Filter Kapasitor | Rangkaian Filter C

Filter kapasitor adalah kapasitor yang menghilangkan frekuensi atau rentang frekuensi tertentu dari rangkaian.

Sinyal frekuensi yang sangat rendah biasanya difilter keluar menggunakan kapasitor. Sinyal ini bernilai frekuensi dekat dengan 0Hz. Sinyal DC adalah nama lain dari frekuensi ini.

Karena impedansi kapasitor merupakan sebuah fungsi frekuensi, perangkat ini dipasang sebagai filter elektronik analog sebagai komponen reaktif. Frekuensi kapasitor yang dapat mempengaruhi sinyal dapat bervariasi.

Sebagai hasilnya, fitur ini banyak digunakan dalam desain filter.

Filter elektronik analog LPF (Low Pass Filter) dapat dipasang untuk membawa fungsi sinyal tertentu. Fungsi utama filter ini adalah membiarkan atau melewatkan frekuensi rendah dan memblokir frekuensi tinggi.

Sebuah filter HPF (High Pass Filter), di sisi lain, membiarkan frekuensi tinggi dan memblokir frekuensi rendah. Komponen analog seperti resistor, kapasitor, transistor, op-amp, dan induktor dapat digunakan sebagai filter elektronik.

Filter kapasitor dan bagaimana cara kerjanya akan dibahas dalam artikel ini.

Pengenalan Filter Kapasitor

Karena kapasitor adalah elemen reaktif, kapasitor dapat digunakan sebagai filter elektronik. Alasan dari hal ini adalah, seperti yang dibahas dalam pembahasan impedansi dan reaktansi, impedansi kapasitor adalah sebuah fungsi frekuensi.

Hal ini berarti efek kapasitor pada sinyal bergantung pada frekuensi, yang mana adalah sifat yang berguna dalam membangun sebuah filter.

Untuk memperoleh fungsi pemrosesan sinyal yang diinginkan, filter elektronik analog dimanfaatkan.

Sebuah low pass filter (LPF) adalah contoh dari fungsi ini yang melewatkan frekuensi rendah sekaligus memblokir frekuensi tinggi.

Contoh lain adalah high pass filter (HPF), yang melewatkan frekuensi tinggi sekaligus memblokir frekuensi rendah.

Kedua filter ini adalah filter paling dasar yang dapat disatukan untuk menghasilkan filter lain yang lebih kompleks dan rumit seperti filter notch atau band pass.

Filter elektronik dapat dibuat dari berbagai macam cara. Kapasitor, induktor, resistor, transistor, dan operational amplifier semuanya adalah komponen analog yang dapat digunakan untuk membuat filter.

Mereka juga bisa diimplementasikan menggunakan teknologi digital, yang berupa rangkaian pemrosesan sinyal digital yang memuat komputer khusus atau mikrokontroler dan software aplikasi khusus.

Filter analog pasif dan aktif adalah dua jenis filter analog. Filter pasif hanya menggunakan resistor, induktor, dan kapasitor, sedangkan filter aktif menggunakan rangkaian penguat dan komponen seperti transistor dan op-amp.

Filter pasif memiliki keunggulan dalam ketidakbutuhan sumber daya selain sinyal yang diproses, tetapi filter aktif memiliki keunggulan yaitu berukuran lebih kecil dan lebih murah.

Fungsi Filter Kapasitor

Dalam rangkaian daya penyearah, filter kapasitor digunakan untuk menghilangkan komponen AC dan menghasilkan keluaran DC lebih halus. Untuk mengoperasikan efek dari filter kapasitor dalam rangkaian yang membutuhkan keakuratan, kombinasi rangkaian paralel kapasitor sering digunakan untuk hal ini.

Filter kapasitor frekuensi rendah sebagian besar digunakan untuk filter rangkaian catu daya atau sebagai filter penyearah trafo, dan frekuensi operasinya sama seperti sumber daya 50Hz.

Filter kapasitor frekuensi tinggi sebagian besar digunakan untuk filter setelah sumber catu daya switching sudah disearahkan, dan rentang frekuensi operasinya dari beberapa ribu hingga beberapa puluh ribu Hz. Dalam catu daya switching, filter kapasitor sangat penting.

Pemilihan filter kapasitor yang benar, khususnya sebagai filter kapasitor keluaran, adalah topik yang dikhawatirkan seluruh insinyur dan kelompok teknik.

Kapasitor elektrolit banyak digunakan untuk rangkaian daya frekuensi 50 Hz. Waktu untuk pengisian (charging) dan pengosongan (discharging) dalam rentang milidetik, dan frekuensi sinyal tegangan hanya 100 Hz.

