Dunia elektronik telah menjadi batu loncatan bahwa teknologi perlu didorong. Dan loncatan ini terdiri dari bagian-bagian kecil seperti kondensor. Dalam posting penasaran ini Anda akan belajar secara rinci Apa itu kapasitor listrik?, Berbagai fungsi yang diterapkan dengannya dan pentingnya di berbagai bidang.
Kondensator
Untuk memulai studi tentang kapasitor, pertama-tama kami akan menjelaskan apa itu kapasitor. Ini adalah komponen listrik pasif, yaitu tidak menghasilkan listrik sendiri, mampu menyimpan muatan listrik, dan melepaskannya nanti. Anda dapat menemukannya sebagai kapasitor atau kapasitor. Muatan yang dipertahankan di dalamnya adalah diferensial potensial atau tegangan.
Kisah jumlah donor muncul pada tahun 1745 ketika Ewald Georg von Kleist dari Jerman menyadari bahwa menyimpan muatan listrik adalah mungkin. Ini muncul dari kecelakaan ketika ia menghubungkan generator elektrostatik ke volume air yang ada di dalam kendi kaca atau botol menggunakan kabel. Saat dia melepas kabel dan meletakkan tangannya di atasnya.
Tidak sampai satu tahun berlalu ketika fisikawan Belanda Pieter van Musschenbroek menemukan kapasitor dengan karakteristik yang sama. Untuk memperingati universitas tempat dia bekerja, dia menyebut kondensor ini "botol Leyden."
Bagaimana cara kerja kapasitor?
Sekarang mari kita lihat cara kerja kapasitor y untuk apa kapasitor. Cara penyimpanan muatan listriknya adalah dengan menggunakan dua lembar yang terbuat dari bahan konduktif seperti tantalum yang dipisahkan oleh beberapa bahan dielektrik, misalnya udara.
Sebelum melanjutkan, penting untuk tidak membingungkan dielektrik dengan bahan isolasi penuh. Artinya, semua dielektrik adalah isolator, tetapi ini tidak serta merta membuat semua isolator menjadi dielektrik. Bahan dielektrik memiliki kemampuan untuk menjadi konduktif ketika dikenai muatan listrik yang besar dan mematahkan kekuatan dielektrik. Beberapa bahan tersebut dapat berupa: keramik, kertas, lilin, kaca, minyak, dan lain-lain. Bahan isolasi penuh adalah bahan yang, terlepas dari berapa banyak muatan listrik yang dikenakan, ini tidak akan menjadi konduktor, contohnya adalah karet.
Sekarang, pelat-pelat di dalam kapasitor, yang diberi sumber daya, akan diisi secara listrik dalam bagian yang sama tetapi dengan tanda yang berbeda. Artinya muatan yang satu akan positif (+q), dan muatan yang lain akan sama besarnya tetapi dengan muatan negatif (-q), pada muatan yang sama tetapi berbeda tanda inilah yang disebut beda potensial atau tegangan.
Secara umum, dalam kapasitor udara, kertas, tantalum, aluminium dan keramik digunakan sebagai bahan dielektrik, juga, di beberapa kapasitor plastik tertentu digunakan.
Kapasitas penyimpanan yang dimiliki kapasitor atau kapasitor dihitung dalam satuan Farad. Kisaran di mana sebagian besar kapasitor listrik ditemukan adalah dari pico (pF) hingga mikro (uF) Farad. Persamaan untuk menghitung kapasitas kapasitor adalah:
C=q/V
Dimana:
q = adalah muatan yang disimpan setiap pelat. Satuannya adalah Coulomb (C)
V = adalah tegangan, tegangan atau beda potensial antara dua lembar atau konduktor kapasitor. Satuannya adalah Volt (V)
Menerapkan rumus ini, jika kita mengasumsikan nilai untuk beban 1 dan untuk tegangan 1, itu akan memberi kita 1 Farad. Namun, ini hanya sebuah contoh, karena kapasitor dengan kapasitas ini tidak ada karena akan sangat besar. Untuk mendapatkan ide, itu akan mencakup ruang 1000 m2.
Sekarang, jika kita ingin mengetahui tegangan yang dapat disimpan kapasitor dengan mengetahui muatan dan Farad kapasitor, maka kita dapat menyelesaikan Tegangan dari persamaan sebelumnya menjadi:
V=q/C
Mengisi dan Mengosongkan Kapasitor
Salah satu karakteristik kapasitor adalah debitnya progresif dan tidak langsung. Sebuah kapasitor memiliki periode waktu pengosongan. Properti ini memungkinkan kapasitor untuk memiliki aplikasi lain seperti timer dan filter dalam rangkaian listrik.
