Sirkuit Kapasitor AC

Kapasitor Vs. Resistor

Kapasitor tidak berperilaku sama dengan resistor. Sedangkan resistor memungkinkan aliran elektron melalui mereka berbanding lurus dengan penurunan tegangan, kapasitor menentang perubahan dalam tegangan dengan menarik atau memasok arus saat mereka mengisi atau melepaskan ke tingkat tegangan yang baru.

Aliran elektron “melalui” kapasitor berbanding lurus dengan laju perubahan tegangan melintasi kapasitor. Penentangan terhadap perubahan tegangan ini adalah bentuk lain dari reaktansi , tetapi yang justru berlawanan dengan jenis yang ditunjukkan oleh induktor.

Karakteristik Rangkaian Kapasitor

Dinyatakan secara matematis, hubungan antara arus "melalui" kapasitor dan laju perubahan tegangan melintasi kapasitor adalah sebagai berikut:

Ekspresi de/dt adalah salah satu dari kalkulus, yang berarti laju perubahan tegangan sesaat (e) dari waktu ke waktu, dalam volt per detik. Kapasitansi (C) dalam Farad, dan arus sesaat (i), tentu saja, dalam amp.

Kadang-kadang Anda akan menemukan laju perubahan tegangan sesaat dari waktu ke waktu dinyatakan sebagai dv/dt alih-alih de/dt:menggunakan huruf kecil "v" sebagai gantinya atau "e" untuk mewakili tegangan, tetapi artinya sama persis. Untuk menunjukkan apa yang terjadi dengan arus bolak-balik, mari kita analisis rangkaian kapasitor sederhana:

Rangkaian kapasitif murni:tegangan kapasitor tertinggal dari arus kapasitor sebesar 90°

Jika kita memplot arus dan tegangan untuk rangkaian yang sangat sederhana ini, akan terlihat seperti ini:

Bentuk gelombang sirkuit kapasitif murni.

Ingat, arus yang melalui kapasitor adalah reaksi terhadap perubahan dalam tegangan di atasnya.

Oleh karena itu, arus sesaat adalah nol setiap kali tegangan sesaat berada pada puncaknya (perubahan nol, atau kemiringan level, pada gelombang sinus tegangan), dan arus sesaat berada pada puncak di mana pun tegangan sesaat berada pada perubahan maksimum (titik kemiringan paling curam pada gelombang tegangan, di mana ia melintasi garis nol).

Ini menghasilkan gelombang tegangan yang -90 ° keluar dari fase dengan gelombang arus. Melihat grafik, gelombang arus tampaknya memiliki "awal" pada gelombang tegangan; arus "mengarahkan" tegangan, dan tegangan "mengikuti" arus.

Tegangan tertinggal dari arus sebesar 90° dalam rangkaian kapasitif murni.

Seperti yang mungkin sudah Anda duga, gelombang daya tidak biasa yang sama yang kita lihat dengan rangkaian induktor sederhana juga ada di rangkaian kapasitor sederhana:

Dalam rangkaian kapasitif murni, daya sesaat mungkin positif atau negatif.

Seperti rangkaian induktor sederhana, pergeseran fasa 90 derajat antara tegangan dan arus menghasilkan gelombang daya yang bergantian sama antara positif dan negatif. Ini berarti bahwa kapasitor tidak membuang daya saat bereaksi terhadap perubahan tegangan; itu hanya menyerap dan melepaskan kekuatan, secara bergantian.

Reaktansi Kapasitor

Oposisi kapasitor terhadap perubahan tegangan diterjemahkan menjadi oposisi terhadap tegangan bolak-balik secara umum, yang menurut definisi selalu berubah dalam besaran dan arah seketika.

Untuk besarnya tegangan AC tertentu pada frekuensi tertentu, kapasitor dengan ukuran tertentu akan "menghantarkan" arus AC dengan besaran tertentu.

Sama seperti arus yang melalui resistor adalah fungsi dari tegangan melintasi resistor dan resistansi yang ditawarkan oleh resistor, arus AC yang melalui kapasitor adalah fungsi dari tegangan AC yang melintasinya, dan reaktansi ditawarkan oleh kapasitor.