Kapasitansi yang dibutuhkan untuk memperoleh koefisien riak yang lebih rendah dapat menggunakan ratusan ribu mikrofarad. Hasilnya, kapasitansi pada kapasitor elektrolit aluminium frekuensi rendah bisa bertambah.

Kapasitansi sebuah kapasitor, nilai rugi-rugi tangen, dan kebocoran arus adalah pokok bahasan untuk menentukan kelebihan dan kekurangan filter. Filter kapasitor elektrolit pada catu daya switching memiliki frekuensi tegangan gigi gergaji (sawtooth) dalam puluhan ribu hertz, atau hingga puluhan megahertz.

Kapasitansi bukanlah indikator utama untuk saat ini.

Karakteristik “impedansi-frekuensi” digunakan untuk menilai kualitas kapasitor elektrolit aluminium frekuensi tinggi. Kapasitor harus memiliki impedansi ekivalen yang telah berkurang dalam frekuensi operasi catu daya switching sekaligus memiliki pengaruh filter yang efektif pada lonjakan frekuensi tinggi yang tercipta ketika perangkat semikonduktor bekerja.

Kapasitor elektrolit frekuensi rendah yang biasa menjadi induktif sekitar 10,000 Hz, membuat mereka tidak cocok untuk catu daya switching. Ada empat terminal pada kapasitor elektrolit aluminium frekuensi tinggi untuk catu daya switching.

Elektroda positif pada kapasitor dihubungkan dari kedua ujung lapisan aluminium positif, sedangkan elektroda negatif dihubungkan dari kedua ujung lapisan aluminium negatif.

Arus masuk dari satu terminal positif pada salah satu dari empat terminal kapasitor, melewati kapasitor, dan kemudian mengalir dari terminal positif lain ke beban; arus meninggalkan beban lalu masuk dari salah satu terminal negatif kapasitor, melewati kapasitor, dan kemudian mengalir dari terminal negatif lain ke terminal negatif catu daya.

Apa itu Filter Kapasitor dan Bagaimana Cara Kerjanya?

Prinsip reaktansi kapasitansi seputar bagaimana filter kapasitor berfungsi. Reaktansi kapasitansi mendeskripsikan bagaimana impedansi kapasitor (atau resistansi) berubah ketika frekuensi sinyal yang melewatinya berubah.

Resistor adalah komponen pasif. Ini menandakan tidak peduli frekuensi sinyal, resistor akan memberikan resistansi yang sama. Ini berarti sinyal 1 Hz dan sinyal 100 KHz keduanya akan mengalir melalui sebuah resistor dengan resistansi yang sama.

Frekuensi tidaklah penting.

Sebuah kapasitor, di sisi lain, tidak bekerja seperti ini. Perangkat reaktif adalah sebuah kapasitor. Frekuensi sinyal yang melaluinya akan mengubah resistansi, atau impedansi, perangkat ini.

Sesuai rumus XC=1/2πfc, kapasitor adalah perangkat reaktif yang memberikan resistansi lebih tinggi pada sinyal frekuensi rendah dan mengurangi resistansi pada sinyal frekuensi tinggi.

Karena sinyal frekuensi berbeda memiliki nilai impedansi yang bervariasi, kapasitor dapat digunakan sebagai resistor dalam rangkaian. Kami akan menunjukkan bagaimana menggunakannya pada rangkaian asli.

Filter Kapasitor: Memblokir DC dan Melewatkan AC

Karena kapasitor memiliki resistansi sangat tinggi terhadap frekuensi rendah dan resistansi sangat rendah terhadap frekuensi tinggi, mereka bekerja sebagai high pass filter, yang mana melewatkan sinyal frekuensi tinggi sekaligus memblokir sinyal frekuensi rendah.

Pada sebagian besar kasus, baik sinyal DC dan AC keduanya harus digunakan, setidaknya di beberapa titik dalam rangkaian. Bagaimanapun, kita mungkin hanya menginginkan sinyal Ac dan membuang sinyal DC pada sisi keluaran rangkaian.

Rangkaian mikrofon adalah salah satu contoh rangkaian yang dimaksud. Untuk mikrofon dapat dinyalakan, kita membutuhkan DC sebagai input, dan kita membutuhkan AC sebagai output, yang mewakili musik atau sinyal suara, atau apapun yang ingin kita merekam dengan mikrofon.

Bagaimana kita menghilangkan sinyal DC adalah dengan menggunakan kapasitor.