Ketika kapasitor terisi penuh, itu adalah saat memungkinkan tegangan lewat. Ketika catu daya diputus, kapasitor mulai secara bertahap melepaskan tegangan ke beban atau elemen yang mengkonsumsi tegangan.
Umumnya, kapasitor selalu didahului oleh resistor untuk alasan perlindungan kapasitor. Bahkan ketika sebuah kapasitor memiliki resistansi internal yang kecil, itu dapat diabaikan, dan jika tidak hati-hati untuk melindungi kapasitor, ia dapat rusak dan bahkan meledak.
Biaya Kapasitor
Untuk menjelaskan perilaku kapasitor saat mengisi daya, kami akan menggunakan contoh yang paling sering digunakan untuk mengilustrasikannya:
Mari kita pertimbangkan rangkaian di mana ada sumber daya seperti baterai, resistor bernama R1 yang bertanggung jawab untuk mengendalikan aliran arus yang akan mencapai kapasitor untuk melindunginya. Juga, sebuah saklar yang memungkinkan kapasitor untuk mengisi atau melepaskan, dan akhirnya, sebuah resistor yang disebut R2 yang akan mewakili perangkat yang mengkonsumsi arus.
Pertama-tama, kita lihat bagaimana sakelar diatur sedemikian rupa sehingga kapasitor secara seri dengan catu daya dan resistansi, omong-omong, kita harus menekankan bahwa resistansi ini disebut resistansi beban.
Pada saat ini kapasitor sedang diisi dengan cara yang terkendali berkat resistor pengisian. Kombinasi resistor dan kapasitor ini memungkinkan Anda untuk mengatur timer yang telah kami sebutkan sebelumnya. Hal ini disebabkan oleh kenyataan bahwa hambatan menghalangi aliran arus secara bebas, sehingga arus membutuhkan waktu lebih lama untuk melewati rangkaian, sehingga kemudian melewati kapasitor, perlu waktu untuk mengisi daya.
Waktu yang diperlukan kapasitor untuk mengisi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
t1 = 5 x R1 x C
Dónde:
t1: adalah waktu pengisian. Satuannya adalah milidetik (saya)
R1: adalah resistansi beban. Satuannya adalah ohm (Ω).
C: adalah kapasitansi kapasitor. Satuannya adalah Farad (F)
Persamaan ini memungkinkan kita untuk menegaskan bahwa semakin tinggi resistansi beban dan / atau semakin besar kapasitansi kapasitor, semakin lama waktu pengisian. Yang dapat diverifikasi dalam grafik berikut.
Anda mungkin bertanya-tanya apa yang akan terjadi jika kita tidak mengatur resistor beban. Secara teoritis kapasitor akan segera terisi. Tapi, seperti yang kami sebutkan sebelumnya, ini tidak disarankan karena kapasitor hanya dapat menerima arus kecil. Jika kita mengingat Hukum Ohm kita dapat melihat bahwa:
Aku=V/R
Dimana:
I: adalah arus. Satuannya adalah Ampere (A)
V: adalah tegangan. Satuannya adalah Volt (V)
A: itu adalah resistensi. Satuannya adalah Ohm (Ω)
Jika resistansi cenderung atau sama dengan 0, ini akan menyiratkan bahwa arus praktis tidak terbatas, atau setidaknya sangat besar. Kapasitor hanya dapat mendukung pengumpanan dari arus yang lebih rendah. Singkatnya, jika tidak ada jenis resistor beban yang ditempatkan, kapasitor mungkin tidak dapat menahan arus itu dan akan terbakar.
Sekarang mari kita asumsikan kapasitor sudah terisi, jadi apa yang terjadi? Mari kita kembali ke Hukum Ohm, ketika tegangan naik, dan karena nilai resistansi dipertahankan, nilai arus cenderung nol.
Seperti yang sudah kita ketahui, fungsi dari kapasitor adalah untuk menyimpan tegangan atau tegangan. Ini berarti bahwa ketika kapasitor mengisi, ada tegangan yang lebih tinggi pada titik itu. Karena resistansi tidak mengubah nilainya, arus cenderung nol. Singkatnya, sekali kapasitor diisi, ia berperilaku seperti rangkaian terbuka atau seperti saklar yang mencegah lewatnya arus, meskipun akan ada tegangan atau tegangan pada titik itu.
