Pada peluang kali ini1 saya akan mencoba membicarakan mengenai cara kerja dari kapasitor. Kebanyakan orang acap kali masih gundah mengenai cara kerja dari kapasitor. Saya sendiri pada ketika kuliah juga berulang kali berubah pemahaman tentang bagaimana bantu-membantu kapasitor itu bekerja. Seingat saya dulu pernah salah satu dosen bidang elektronik menyampaikan bahwa kapasitor itu tidak mampu dilewati oleh arus searah dan oleh arus bolak-balik dianggap bagaikan seutas kawat. Sehingga pada waktu itu saya dan sahabat-sahabat utamanya salah satu sohib saya yang senang mengevaluasi rangkaian elektro mempunyai pandangan mirip yang dibilang oleh dosen tersebut. Sampai ketika ini juga saya masih sering menjumpai beberapa orang yang menyimpulkan bahwa cara kerja kapasitor itu yaitu seperti pendapat di atas. Sebenarnya saya tidak menyalahkan sepenuhnya pemahaman di atas, cuma saja sesudah berulang kali saya melaksanakan evaluasi terhadap kerja kapasitor sesungguhnya tidak mampu kita simpulkan secara pasti seperti pendapat di atas. Kapasitor itu melakukan pekerjaan sesuai dengan sifat atau karakteristik asli dari kapasitor itu sendiri. Tidak membedakan apakah arus searah atau arus bolak balik, yang pasti kapasitor cuma melakukan pekerjaan sesuai dengan karakterisitik yang bahwasanya.
Kapasitor didapatkan oleh Michael Faraday (1791-1867) dan dengan satuan farad. Komponen penyusun kapasitor itu bekerjsama yakni dua buah plat sejajar yang dipisahkan oleh materi dielektrik (pola : 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 sarat . Kemudian kapasitor akan melakukan pelepasan muatan apabila polaritas tegangan dari terminal yang dihubungkan padanya lebih rendah. Pelepasan muatan ini bisa saja terjadi meskipun kapasitor belum terisi penuh selama adanya perbedaan polaritas. Sesuai dengan hukum 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 mampu memahami secara meyakinkan mengenai cara kerja kapasitor, mari kita pelajari beberapa variasi dari rangkaian kapasitor di bawah ini.
I. Cara Kerja Kapasitor Pada Pengujian I
Gambar sinyal saat pelepasan muatan lebih lama
Mari kita amati gambar di atas, pada saat saklar SW1 kita hubungkan dengan + supply 9V, maka kapasitor akan melaksanakan proses pengisian. Karena tidak ada tahanan kapasitor C1 bisa terisi pribadi dengan segera. Kemudian saat kita ubah posisi SW1 ke ujung R1 47K maka, kapasitor C1 akan melaksanakan pelepasan muatan. Hal ini terjadi karena polaritas pada ujung R1 lebih kecil dibanding dengan polaritas pada ujung terminal C1. Polaritas tegangan pada C1 yaitu sesuai dengan supply pada waktu pengisian sedangkan pada R1 yaitu 0 volt. Proses pelepasan muatan C1 mampu anda lihat pada gambar grafik di atas, dimana pelepasan kapasitor berlangsung sedikit lama dikarenakan ditahan oleh R1. R1 membuat arus yang mengalir pada dikala pelepasan muatan menjadi kecil sehingga proses pelepasan menjadi lebih lama.
