Top Banner

of 20

Kapasitor Dan Induktor

Jul 08, 2015

Download

Documents

Nerdi Nababan
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript

Kapasitor dan Induktor Kapasitor adalah komponen elektris umumnya yang secara fisis terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan bahan isolator atau dielektrikum. Kapasitansi dari sebuah kapasitor didefinisikan sebagai :

Keterangan : Q adalah sebuah muatan pada salah satu konduktor V adalah beda potensial V kedua konduktor. Pada dasarnya sebuah kapasitor terdiri dari dua konduktor yang disekat oleh sebuah nonkonduktor. Kedua konduktor disebut elektroda dan nonkonduktor disebut dielektrikum.Gambar animasi anim016

Kapasitansi adalah ukuran kemampuan kapasitor menyimpan energi dalam medan listrik. Kapasitansi dinyatakan dalam farad . 1 farad adalah kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan listrik 1 coulomb apabila diberi tegangan 1 volt. Dalam pemakaian praktis, satuan Farad terlalu besar sehingga biasanya digunakan satuan yang lebih kecil seperti : 1 mikrofarad (F) = 10-6 farad 1 nanofarad ( nF) = 10-9 farad 1 pikofarad (pF) = 10-12 farad Sifat Kapasitor Kapasitor meneruskan tegangan bolak-balik tetapi tidak meneruskan tegangan rata-rata . Sifat Kapasitor antara lain dapat: 1. menyimpan muatan listrik 2. menahan arus searah 3. melewatkan arus bolak-balik 4. variabel untuk memilih panjang gelombang yang dikehendaki pesawat radio 5. menghindarkan terjadinya loncatan listrik pada rangkaian yang berisi kumparan apabila arus diputarkan. 6. menyimpan muatan listrik ukuran kecil Fungsi Kapasitor 1. Penyimpan muatan listrik 2. Penghubung ( coupling ) 3. Filter frekuensi tertentu 4. Penyimpang arus ( by Pass ) 5. Penerus arus AC 6. Filter ( penyaring )

Macam-Macam Kapasitor Jenis Kapasitor Berdasarkan Polaritasnya Kapasitor Nonpolaritas Kapasitor ini tidak mempunyai kaki positif dan negatif sehingga cara pemasangan pada rangkaian elektronika boleh bolak-balik. Yang termasuk kapasitor ini adalah kapasitor mika, kapasitor keramik,kapasitor kertas, dan kapasitor milar.

Kapasitor Polaritas Kapasitor ini mempunyai kaki positif dan negatif, sehingga cara pemasangan pada rangkaian elektronika tidak boleh terbalik.

Variabel Condensator ( Varco ) Kondensator ini dapat diatur dengan cara memutar rotor (as) yang ada pada badan komponen.

Kondensator Trimer Kondensator ini dapat diatur dengan cara memutar rotor (as) yang ada pada badan komponen, tetapi harus mengunakan obeng.

Kapasitor Berdasarkan Bahan Penyekat Konduktor ( Dielektrikum ) Kapasitor Keramik

