dengan induktansi. Jika sakelar mendeteksi bahwa ada kebocoran saat ini, menghasilkan EMF dan arus dalam arah yang berlawanan dari arus aslinya.




Referensi




Comments