Jenis Kapasitor – Fungsi dan Simbol

Jenis kapasitor dibagi berdasarkan:

• Panjang,
• Bentuk,
• Desain,
• Material,
• Aplikasi atau fungsi.

Kapasitor memiliki sejarah yang panjang dalam rangkaian listrik dan elektronik. Mereka sudah ditemukan dan digunakan lebih dari 250 tahun yang lalu. Kapasitor dapat dianggap sebagai komponen elektronik tertua yang kita gunakan, pelajari, dan desain hingga saat ini. Seiring berjalannya waktu, kapasitor memiliki banyak jenis untuk berbagai aplikasi dan fungsi yang berbeda.

Dalam postingan ini kita akan belajar semua tentang kapasitor, khususnya kenis, fungsi, dan simbol yang mungkin akan kita gunakan di masa depan. Jenis kapasitor yang kami tuliskan di bawah adalah yang paling umum digunakan pada banyak aplikasi.

Perlu diingat bahwa kapasitor adalah komponen elektronik yang mampu menyimpan energi dalam bentuk muatan listrik. Dapat kalian bahwa kapasitor cukup mirip dengan baterai sampai batas tertentu.

Apa itu Kapasitor?

Bersama dengan resistor dan induktor, sebuah kapasitor adalah elemen listrik pasif dan dalam sementara waktu mampu menyimpan energi dalam bentuk muatan listrik.

Lihat pada simbol umum sebuah kapasitor di bawah:

Kita masih tidak tahu jenis apa kapasitor di atas, tetapi tetap mewakili struktur sebuah kapasitor.

Sebuah kapasitor dibuat dari sepasang konduktor, terpisah satu sama lain oleh material dielektrik. Ketika kapasitor terhubung dengan sumber daya, satu pelat akan mulai menyimpan muatan positif sedangkan pelat lainnya akan menyimpan muatan negatif.

Singkatnya,

Kapasitor dibuat dari sepasang pelat konduktor listrik, terpisah oleh lapisan isolator (dielektrik).

Kapasitor utamanya digunakan untuk memberikan nilai kapasitansi dalam rangkaian. Kita akan berdiskusi “apa itu kapasitansi” segera di bawah.

Fungsi utama kapasitor berukuran kecil adalah:

• Kopling sinyal (dalam amplifier),
• Filter elektrik,
• Rangkaian tuning, dan
• Meningkatkan performa pada sistem catu daya (tegangan atau arus penyearah).

Fungsi utama kapasitor berukuran besar adalah:

• Koreksi faktor daya (power factor correction) pada sistem distribusi dan transmisi daya AC,
• Lampu sorot pada motor listrik.

Baca juga: Saklar Sentrifugal

Apa itu Kapasitansi

Kapasitansi adalah kemampuan kapasitor untuk menyimpan energi dalam bentuk muatan listrik. Menggunakan persamaan matematik:

Dimana:

C = kapasitansi, diukur dalam Farad (F)

q = muatan listrik, diukur dalam Coulomb (C)

V = tegangan, diukur dalam tegangan (V)

Dari persamaan di atas dapat kita simpulkan bahwa:

Kapasitansi adalah rasio antara muatan listrik (q) dan tegangan (V).

Jenis Kapasitor dan Simbol

Ada cukup banyak jenis kapasitor yang dapat kita gunakan dalam desain rangkaian kita. Mereka bisa saja sangat populer hingga sangat jarang untuk digunakan. Bagaimanapun, amati jenis kapasitor beserta simbolnya pada daftar di bawah lengkap dengan penjelasannya.

• Kapasitor keramik,
• Kapasitor mika,
• Kapasitor nonpolar,
• Kapasitor elektrolit,
• Kapasitor kertas,
• Kapasitor film,
• Kapasitor daya film
• Super kapasitor, dan
• Kapasitor variabel.

Kapasitor Keramik

Kapasitor keramik tidak memiliki polaritas dan dibuat dari dua atau lebih lapisan keramik sebagai dielektrik dan logam sebagai elektroda.

Dari namanya, kapasitor keramik dibuat dari bahan keramik sebagai lapisan dielektrik. Keramik ini bekerja sebagai isolator untuk mengisolasi sepasang konduktor elektrik.