Kapasitor Tantalum

Kapasitor Inti udara

Kapasiitor Elektrolit

Kapasitor Kertas

Kapasitor Mika / Milar

Kapasitor Polyester

Tipe Kapasitor berdasarkan Dielektrikum 1. Variabel Condensator ( varco ) Kondensator ini dipakai untuk tuning atau mencari gelombang radio. Jenis ini mempunyai udara sebagai dielektrikum.Kapasitor variabel mempunyai pelat-pelat yang stasioner (stator) dan pelat-pelat yang digerakkan (rotor ), biasanya terbuat dari alumunium. Dengan memutar tombol, luas plat yang berhadapan dapat diatur sehingga kapasitas kapasitor dapat diubah-obah. Dengan mengubah kapasitor frekuensi dapat distel. 2. Kapasitor Keramik Kapasitor ini menpunyai dielektrikum keramik. Kapasitor ini mempunyai oksida logam dan dielektrikumnya terdiri atas campuran titanium-oksida dan oksida lain. Kekuatan dielektrikumnya tinggi dan mempunyai kapasitas besar sekali dalam ukuran kecil. 3. Kapasitor Kertas Kapasitor ini mempunyai dielektrikum kertas dengan lapisan kertas setebal 0,05-0,02 mm antara dua lembar kertas alumunium.Kertasnya diresapi dengan minyak mineral untuk memperbesar kapasitas dan kekuatan dielektrikumnya. 4. Kapasitor Mika Kapasitor ini mempunyai elektroida logam dan lapisan dielektrikum dari polysteryne mylar dan teflon setebal 0,0064 mm. Digunakan untuk koreksi faktor daya. Seperti uji visi nuklir 5. Electrolit Condensator( Elco ) Kapasitor ini mempunyai dielektrik oksida alumunium dan sebuah elektrolit sebagai elektroda negatif. Elektroda postif terbuat dari logam seperti alumunium dan tantalum tetapi sebuah elektroda negatif terbuat dari elektrolit. Tebal lapisan oksidanya adalah 0,0001. Dalam rangkaian elektronika sebagai perata denyut arus listrik.

Tabel Nilai Dielektrikum Bahan Hampa Udara/gas lain Air suling Kertas farafin Mika Porselen Tantalum Angka dieklektrikum 1 1 80 2,2 5,5-7 5,5 27

Olie paranol Olie silikon Teflon Keramik

4,5 2,8 20 5-1000

Kode Nilai Kapasitor Kode Warna pada KapasitorGambar Animasi warna Contoh pembacaan kapasitor pada gambar diatas: C = Merah, Orange, Kuning, Hitam, Merah C = 230000 pF 0% 100 V C = 230 nF 0% 100 V

Tabel Kode Warna warna 1 angka 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 warna 2 angka 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 warna 3 eksponen 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 warna 4 toleransi 20 % 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 10 % Warna 5 tegangan kerja 100 V 250 V 400 V -

Hitam Coklat Merah Orange Kuning Hijau Biru Ungu Abu-abu Putih

Kode Huruf pada Kapasitor Gambar anim018

Contoh pembacaan kapasitor pada gambar diatas: C = 1, 0, 6, K C = 10000000 pF 10% 100 V C = 10 F 10% 100 V Tabel Kode Huruf carakter 1 angka 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 carakter 2 angka 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 carakter 3 eksponen 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 carakter 4 toleransi F=1% G=2% H=3% J=5% K = 10 % M = 20 % -

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Contoh Lain Pembacaan Kode Kapasitor Kode terbaca : 4, 7, 0, 0, 250 v C = 4700 pf tegangan kerja 250 V C = 4,7 nF 0% 250 V

Kode terbaca : 1, 5, 0, J C = 15 x 100 toleransi 5% C = 15 pF 5%

Kode terbaca : coklat, hitam, kuning, putih, merah C = 10 x 104 toleransi 0% tegangan kerja 250 V C = 100000 pF 0% 250 V C = 100 nF 0% 250 V

Prinsip Kerja Kapasitor Kegunaan Kapasitor

Kapasitor Mika / Milar Kegunaan untuk: Filter, Kopling, Blok tegangan DC

Kapasitor Elektrolit Kegunaan untuk: osilator, tuning

Kapasitor Inti Udara Kegunaan untuk: Fine Tuning, Oscilator

Kapasitor Tantalum Bead Kapasitor jenis ini banyak dipakai pada rangkaian Mother Board Komputer, jenis Kapasitor polar yang kuat dengan ukuran fisik kecil.

Kapasitansi dan Apasitansi dan Tegangan Kerja Kapasitor Tegangan Kerja Kondensator ( Working Voltage ) adalah tegangan maksimum yang diizinkan bekerja pada sebuah kapasitor. Kapasitas kondensator dinyatakan dengan satuan Farad dan tegangan kerja dinyatakan dengan Volt. Tegangan kerja Kondensator/Kapasitor AC untuk non polar : 25 Volt; 50 Volt; 100 Volt; 250 Volt 500 Volt, Tegangan kerja DC untuk polar : 10 Volt; 16 Volt; 25 Volt; 35 Volt; 50 Volt; 100 Volt; 250 Volt Kapasitansi ( Kapasitas kapasitor ) bergantung pada : Keterangan : C adalah kapasitansi Q adalah sebuah muatan pada salahsatu konduktor V adalah beda potensial V kedua konduktor.

