Kapasitor Dijelajahi: Cara Menyimpan Energi dan Menggerakkan Elektronika Modern

Dalam tutorial ini kita akan mempelajari apa itu kapasitor, cara kerjanya, dan beberapa contoh aplikasi dasar. Anda dapat menonton video berikut atau membaca tutorial tulisan di bawahnya.

Ringkasan

Hampir tidak ada rangkaian yang tidak memiliki kapasitor, dan bersama dengan resistor serta induktor, kapasitor merupakan komponen pasif dasar yang digunakan dalam elektronika.

Apa Itu Kapasitor?

Kapasitor adalah perangkat yang mampu menyimpan energi dalam bentuk muatan listrik. Dibandingkan baterai dengan ukuran yang sama, kapasitor dapat menyimpan jumlah energi yang jauh lebih kecil, sekitar 10.000 kali lebih kecil, namun cukup berguna untuk banyak desain rangkaian.

Konstruksi Kapasitor

Kapasitor terdiri dari dua plat logam yang dipisahkan oleh bahan isolator yang disebut dielektrik. Plat-plat tersebut konduktif dan biasanya terbuat dari aluminium, tantalum, atau logam lainnya, sementara dielektrik dapat terbuat dari berbagai bahan isolator seperti kertas, kaca, keramik, atau apa pun yang menghambat arus listrik.

Kapasitansi kapasitor, yang diukur dalam farad, berbanding lurus dengan luas permukaan kedua plat, serta permitivitas ε dari dielektrik, semakin kecil jarak antara plat, semakin besar kapasitansi. Dengan demikian, sekarang mari kita lihat cara kerja kapasitor.

Cara Kerja Kapasitor

Pertama, kita dapat mencatat bahwa logam biasanya memiliki jumlah partikel bermuatan positif dan negatif yang sama, yang berarti secara listrik netral.

Jika kita menghubungkan sumber daya atau baterai ke plat logam kapasitor, arus akan mencoba mengalir, atau elektron dari plat yang terhubung ke kaki positif baterai akan mulai bergerak ke plat yang terhubung ke kaki negatif baterai. Namun, karena dielektrik di antara plat, elektron tidak akan bisa melewati kapasitor, sehingga mereka akan mulai menumpuk di plat.

Setelah sejumlah elektron menumpuk di plat, baterai tidak akan memiliki energi yang cukup untuk mendorong elektron baru masuk ke plat karena rangsangan dari elektron yang sudah ada di sana.

Pada titik ini, kapasitor sebenarnya telah terisi penuh. Plat pertama telah mengembangkan muatan negatif bersih, dan plat kedua telah mengembangkan muatan positif bersih yang sama, menciptakan medan listrik dengan gaya tarik di antara mereka yang memegang muatan kapasitor.

Prinsip Kerja Dielektrik Kapasitor

Mari kita lihat bagaimana dielektrik dapat meningkatkan kapasitansi kapasitor. Dielektrik mengandung molekul yang polar yang berarti mereka dapat mengubah orientasi mereka berdasarkan muatan pada kedua plat. Jadi molekul menyelaraskan diri dengan medan listrik dengan cara yang memungkinkan lebih banyak elektron untuk tertarik ke plat negatif, sementara menolak lebih banyak elektron dari plat positif.

Jadi, setelah kapasitor terisi penuh, jika kita mencabut baterai, kapasitor akan memegang muatan listrik untuk waktu yang lama, bertindak sebagai penyimpanan energi.

Sekarang, jika kita menyambungkan kedua ujung kapasitor melalui beban, arus akan mulai mengalir melalui beban. Elektron yang tertumpuk dari plat pertama akan mulai bergerak ke plat kedua, hingga kedua plat kembali menjadi netral secara listrik.

Itulah prinsip kerja dasar kapasitor dan sekarang mari kita lihat beberapa contoh aplikasi.

Aplikasi Kapasitor

Kapasitor Pengkoppeling (Bypass)

Kapasitor pengkoppeling atau kapasitor bypass adalah contoh tipikal. Mereka sering digunakan bersama dengan rangkaian terintegrasi dan ditempatkan antara sumber daya dan ground dari IC.

Tugas mereka adalah menyaring kebisingan dalam sumber daya, seperti riak tegangan yang terjadi ketika sumber daya untuk waktu yang sangat singkat menurunkan tegangannya atau ketika bagian dari rangkaian dihidupkan menyebabkan fluktuasi dalam sumber daya. Pada saat terjadi penurunan tegangan, kapasitor akan sementara bertindak sebagai sumber daya, melewati sumber daya utama.

Pengubah AC ke DC

Contoh aplikasi tipikal lainnya adalah kapasitor yang digunakan dalam adapter DC. Untuk mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC, biasanya digunakan pengubah dioda, tetapi tanpa bantuan kapasitor, pengubah tidak akan mampu menyelesaikan tugasnya.

Keluaran pengubah adalah gelombang. Jadi saat keluaran pengubah naik, kapasitor terisi, dan saat keluaran pengubah turun, kapasitor mengosongkan diri dan dengan cara itu meratakan keluaran DC.

Terkait: Apa Itu Schmitt Trigger dan Cara Kerjanya

Penyaluran Sinyal

Penyaluran sinyal adalah contoh aplikasi kapasitor lainnya. Karena waktu respons spesifik mereka, mereka mampu memblokir sinyal frekuensi rendah sambil mengizinkan frekuensi lebih tinggi untuk melewatinya.

Ini digunakan dalam penerima radio untuk menyaring frekuensi yang tidak diinginkan dan dalam rangkaian pembagi di dalam speaker, untuk memisahkan frekuensi rendah untuk woofer dan frekuensi lebih tinggi untuk tweeter.

Kapasitor sebagai Penyimpanan Energi

Penggunaan yang cukup jelas lainnya dari kapasitor adalah untuk penyimpanan dan persediaan energi. Meskipun mereka dapat menyimpan energi yang jauh lebih rendah dibandingkan baterai dengan ukuran yang sama, umur pakai mereka jauh lebih baik dan mereka mampu menyampaikan energi jauh lebih cepat yang membuatnya lebih cocok untuk aplikasi di mana diperlukan ledakan daya tinggi.

Itu saja untuk tutorial ini, silakan ajukan pertanyaan apa pun di kolom komentar di bawah.