Home > Teknik Listrik > Rangkaian Listrik Dasar > Pengisian dan Pengosongan Kapasitor

Pengisian dan Pengosongan Kapasitor

Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat digunakan untuk menyimpan muatan listrik dalam waktu tertentu. Kapasitor umumnya terbuat dari 2 buah lempeng konduktor yang ditengah-tengahnya disisipkan lempengan isolator yang disebut dielektrikum. Apabila sebuah kapasitor dihubungkan dengan sumber arus searah maka dalam beberapa saat akan ada arus listrik yang mengalir masuk ke dalam kapasitor, kondisi ini disebut proses pengisian kapasitor, apabila muatan listrik di dalam kapasitor sudah penuh, maka aliran arus listrik akan berhenti.

Bila hubungan ke kapasitor di tukar polaritasnya, maka muatan listrik akan kembali mengalir keluar dari kapasitor. Tegangan listrik pada kapasitor besarnya berbanding lurus dengan muatan listrik yang tersimpan di dalam kapasitor, hubungan ini dapat dituliskan menjadi : (V = Q / C)

Kapasitansi (C) dari sebuah kapasitor didefinisikan sebagai perbandingan jumlah muatan (Q) dengan beda potensial (V) antara konduktor. Atau dengan kata lain kapasitansi adalah jumlah muatan dibagi dengan beda potensial. Yang dirumuskan sebagai berikut :
image
Berdasarkan definisi satuan dari kapasitansi adalah coulomb/volt yang disebut Farad. –> 1 Farad = 1 coulomb / volt

Satu farad didefinisikan kapasitansi sebuah kapasitor yang memerlukan muatan 1 coulomb agar beda potensial 1 volt pada kedua pelat. Satu Farad merupakan satuan yang sangat besar, dalam praktek digunakan satuan yang lebih kecil mikro Farad (μF) dan piko Farad (pF). 1 farad = 106 mikro Farad ( μF ) = 1012 pikofarad (pF ) Kapasitor merupakan komponen pasif yang dapat menyimpan energi listrik sesaat kemudian melepaskannya. Sifat kapasitor inilah yang menghasilkan suatu tegangan transien atau tegangan peralihan bila digunakan sumber arus searah.

Pengisian 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 yang ditandai dengan panah warna merah. 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).
image
Gambar 5.14. Rangkaian R–C Dengan Sumber Tegangan Searah

Jika pada waktu t = 0 saklar dipindah ke posisi 1 maka akan ada arus mengalir untuk mengisi kapasitor , sampai kapasitor penuh. Arus yang mengalir makin kecil sedangkan tegangan kapasitor makin besar. Proses ini disebut proses pengisian kapasitor. Untuk menentukan besar arus dan tegangan dapat dibuat rangkaian ekivalen seperti Gambar 5.15. sebagai berikut :
image
Gambar 5.15. Rangkaian ekivalen Untuk Menentukan V dan I pengisian

Sesuai dengan hukum Kirchoff II tentang tegangan maka jumlah tegangan
dalam rangkaian tertutup sama dengan nol. Atau
– V + VR + VC = 0
VR = i R dimana i = dq / dt
VC = q / C
– V + i R + q / C = 0

Jika V tetap maka arus menjadi i = V / R – q / RC. Pada saat t = 0, q = 0, arus pada t = 0 disebut arus awal I0 = V / R . Karena muatan q makin besar maka q / RC makin besar dan arus makin kecil, ketika arus i = 0 , maka
image

Pengisian dan Pengosongan Kapasitor dengan input kotak
Rangkaian uji untuk pengisian pengosongan seperti gambar dibawah ini, generator dengan gelombang kotak mensimulasikan tegangan arus searah yang di”on-off”kan. Pada t = 0 – 50mS tegangan generator tinggi mesimulasikan rangkaian mendapat tegangan arus searah, saat t = 50 -100ms rangkaian mendapat tegangan 0V.
image
Gambar 5.17. Rangkaian Uji Pengisian dan Pengosongan Kapasitor

Dari hasil percobaan tergambar di layar CRO yang digambarkan pada gambar berikut ini.
image
Gambar 5.18. Kurva pengisian dan pengosongan kapasitor

Terlihat saat t = 0 tegangan generator tinggi (on), tetapi tegangan VC tidak segera setinggi tegangan generator, tetapi secara eksponensial naik, yang pada puncaknya maksimum setelah 5 τ. Sementara arus, yang diukur oleh CRO pada tahanan R) pada t = 0 justru menunjukkan level maksimum, yang kemudian secara eksponensial turun, hingga setelah 5 τ nilainya nol.

Perkalian tahanan dengan kapasitor disebut sebagai konstanta waktu dengan
simbol 
τ = R . C
R = Resistor / tahanan
C = Kapasitor
= konstanta waktu

Tegangan dan arus pada pengisian
image

TN

"Tasikmalaya, Indonesia"


"My Facebook"


"My Instagram"


"My Twitter"