Kapasitor keramik disusun dari:

• Bungkus proteksi (protective coating),
• Keping dielektrik (ceramic disc),
• Elektroda, dan
• Terminal penghubung kabel (connecting wire)

Material keramik dapat dibagi lebih lanjut berdasarkan stabilitasnya:

1. Kelas 1: memiliki stabilitas tinggi dan rugi-rugi yang rendah. Kelas ini mampu mengkompensasi efek temperatur pada aplikasi rangkaian resonansi. Memiliki kode IEC C0G/NP0, P2G/N150, R2G/N220, U2J/N750, dan lain-lain.
2. Kelas 2: memiliki efisiensi volumetrik yang tinggi. Umum digunakan sebagai buffer, kopling, dan bypass. Memiliki kode IEC X7R/2XI, Z5U/E26, Y5V/2F4, X7S/2C1, dan lain-lain.

Setelah membaca penjelasan di atas akan kita simpulkan dengan keplastisan pada material keramik, kita dapat membaginya berdasarkan desain:

• Multi-Layer Ceramic Capacitor (MLCC) untuk SMD mounting,
• Keramik X2Y sebagai kapasitor dekopling,
• Keramik EMI sebagai kapasitor tahanan untuk koneksi keamanan catu daya, dan
• Kapasitor daya bertegangan tinggi.

Sebuah MLCC dibuat dengan teknologi pemasangan permukaan (surface mounted technology) dan memiliki ukuran yang lebih kecil, jadi banyak digunakan untuk berbagai aplikasi. Kapasitor ini memiliki nilai kapasitansi bervariasi dari 1nF hingga 1uF. Kapasitor ini bahkan ada yang bernilai 100uF tetapi tidak umum digunakan.

Kapasitor multilayer memiliki lapisan terbanyak dan menghasilkan satu kapasitor dengan karakteristik:

• Kapasitansi meningkat,
• Rugi-rugi berkurang, dan
• Induktansi parasitik berkurang.

Keramik kapasitor menggunakan terminal perak yang kedua sisi dibuat dari banyak lapisan. Konstruksi ini dapat menghasilkan kapasitansi lebih besar dan memiliki respon frekuensi tinggi.

Secara keseluruhan, kapasitor keramik baik digunakan dengan arus tinggi dan beban sinyal frekuensi tinggi.

Kapasitor Mika

Kapasitor mika juga dikategorikan sebagai logam alami dan tidak memiliki polaritas. Kita dapat menemukan beberapa jenis dari kapasitor mika:

• Kapasitor mika perak
• Kapasitor clamp

Kapasitor mika perak menggunakan dielektrik. Kapasitor ini dibuat dari tumpukan lembaran mika, dibungkus oleh logam pada kedua sisi dan terbungkus dalam epoxy untuk menjaga lingkungannya. Kapasitor ini stabil dan dapat diandalkan meskipun ukurannya yang kecil.

Pada sisi lain, kapasitor clamp sudah tidak digunakan karena mereka memiliki karakteristik lebih buruk dari kapasitor mika perak.

Kapasitor ini memiliki karakteristik:

• Stabil dalam kimia
• Stabil dalam kelistrikan
• Stabil dalam mekanikal
• Rugi daya rendah

Ini menggunakan struktur yang mengikat untuk struktur berlapis, Muscovite, dan mika phlogopite yang paling umum.

Mika muscovite memiliki karakteristik listrik yang lebih baik tetapi mika lain memiliki resistansi temperatur lebih tinggi.

Kapasitor Non-Polar

Seperti namanya, resistor ini tidak memiliki polaritas. Kapasitor dapat dibagi lebih jauh menjadi kertas timah plastik (plastic foil) dan elektrolit.

Kertas timah plastik memiliki karakteristik non-polar diciptakan oleh alam.

Pada sisi lain, kapasitor elektrolit dibuat oleh manusia. Kapasitor ini dibuat dari dua kapasitor terhubung seri bolak-balik. Ini menghasilkan kapasitor non-polar dengan kapasitansi setengah.

Jenis kapasitor ini umum ditemukan pada rangkaian filter dan power factor correction.