Debit Kondensor
Sekarang mari kita tunjukkan kasus terbalik. Saat sakelar berubah posisi, dan kapasitor ditempatkan secara seri dengan resistor R2, kapasitor akan mulai kosong. Mengapa Ya, karena resistansi R2 mewakili konsumsi rangkaian, dan resistansi ini akan diminta untuk disuplai ketika rangkaian di mana ia ditutup. Pasokan ini akan disediakan oleh kapasitor, mengeluarkan perbedaan potensial yang telah disimpannya.
Seperti halnya pengisian daya, unduhan tidak langsung, tetapi secara bertahap. Dan seperti halnya pengisian, persamaan untuk memperkirakan waktu pengosongan adalah sama. Ini berarti bahwa waktu yang diperlukan untuk mengosongkan kapasitor tergantung pada resistansi R2 dan kapasitansi kapasitor. Demikian juga, di sini kita menyegarkan kembali persamaan:
t1 = 5 x R1 x C
Dónde:
t2: adalah waktu pengisian. Satuannya adalah milidetik (ms)
R2: adalah resistansi beban. Satuannya adalah ohm (Ω).
C: adalah kapasitansi kondensor. Satuannya adalah Farad (F)
Jenis sirkuit ini dapat mengontrol, misalnya, waktu perangkat menyala.
Kondensor sebagai Filter
Aplikasi lain yang sering digunakan kapasitor adalah sebagai filter. Ini dimungkinkan berkat karakteristik pengisian dan pengosongannya secara bertahap, dan fenomena ini digunakan untuk membersihkan kotoran dari sinyal atau gelombang listrik.
Jika kita mengambil rangkaian awal sebagai contoh, tetapi dalam hal ini dengan catu daya arus bolak-balik. Kapasitor akan mulai mengisi daya hingga mencapai kapasitas penyimpanan maksimumnya, kemudian aliran arus akan berhenti dan beban akan mulai disuplai oleh tegangan yang ada pada kapasitor. Segera setelah kapasitor mulai kosong, catu daya melanjutkan untuk mengisi ulang kapasitor tanpa menunggu sampai benar-benar kosong.
Ini bisa lebih mudah dipahami secara visual:
Seperti yang Anda lihat, gelombang catu daya bolak-balik adalah sinusoidal dan berkat sifat kapasitor, gelombang dapat diperbaiki dalam catu langsung. Ini sangat berguna untuk catu daya yang digunakan oleh, misalnya, komputer. Banyak perangkat tidak dapat bekerja dengan arus bolak-balik tetapi dengan arus searah dan saat itulah catu daya masuk sebagai perantara. Tentu saja, catu daya ini memiliki lebih banyak komponen untuk mencapai tujuan ini.
Jenis Kapasitor
Kapasitor atau kapasitor dapat memiliki klasifikasi yang berbeda. Selanjutnya, kita akan mulai dengan mengklasifikasikan kapasitor menurut jenis dielektriknya:
Karena dielektriknya
Kapasitor diklasifikasikan menurut dielektrik yang dimilikinya. Ada yang disebut kapasitor elektrolitik, mereka adalah yang memiliki polaritas, yaitu, mereka memiliki terminal positif atau "kaki" dan terminal negatif. Jika mereka terhubung dengan polaritas terbalik, kapasitor akan rusak.
Kapasitor elektrolitik ini, tidak seperti kapasitor lainnya, adalah bahwa mereka menggunakan cairan ionik konduktif. Cairan ini adalah larutan kimia, yang umumnya terdiri dari asam borat atau natrium borat dengan gula etilen glikol. Cairan ini masuk sebagai pengganti salah satu pelat konduktif atau lembaran kondensor.
Tidak seperti kapasitor elektrolitik, kapasitor yang memiliki udara, keramik, kertas, atau lainnya sebagai dielektriknya, tidak memiliki polaritas yang ditetapkan. Selain itu, mereka memiliki dua pelat di dalam dan tidak ada cairan internal.
Kedua jenis kapasitor tersebut memiliki aplikasinya masing-masing, sehingga belum memungkinkan untuk saling menggantikan kapasitor satu sama lain meskipun memiliki dielektrik yang berbeda.