Keterangan : C adalah Kapasitansi r adalah permitivitas relatif dari bahan dielektrik o adalah permitifitas ruang hampa A adalah luas penampang plat ( M2) d adalah jarak antara kedua plat ( m) Pengisian dan Pengosongan Kapasitor Kapasitor yang sudah diisi (charged) adalah semacam reservoir energi .Dalam pengisian (charging) dibutuhkan suatu aliran arus dari sumber tegangan . Bila pelat pelat kapasitor tersebut hubung singkat dengan suatu penghantar maka akan terjadi pengosongan (discharging) pada kapasitor yang akan menimbulkan panas pada penghantar tersebut. Energi yang dibutuhkan untuk memindahkan muatan 1 coulomb pada tegangan 1 volt adalah sebesar 1 joule.

W=Q.V

Keterangan : Q adalah muatan V adalah tegangan

Gambar dari grafik 13 Animasi Pengisian dan Pengosongan Kapasitor

Pada saat saklar S dihubungkan ke posisi 1 maka ada rangkaian tertutup antara tegangan V, saklar S, tahanan R, dan C. Arus akan mengalir dari sumber tegangan Kapasitor melalui tahanan R. Hal ini akan menyebabkan naiknya perbedaan potensial pada Kapasitor Dengan demikian, arus akan menurun sehingga pada suatu saat tegangan sumber akan sama dengan perbedaan potensial pada Kapasitor. Akan tetapi arus akan menurun sehingga pada saat tegangan sumber sama dengan perbedaan potensial pada Kapasitor dan arus akan berhenti mengalir (I = 0). Pada saat saklar S dihubungkan pada posisi 2. pada saat itu kapasitor masih penuh muatannya. Karena itu arus akan mengalir melalui tahanan R. Pada saat sampai terjadi proses pengosongan kapasitor , tegangan kapasitor akan menurun sehingga arus yang melalui tahanan R akan menurun. Pada saat kapasitor sudah membuang seluruh muatannya (Vc = 0) sehingga demikian aliran arus pun berhenti (I = 0). Gambar animasi rang014 Aliran arus saat Pengisian dan Pengosongan Kapasitor Grafik Pengisian dan Pengosongan Kapasitor Gambr animasi grafik15 Grafik Pengisian dan Pengosongan Kapasitor

t = R.CKeterangan : t adalah konstanta waktu dalam detik R adalah konstanta dalam Ohm () C adalah kapasitansi dalam farad

Rangkaian Kapasitor Sambungan Seri Kondensator/kapasitor Kondensator/kapasitor bila dirangkai seri nilai kapasitasnya berbanding terbalik dengan nilai masing-masing, semakin banyak rangkaiannya semakin kecil nilai kapasitasnya, akan tetapi tegangan kerjanya bertambah besar.

Rangkaian Seri Kondensator Sambungan Paralel Kondensator/kapasitor yang dirangkai paralel nilai kapasitasnya akan bertambah besar dan merupakan jumlah dari nilai masing-masing, akan tetapi ,tegangan kerjanya tidak berubah.

Rangkaian Paralel Kondensator

Difinisi Induktor Induktor adalah salahsatu komponen elektronika yang cara kerjanya berdasarkan induksi magnet. Induktor biasa disebut juga spul dibuat dari bahan kawat beremail tipis. Induktor dibuat dari bahan tembaga, diberi simbol L dan satuannya Henry disingkat H.