Hal ini diperoleh dengan menghubungkan kapasitor dalam hubung seri. Ini adalah filter high pass kapasitif seperti yang dapat dilihat dalam rangkaian di bawah. Sinyal frekuensi rendah atau DC, akan diblokir.

Setelah sinyal yang memuat baik sinyal DC dan AC, kapasitor keramik 0.1 µF, atau nilai berapapun, biasanya digunakan. Kapasitor ini menghilangkan komponen DC dan hanya membiarkan AC untuk lewat.

Filter Kapasitor: Menghilangkan Sinyal AC

Kapasitor dapat bekerja sebagai low pass filter, melewatkan sinyal DC sekaligus memblokir AC, dengan cara yang sama dengan high pass filter, melewatkan frekuensi tinggi dan memblokir DC.

Tetapi bukan menghubungkan komponen dalam seri, kapasitor akan dihubungkan dalam paralel.

Ini adalah filter frekuensi tinggi kapasitif. Hal yang penting diingat bahwa arus mengikuti jalur dengan resistansi paling rendah. Sinyal frekuensi tinggi akan melewati kapasitor karena memiliki resistansi rendah untuk impuls frekuensi tinggi.

Hasilnya, rangkaian bekerja sebagai filter frekuensi tinggi dengan pengaturan seperti ini. Karena kapasitor memiliki resistansi yang terlalu besar untuk sinyal frekuensi rendah, sinyal arus frekuensi rendah tidak akan melewatinya. Hanya sinyal frekuensi tinggi yang dapat lewat.

Karakteristik Filter Kapasitor

Peningkatan suhu yang rendah

Loop filter harmonik dibuat dari reaktor kapasitor seri yang menghasilkan impedansi paling rendah pada orde harmonik tertentu, membuat arus harmonik dapat diserap dalam jumlah yang signifikan.

Efek penyerapan filter harmonik dipengaruhi oleh kualitas kapasitor. Suhu memiliki pengaruh yang kuat pada masa hidup filter. Semakin rendah masa hidup filter, semakin tinggi suhunya.

Kapasitor filter film memberikan karakteristik peningkatan suhu yang rendah, membuat lebih awet.

Rugi-rugi rendah

Nilai tangent rugi dielektrik (tg): 0.0003.

Keamanan

Kapasitor memiliki mekanisme keamanan sesuai dengan syarat GB dan IEC. perangkat keamanan akan bekerja secara instan dan otomatis memutus catu daya untuk menghindari kerusakan lanjutan jika rangkaian atau kapasitor berperilaku aneh.

Kapasitor juga memiliki resistor discharge untuk perawatan dan keamanan kelistrikan. Pelindung luarnya dibuat dari stempel baja, dan di bagian dalam dan luar dilapisi dengan tinta tahan cuaca dan suhu tinggi, sehingga sangat aman.

Kepraktisan

Karena ringan dan berukuran kecil, sangat mudah dibawa dan dipasang.

Filter Kapasitor X

Sebuah jalur input memiliki kapasitor X yang terpasang. Topologi ini dapat dilihat pada rangkaian di bawah:

Tugas kapasitor X adalah mengurangi noise listrik yang dihasilkan jalur catu daya. Kapasitor menghilangkan frekuensi tinggi dan membiarkan frekuensi rendah untuk lewat.

Karena kapasitor polyester dapat memiliki panas berlebih, kapasitor X biasanya memiliki kapasitansi 1 F hingga 10 F dan dibuat dari polypropylene untuk aplikasi frekuensi tinggi. Kapasitor polar, seperti kapasitor elektrolit, dapat dimanfaatkan jika tegangan line adalah DC.

Jika kapasitor X gagal, mereka dapat menyebabkan masalah keamanan. Kapasitor dapat gagal jika: kegagalan open circuit atau short circuit.

Ada resiko kebakaran jika kapasitor X gagal karena short circuit kecuali jika rangkaian memiliki circuit breaker yang bereaksi dengan memutus fuse yang terpasang.

Rangkaian bekerja seolah-olah tidak ada kapasitor disana jika kegagalannya adalah open circuit, tidak dapat menghilangkan noise. Pada banyak kasus, tidak ada kerusakan yang terjadi, tetapi karena filter tidak aktif, rugi-rugi dapat muncul.

Filter Kapasitor Y

Kapasitor Y terhubung di antara line dan chassis (ground) untuk aplikasinya. Topologi ini dapat dilihat di bawah:

Kapasitor Y bekerja sama seperti kapasitor X. Ketika penggunaannya melibatkan ground chassis, topologi ini digunakan. Chassis dapat bekerja sebagai pelindung elektromagnetik (sangkar Faraday) untuk melindungi rangkaian dari radiasi RF dari luar.