Seperti halnya induktor, reaktansi kapasitor dinyatakan dalam ohm dan dilambangkan dengan huruf X (atau XC untuk lebih spesifik).

Karena kapasitor "mengalirkan" arus sebanding dengan laju perubahan tegangan, kapasitor akan melewatkan lebih banyak arus untuk tegangan yang berubah lebih cepat (karena kapasitor mengisi dan melepaskan ke puncak tegangan yang sama dalam waktu yang lebih singkat), dan arus yang lebih sedikit untuk tegangan yang berubah lebih lambat.

Artinya, reaktansi dalam ohm untuk setiap kapasitor berlawanan sebanding dengan frekuensi arus bolak-balik.

Reaktansi kapasitor 100 uF:

Frekuensi (Hertz) Reaktansi (Ohm) 6026.525812013.262925000.6366

Harap dicatat bahwa hubungan reaktansi kapasitif dengan frekuensi persis berlawanan dengan reaktansi induktif.

Reaktansi kapasitif (dalam ohm) berkurang dengan meningkatnya frekuensi AC. Sebaliknya, reaktansi induktif (dalam ohm) meningkat dengan meningkatnya frekuensi AC. Induktor menentang perubahan arus yang lebih cepat dengan menghasilkan penurunan tegangan yang lebih besar; kapasitor menentang penurunan tegangan yang berubah lebih cepat dengan membiarkan arus yang lebih besar.

Seperti halnya induktor, suku 2πf persamaan reaktansi dapat diganti dengan huruf kecil Yunani Omega (ω), yang disebut sebagai kecepatan sudut dari rangkaian AC. Jadi, persamaan XC =1/(2πfC) juga dapat ditulis sebagai XC =1/(ωC), dengan dimasukkan dalam satuan radian per detik .

Arus bolak-balik dalam rangkaian kapasitif sederhana sama dengan tegangan (dalam volt) dibagi dengan reaktansi kapasitif (dalam ohm), seperti halnya arus bolak-balik atau searah dalam rangkaian resistif sederhana sama dengan tegangan (dalam volt) dibagi dengan hambatan (dalam ohm). Rangkaian berikut mengilustrasikan hubungan matematis ini dengan contoh:

Reaktansi kapasitif.

Namun, perlu diingat bahwa tegangan dan arus tidak sefasa di sini. Seperti yang ditunjukkan sebelumnya, arus memiliki pergeseran fasa +90° terhadap tegangan. Jika kita menyatakan sudut fasa tegangan dan arus ini secara matematis, kita dapat menghitung sudut fasa dari oposisi reaktif kapasitor terhadap arus.

Tegangan tertinggal dari arus sebesar 90° dalam kapasitor.

Secara matematis, kita katakan bahwa sudut fasa dari oposisi kapasitor terhadap arus adalah -90 °, yang berarti bahwa oposisi kapasitor terhadap arus adalah besaran imajiner negatif. (Lihat gambar di atas.) Sudut fase oposisi reaktif terhadap arus ini menjadi sangat penting dalam analisis rangkaian, terutama untuk rangkaian AC kompleks di mana reaktansi dan resistansi berinteraksi.

Akan terbukti bermanfaat untuk mewakili apa saja oposisi komponen terhadap arus dalam hal bilangan kompleks, dan bukan hanya besaran skalar dari resistansi dan reaktansi.

TINJAUAN:

• Reaktansi kapasitif adalah oposisi yang ditawarkan kapasitor terhadap arus bolak-balik karena penyimpanannya yang berubah fase dan pelepasan energi dalam medan listriknya. Reaktansi dilambangkan dengan huruf kapital “X” dan diukur dalam ohm seperti halnya hambatan (R).
• Reaktansi kapasitif dapat dihitung menggunakan rumus ini:XC =1/(2πfC)
• Reaktansi kapasitif menurun dengan frekuensi yang meningkat. Dengan kata lain, semakin tinggi frekuensinya, semakin kecil lawannya (semakin “menghantarkan”) arus AC.

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Kapasitor