Kapasitor Elektrolit

Kapasitor ini berbeda dari yang lain, karena kita perlu memperhatikan polaritasnya. Kapasitor ini dibuat dari:

• Elektroda pertama dibuat dari lapisan film logam tipis
• Elektroda kedua dibuat dari lapisan tipis oksida, disusun dari proses elektrokimia dengan ketebalan kurang dari sepuluh mikro.

Ini adalah jenis kapasitor yang banyak diproduksi dengan polaritas.

Lapisan isolator ini sangat tipis jadi dapat dibuat dengan kapasitansi tinggi dengan ukuran kecil dan jarak antara dua pelat sangat kecil/

Karena adanya polaritas, kapasitor ini perlu dihubungkan ke rangkaian DC dan tentunya harus dihubungkan dengan benar.

Menghubungkan elektroda positif ke terminal negatif atau menghubungkan elektroda negatif ke terminal positif akan merusak kapasitor. Hal ini merusak kapasitor karena lapisan oksida isolator rusak dan kerusakan bersifat permanen.

Jika kalian berusaha menebak yang mana elektroda negatif, garis yang melengkung menandakan elektroda negatif dan satunya adalah positif.

Kapasitor elektrolit utamanya digunakan untuk rangkaian catu daya karena kapasitansinya yang besar dan mampu mengeliminasi riak tegangan kecil. Aplikasi ini umumnya digunakan untuk kopling dan dekopling.

Kita dapat mengelompokkan kapasitor elektrolit lebih jauh berdasarkan materialnya:

• Kapasitor elektrolit niobium dengan niobium pentoxide sebagai dielektrik,
• Kapasitor elektrolit aluminium dengan aluminium oxide sebagai dielektrik, dan
• Kapasitor elektrolit tantalum dengan tantalum pentoxide sebagai dielektrik.

Material elektrolit dan komposisinya mempengaruhi konduktivitas pada anode:

• Non-solid (cair, basah): memiliki biaya terendah dengan konduktivitas sekitar 100 mS/cm.
• Oxide manganese padat: memiliki stabilitas dan kualitas tinggi, konduktivitas sekitar 100 mS/cm, dan
• Polimer konduktif padat (Polypyrrole): nilai ESR lebih kecil dari 10 mΩ, konduktivitas sekitar 100-500 S/cm.

Kerugian menggunakan kapasitor elektrolit adalah rating tegangannya yang rendah.

Kapasitor Kertas

Kapasitor kertas termasuk dalam kelompok kapasitor non-polar.

Seperti yang kalian bayangkan, kapasitor ini menggunakan “kertas” di dalamnya. Lebih tepatnya, kapasitor ini dibuat dari kertas (atau kertas berminyak) dan lilin tipis yang memisahkan dua kertas timah.

Timah dan kertas ini digulung bersama membentuk sebuah bentuk silinder dan dilapisi oleh kapsul plastik. Timah ini terhubung dengan beban eksternal atau rangkaian.

Kapasitor kertas memiliki kapasitansi yang bervariasi dari 0.001 sampai 2 uF dan rating tegangan cukup tinggi hingga 2000V.

Kapasitor Film

Kapasitor film adalah kapasitor non-polar, menggunakan film plastik isolator sebagai lapisan dielektrik.

Kapasitor film memanfaatkan plastik tipis sebagai zona dielektriknya. Ini dibuat dengan lapisan yang sangat tipis dengan prosedur pembuatan film yang rumit. Dianggap rumit karena lingkungan dapat mempengaruhi film ketika dibuat. Elektroda ditambahkan untuk melindungi efek lingkungan.

Elektroda dapat dibuat dari aluminium metalisasi atau zinc dan ditambahkan ke kedua sisi film plastik.

Material film dapat dibagi lebih jauh menjadi:

• Polylester
• Metalisasi
• Polypropylene
• PTE
• Polystyrene

Untuk intinya perlu dipilih secara benar melihat dari karakteristik dan sifatnya.

Kapasitor film memiliki kelebihan pada:

• Stabilitas
• Mengurangi Equivalent Series Inductance (ESL), rugi-rugi ohm rendah
• Mengurangi Equivalent Series Resistance (ESR), induktansi parasit rendah
• Biaya rendah

Menggunakan film PTE akan meningkatkan resistansi panasnya dan umum digunakan untuk teknologi militer. Menggunakan film polyester akan meningkatkan stabilitasnya.