Topologi ini lebih berbahaya ke pengguna jika terdapat kegagalan kapasitor.

Tidak ada yang terjadi jika salah satu atau kedua kapasitor Y gagal karena open circuit selain rugi-rugi efisiensi filter. Hal ini dapat mengurangi performa, khususnya pada perangkat yang sensitif, tetapi tidak akan menyebabkan resiko keamanan.

Tapi jika salah satu kapasitor Y gagal karena short circuit, chassis menjadi terhubung ke tegangan line secara langsung. Ada resiko serangan listrik jika pengguna kontak dengan chassis.

Jika kedua kapasitor Y gagal bersamaan, ada resiko kebakaran karena sumber line tegangan akan short circuit. Chassis harus dihubungkan ke ground dengan aman dengan konektor daya three-prong untuk menghindari bahaya seperti ini.

Kabel ground pada instalasi rumah terhubung ke lubang ketiga pada kabel power cord. Untuk menghindari kebakaran, fuse yang bagus juga harus dipasang.

Antara 0.001 µF dan 1 µF, kapasitor Y dapat memiliki variasi nilai kapasitansi yang luas. Untuk aplikasi kapasitor Y, kertas logam dan kapasitor film lebih disarankan daripada kapasitor keramik karena kestabilannya, nilai kapasitansi lebih tinggi, dan sifat recovery sendiri, dan juga fakta bahwa kegagalan kapasitor logam adalah open circuit, dimana kegagalan kapasitor keramik adalah short circuit, yang mana berbahaya untuk pengguna.

Rumus Filter Kapasitor

Seperti yang telah kita lihat, reaktansi kapasitif (Xc) pada sebuah kapasitor berhubungan dengan frekuensi dan kapasitansi pada sinyal masukan kapasitor.

Sebagai hasilnya, reaktansi kapasitif filter kapasitor (Xc) berbanding terbalik dengan frekuensi sinyal (f).

Pengujian Filter Kapasitor

Filter kapasitor dapat dicek dengan dua cara:

Memastikan kapasitor benar-benar kosong sebelum diamati.

Jika kapasitor tidak dikosongi sempurna, cukup hubungkan ke beban untuk mengosongkannya. Gunakan multimeter dengan pembacaan ohm yang tinggi jika menggunakan ini. Hubungkan multimeter ke ujung positif dan negatif kapasitor dengan benar.

Jika meter mulai dari nilai 0 dan berubah ke nilai tak terbatas, kapasitor sudah bekerja dengan baik; jika meter tetap pada nilai 0, kapasitor tidak terisi lewat meter, menandakan tidak bekerja dengan baik.

Isi dengan catu daya DC

Lalu hitung tegangan pada kapasitor bagian anoda dan katoda. Sebelum memberikan tegangan, polaritas kapasitor penting untuk diamati. Setelah mengisi kapasitor, putuskan sumber tegangan dari kapasitor dan hitung tegangan kapasitor dengan multimeter.

Ketika dicek, kapasitor yang terisi harus mempertahankan tegangan yang diberikan. Ketika multimeter terhubung, tegangan akan berkurang dengan cepat ke nol karena kapasitor akan kosong ketika dihubungkan ke multimeter.

Jika kapasitor tidak menyimpan tegangan mendekati nilai tegangan yang diberikan, kapasitor tidak berfungsi dengan baik.

Aplikasi Filter Kapasitor

Di bawah adalah contoh kegunaan filter kapasitor.

• Filter line kapasitor digunakan pada beban dan aplikasi industri yang bervariasi untuk melindungi perangkat dari noise tegangan line juga untuk perangkat di line yang sama dari noise yang dihasilkan dalam rangkaian.
• Kapasitor ini cocok untuk penggunaan segala macam filter pemrosesan sinyal. Penyeimbang suara adalah contoh terbaik untuk aplikasi ini. Hal ini berguna untuk penguatan nada frekuensi rendah, tinggi, dan menengah menggunakan pita frekuensi.
• Digunakan untuk menghilangkan gangguan pada rel daya DC.
• Digunakan untuk menghilangkan gangguan interferensi radio dari jalur daya dan sinyal yang masuk dan keluar perangkat.
• Untuk menghasilkan catu daya DC yang halus, memasang kapasitor ini setelah regulator tegangan.
• Kapasitor ini digunakan sebagai filter pada audio, IF, dan RF.

Frequently Asked Questions