Kaidah tangan kanan Fungsi pokok induktor adalah untuk menimbulkan medan magnet. Induktor berupa kawat yang digulung sehingga menjadi kumparan. Kemampuan induktor untuk menimbulkan medan magnet disebut konduktansi. Satuan induktansi adalah henry (H) atau milihenry (mH). Untuk memperbesar induktansi, didalam kumparan disisipkan bahan sebagai inti. Induktor yang berinti dari bahan besi disebut elektromagnet. Induktor memiliki sifat menahan arus AC dan konduktif terhadap arus DC. Macam-Macam Induktor Macam-macam induktor menurut bahan pembuat intinya dapat dibagi 4 yaitu:

1. Induktor dengan inti udara ( air core )

2. Induktor dengan inti besi

3. Induktor dengan inti ferit

4. inductor dengan perubahan inti

Prinsip Kerja Induktor Kegunaan Induktor dalam sistem elektronik Apakah Anda tahu fungsi dari Induktor ? Induktor dalam rangkaian listrik atau elektronika dapat diaplikasikan kedalam rangkaian:

Rellay

Speaker

Buzzer

Bleeper

Induktor berfungsi sebagai: 1. tempat terjadinya gaya magnet 2. pelipat tegangan 3. pembangkit getaran Berdasarkan kegunaannya Induktor bekerja pada: 1. frekuensi tinggi pada spul antena dan osilator 2. frekuensi menengah pada spul MF 3. frekuensi rendah pada trafo input, trafo output, spul speaker, trafo tenaga, spul relay dan spul penyaring Terjadinya Medan Magnet Induktansi Searah Bila kita mengalirkan arus listrik melalui kabel, terjadilah garis-garis gaya magnet. Bila kita mengalirkan arus melalui spul atau coil ( kumparan ) yang dibuat dari kabel yang digulung, akan terjadi garis-garis gaya dalam arah sama yang membangkitkan medan magnet. Kekuatan medan magnet sama dengan jumlah garis-garis gaya magnet, dan berbanding lurus dengan hasil kali dari jumlah gulungan dalam kumparan dan arus listrik yang melalui kumparan tersebut.

Induktor terhubung sumber tegangan DC Induktansi Bolak-balik Bila dua kumparan ditempatkan berdekatan satu sama lain dan salah satu kumparan ( L1) diberi arus listrik AC, pada L1 akan terjadi fluks magnet. Fluk magnet ini akan melalui kumparan kedua (L2) dan akan membangkitkan emf ( elektro motorive force ) pada kumparan L2. Efek seperti ini disebut induksi timbal balik ( mutual induction ). Hal seperti ini biasanya kita jumpai pada transformator daya.

Induktor terhubung sumber tegangan AC Perlawanan yang diberikan kumparan tersebut dinamakan reaktansi induktif. Reaktansi Induktif ini diberi simbol XL dalam satuan Ohm. Keterangan : adalah 3.14 F adalah frekwensi arus bolak-balik ( Hz) L adalah Induktansi ( Henry ) adalah kecepatan sudut ( 2 fL) XL adalah reaktansi induktif ( )

XL = 2 fL

Pengisian Induktor Bila kita mengalirkan arus listrik I, maka terjadilah garis-garis gaya magnet . Bila kita mengalirkan arus melalui spul atau coil ( kumparan ) yang dibuat dari kabel yang digulung,a akan terjadi garis-garis gaya dalam arah sama membangkitkan medan magnet. Kekuatan medan magnet sama dengan jumlah garis-garis gaya magnet dan berbanding lurus dengan hasil kali dari jumlah gulungan dalam kumparan dan arus listrik yang melalui kumparan tersebut. Contoh rangkaian :

Rangkaian Pengisian Induktasi dengan tegangan DC Bila arus bolak balik mengalir pada induktor, maka akan timbul gaya gerak listrik (ggl) induksi Hal ini berarti antara arus dan tegangan berbeda fase sebesar /2 = 900 dan arus tertinggal (lag) dari tegangan sebesar 900. 2 f merupakan perlawanan terhadap aliran arus

Rangkaian Pengisian Induktasi dengan tegangan AC Pengosongan Induktor Bila arus listrik l sudah memenuhi lilitan , maka terjadilah arus akan bergerak berlawanan arah dengan proses pengisian sehingga pembangkitan medan magnet dengan garis gaya magnet yang sama akan menjalankan fungsi dari lilitan tersebut makin tinggi nilai L ( induktansi) yang dihasilkan maka makin lama proses pengosongannya.