II. Cara Kerja Kapasitor Pada Pengujian II
Gambar sinyal ketika pengisian muatan lebih lama
Coba amati gambar di atas, sengaja saya rancang berkebalikan dengan rangkaian kapasitor yang pertama semoga anda mampu dengan gampang mengerti. Jika pada rangkaian pertama proses pengisian berlangsung sangat cepat dan proses pelepasan terjadi lebih lama, namun pada rangkaian yang kedua ini proses pengisian yang menjadi lebih usang, sedangkan proses pelepasan terjadi sangat cepat sekali. Mengapa demikian alasannya adalah kian besar tahanan yang dipasang seri dengan kapasitor baik itu pada rangkaian pengisian atau pelepasan maka arus yang mengalir dari kapasitor akan kian kecil sehingga muatan listrik yang ada pada kapasitor akan lebih usang habisnya. Sedangkan jika tidak ada tahanan yang dipasang seri terhadap kapasitor maka arus akan mengalir lebih besar dan kapasitor akan terisi penuh dengan lebih singkat. Kejadian di atas bisa anda analogikan mirip suatu 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 mempesona bagi saya sejak dahulu kebanyakan orang berpendapat bahwa arus bolak balik bisa melewati kapasitor mirip 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 yakni tegangan yang diukur pada kapasitor 1 µF (rangkaian II). Jika kita cermati maka sesungguhnya pada rangkaian I, kapasitor 100 µF berkerja hampir seperti suatu 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 melakukan pekerjaan mirip kawat yang terbuka, ini mampu kita lihat dari tegangan yang ada pada kapasitor tersebut. Tegangan yang berwarna biru pada grafik di atas memperlihatkan tegangan yang ada pada kapasitor 1 µF, dimana tegangan tersebut nyaris sama dengan tegangan puncak dari tegangan supply. Cara kerja kapasitor pada rangkaian II bagaikan saklar yang terbuka dan tahanan yang begitu besar menciptakan tegangan sebagian besar jatuh padanya.
Analisa dari kedua rangkaian dengan tegangan AC di atas yakni :
- Pada rangkaian I, nilai kapasitor lebih besar akan membuat proses pengisian menjadi lambat sehingga kapasitor gres terisi sedikit, supply tegangan sudah berbalik ke siklus sebaliknya.
- Pada rangkaian II, nilai kapasitor yang lebih kecil akan membuat proses pengisan menjadi lebih cepat, sehingga kapasitor telah terisi sarat sebelum siklus selanjutnya dan pada keadaan kapasitor yang sarat arus tidak akan bisa melewati kapasitor dikarenakan adanya keseimbangan. Kaprikornus dengan begitu tegangan antara kapasitor akan sama dengan tegangan supply (seharunya tegangan kapasitor mendelkati 0 V jikalau berpedoman pada pendapat kebanyakan orang selama ini, kenyataannya malah berkebalikan.
- Pada rangkaian I dan II tidak mempunyai 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 berpotensi pada ketika pengisian.
IV. Cara Kerja Kapasitor Pada Pengujian IV
Gambar perbandingan sinyal kapasitor dengan tahanan yang dipasang seri
Yang terakhir ialah rangkaian yang saya yakin akan membuat anda paham dengan cara kerja kapasitor. Coba pehatikan, jumlah tegangan pada R5 dan C5 ialah 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 yaitu, arus listrik mengalir lewat kapasitor kemudian berlanjut pada resistor. Selama kapasitor belum terisi sarat maka arus listrik akan tetap mengalir pada rangkaian tersebut, arus listrik yang mengalir akan makin 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 variasi rangkaian pengujian kapasitor di atas, maka kesimpulannya adalah :
- Kapasitor bisa dilewati oleh arus searah maupun arus bolak-balik. Hanya saja pada rangkaian arus searah, arus hanya akan mengalir pada ketika proses pengisian kapasitor dan kapasitor belum terisi sarat .
- Kapasitor tetap tidak mampu dilewati oleh arus bolak balik manakala nilai dari kapasitor tersebut terlalu kecil ketimbang tegangan supply yang diberikan kepada kapasitor serta frekuennsi tegangan supply tersebut. Hal ini dikarenakan kapasitor sudah terisi sarat jauh sebelum siklus sinyal berikutnya.
- Selama pengisian kapasitor, arus yang mengalir pada rangkaian akan kian kecil sampai meraih 0 ampere pada saat kapasitor sarat .
- Proses pelepasan terjadi apabila kedua kaki kapasitor mendapatkan memiliki peluang listrik yang terbalik dari pada ketika pengisian. Atau dengan kata lain adanya perbedaan memiliki potensi antara kapasitor dengan rangkaian yang terhubung padanya.
Tugas anda :
Cobalah membuat rangkaian pewaktu cuma dengan memakai masing-masing 1 buah kapasitor, resistor dan led ?