Kapasitor film baik digunakan untuk rangkaian snubber (arus lonjakan tinggi), rangkaian daya AC, dan aplikasi frekuensi tinggi.

Kapasitor Film Daya

Kapasitor film daya mirip dengan kapasitor film yang kita baca sebelumnya, tetapi lebih cocok untuk aplikasi daya tinggi dimana kapasitor film tidak cocok.

Ketika kapasitor film umum digunakan untuk tujuan listrik, elektronik, dan mekanikal, kapasitor film daya fokus untuk perlengkapan keamanan dan personel.

Pada literatur modern, listrik dan elektronik sering dianggap satu hal, hal ini tidak sepenuhnya benar. Perlu diperhatikan bahwa batas antara listrik dan elektronik adalah rating daya. Kapasitor film daya cocok untuk aplikasi listrik dengan daya reaktif 200 VA dimana kapasitor film jauh lebih rendah.

Kapasitor film daya umumnya menggunakan film polypropylene sebagai lapisan dielektrik. Selain ini, kita akan menemukan kapasitor kertas metalisasi (kapasitor MP) dan kapasitor film dielektrik campuran dengan dielektrik polypropylene.

Kapasitor film daya efisien untuk konverter (tegangan, arus, atau frekuensi), menyimpan dan memberikan energi listrik untuk meningkatkan faktor daya.

Kapasitor film daya memiliki rating tegangan sekitar 120 V AC hingga 100 kV AC.

Ada beberapa aplikasi untuk kapasitor film daya:

• Koreksi faktor daya AC,
• Instalasi listrik dan pembangkit,
• Bank kapasitor film penyimpanan energi, dan
• Bank kapasitor gardu.

Superkapasitor

Superkapasitor tetap termasuk dalam keluarga kapasitor elektrokimia. Mereka juga dikenal dengan ultrakapasitor sesekali.

Superkapasitor ini adalah kapasitor dua lapis elektrik atau Electric Double Layer Capacitor (ELDC), pseudocapacitor, atau kapasitor hybrid.

Nilai kapasitansinya ditentukan oleh prinsip penyimpanannya:

1. ELDC : penyimpanannya datang dari proses pemisahan muatan dalam dua lapisan Helmholtz pada permukaan di antara permukaan solusi konduktor dan elektrolit.
2. Pseudocapacitor: penyimpanannya datang dari reaksi redoks, elektrosorpsi, atau interkalasi pada permukaan elektroda.

Superkapasitor dibagi lebih jauh berdasarkan desain elektrodanya:

1. Dua lapis kapasitor: elektroda karbon.
2. Pseudocapacitor: elektroda dari oksida logam atau polymer konduktif.
3. Kapasitor hybrid: elektroda khusus dan asimetrik yang menunjukkan karakteristik kapasitansi dua lapis dan pseudocapacitance.

Superkapasitor tidak umum digunakan untuk tujuan biasa sehingga kalian dapat meninggalkan penjelasan kapasitor ini. Jika kalian tertarik mempelajari jenis kapasitor ini, kalian dapat menemukan banyak jurnal soal ini.

Kapasitor Variabel

Sama seperti kapasitor dan induktor, kita juga memiliki kapasitor variabel yang mana memenuhi keperluan kita untuk beberapa tujuan khusus. Kapasitor variabel dapat diatur dengan gerakan mekanik.

Terdapat dua jenis kapasitor variabel:

1. Kapasitor tuning: kapasitor variabel ini digunakan untuk tuning rangkaian osilator pada radio dan perangkat yang mirip.
2. Kapasitor trimmer: yang satu ini mirip dengan potensiometer, digunakan sebagai rangkaian osilator pengaturan internal satu kali.

Bagaimana kapasitor variabel bekerja?

Kita dapat mengatur jarak antara plat secara mekanik atau mengatur jumlah area permukaan plat yang tumpang tindih. Kebanyakan menggunakan udara sebagai lapisan dielektrik.

Penutup

Inilah akhir dari penjelasan tentang jenis kapasitor. Kalian dapat menemukan jumlah lain dari penjelasan ini, tetapi apa yang kita baca disini memiliki fungsi elektrikal yang paling umum.

Kami berharap penjelasan disini dapat membantu kalian mempelajari jenis kapasitor dan menentukan yang mana yang akan dipakai.