Rangkaian Pengosongan Induktasi Gambar grafik 29Grafik Arus Pengisian dan Pengosongan

Keterangan : t adalah waktu pengisian ( detik ) L adalah induktansi ( Henri ) R adalah hambatan ( ) Menghitung Impedansi Induktor Setelah diperoleh nilan XL maka Impedansi dapat di hitung :

Z disebut impedansi Seri dengan satuan (ohm) Dari gambar vektor diatas, sudut antara V dengan VR disebut sudut fase atau beda fase. Cosinus sudut tersebut disebut dengan faktor daya dengan rumus:

Sehingga yang dimaksud dengan factor daya adalah : - Cosinus sudut yang lagging atau leading. - Perbandingan R/Z = resistansi / impedansi - Perbandingan daya sesungguhnya dengan daya semu. Sifat Induktor terhadap arus AC dan DC

Rangkaian induktor terhadap AC Bila arus bolak balik mengalir pada induktor, maka akan timbul gaya gerak listrik (ggl) induksi yang besarnya:

bila e = Em sin t, maka:

e = Em sin t i = Im sin ( t 90), maka:

Besarnya XL = 2. .f. L dengan ketentuan : XL adalah reaktansi induktif () adalah 3, 14 f adalah frekuensi (Hz) L adalah induktansi (H)

Gamabr animasi anim35

Gelombang arus dan tegangan Rumus yang Berhubungan dengan Induktor a. Jumlah Lilitan Kawat sebuah Induktor Keterangan : N adalah jumlah lilitan p adalah panjang kawat (centi meter) r adalah jari-jari kawat (centi meter) L adalah induktansi ( henry ) b. Reaktansi Induktif Keterangan : XL adalah reaktansi induktif () adalah 3, 14 f adalah frekuensi (Hz) L adalah induktansi (H)

XL = 2 fL

c. Menghitung Impedansi Rangkaian R L seri Keterangan : Z adalah impedansi R adalah hambatan ( ) L adalah induktansi ( henry ) d. Menghitung Impedansi Rangkaian R L paralel Keterangan : Z adalah impedansi R adalah hambatan ( ) L adalah induktansi ( henry ) e. Nilai Faktor Kualitasnya (Q) Keterangan : Q adalah factor qualitas XL adalah reaktansi induktif ( ) R adalah Resistansi ( ) f. Rangkaian L dan C Seri :

Keterangan : Q adalah factor daya V1 adalah tegangan (V)

Rangkaian Induktor Hubungan Seri Caranya dengan menghubungkan ujung satu di samping ujung induktor yang satu lagi. Besar reaktansinya adalah jumlah reaktansi induktif yang dihubungkan seri tersebut.

rangkaian seri induktor

XLT = 2 fL1 + 2 fL2 + 2 fL3 LT = L1 + L2 + L3Contoh : Jika diketahui: L1 = 10 mH L2 = 5 mH L3 = 4 mH dengan frekwensi 50 Hz Maka XLT = 2 fL1 + 2 fL2 + 2 fL3

= 2 x 3,14 x 10 mH +2 x 3,14 x 5 mH +2 x 3,14 x 4 mH = 5,966 ohm LT = L1 + L2 + L3 = 19 mH XLT = jumlah reaktansi induktif LT = jumlah induksi total Hubungan Pararel Hubungan pararel terjadi bila semua ujung induktor digabung menjadi satu dan ujung yang lainnya juga digabungkan ,kemudian setiap ujung gabungan dengan suatu sumber tegangan.

rangkaian paralel induktor

Rangkaian R-L seri

Rangkaian seri R-L dan diagram vektor Dalam rangkaian seri, besarnya arus pada tiap tiap beban sama. Akan tetapi, tegangan tiap tiap beban tidak sama, baik besar maupun arahnya. Pada beban R, arus dan tegangan sebesar 900. Rangkaian Paralel R dan L

Rangkaian parallel R L Dalam rangkaian parallel tegangan tiap komponen atau cabang adalah sama besar dengan tegangan sumber. Akan tetapi, arus tiap komponen berbeda besar dan fasenya. Arus tiap komponen ialah: Arus pada resistor : arus sefase dengan tegangan Arus pada induktor : arus tertinggal dari tegangan sebesar 900