Singkatnya, ada kondensor:
- Elektrolit
- Keramik
- Dari kertas
- udara
- Kapasitor variabel
Tetap atau variabel
Seperti halnya resistor, ada kapasitor dengan kapasitas tetap dan ada juga kapasitor yang kapasitasnya dapat divariasikan. Ini dicapai dengan menyesuaikan celah antara pelat mereka menggunakan kenop, seperti potensiometer atau resistor variabel.
Menurut bentuknya
Kapasitor dapat bervariasi dalam desain, dengan kapasitor disk, mutiara, dan tabung, masing-masing seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Kode Kapasitor
Ada beberapa kapasitor yang menunjukkan nilai kapasitasnya melalui tabel warna, sangat mirip dengan yang digunakan oleh resistor.
Kode warna
Warna pertama menunjukkan nilai yang pertama, yang kedua dari angka kedua, yang ketiga adalah eksponen yang dinaikkan menjadi 10, yaitu, 10 akan dinaikkan ke angka yang diwakili oleh warna ketiga. Warna keempat menunjukkan persentase variasi, yaitu dapat, misalnya, 10% lebih atau 10% dari nilai yang menunjukkan kapasitas. Terakhir, warna kelima menunjukkan tegangan atau tegangan pengisian. Semua kapasitor ini memiliki picofarads per unit.
Nilai warna datang dalam tabel komersial yaitu sebagai berikut:
kode jepang
Ada lagi jenis kode untuk mengidentifikasi kapasitansi sebuah kapasitor adalah jenis kode yang disebut kode jepang atau kode 101. Kode ini terdiri dari tiga angka yang terlihat pada kapasitor.
Dua digit pertama membentuk angka yang harus dikalikan dengan 10 dipangkatkan ke angka ketiga, menjaga picofarad sebagai satu unit. Contohnya:
Kapasitor ini memiliki kode angka 104. Jadi cara menghitung kapasitas kapasitor ini adalah :
10 X 104 = 100000 pF = 0,1 uF
Kode alfanumerik
Ada kode lain untuk mengidentifikasi bahan dan kapasitas kapasitor, yang menggunakan kombinasi huruf dan angka. Ada banyak cara untuk menyajikan kode ini yang menggabungkan angka dan huruf, dan mereka sangat bervariasi sehingga tidak benar-benar layak dipelajari, jadi disarankan untuk berkonsultasi dengan Lembar Data pabrikan.
Kapasitor secara seri dan paralel
Seperti resistor, posisi kapasitor secara seri atau paralel menghasilkan perilaku dalam kapasitansi total. Mari kita mulai melihat fenomena yang terjadi ketika kapasitor dirangkai seri.
Kapasitor dalam Seri
Ketika kapasitor dirangkai seri, kapasitas masing-masing kapasitor bertindak sebagai berikut:
Persamaan muncul:
Vt = V1 + V2
Dimana:
Vt: tegangan total
V1: tegangan kapasitor pertama
V2: tegangan kapasitor kedua
Mari kita kembali ke persamaan untuk menghitung kapasitas kapasitor:
C=q/V
Dimana:
q = adalah muatan yang disimpan setiap pelat. Satuannya adalah Coulomb (C)
V = adalah tegangan, tegangan atau beda potensial antara dua lembar atau konduktor kapasitor. Satuannya adalah Volt (V)
Dan itu mungkin untuk menghapus V dengan cara berikut:
V=q/C
Sekarang, jika kita mengganti setiap V dari setiap kapasitor dalam rangkaian dengan ekspresi sebelumnya, kita memperolehnya;
1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3… 1 / Cn
Kapasitor Paralel
Dalam hal ini, karena kapasitor paralel, tegangan yang diterima setiap kapasitor sama dengan tegangan catu daya, sehingga harus:
Vt = V1 = V2 = V3… Vn
Dimana
Vt: adalah tegangan total atau sumber
V1: Tegangan kapasitor pertama
V2. Tegangan kapasitor kedua
V3: Tegangan kapasitor ketiga
Sekali lagi, jika kita kembali ke ekspresi yang memungkinkan kita untuk memperkirakan nilai tegangan sesuai dengan beban dan nilai kapasitas:
V=q/C
Dan kami melanjutkan untuk mengganti setiap V dari setiap kapasitor rangkaian dengan ekspresi sebelumnya, kami memperoleh bahwa:
C = C1 + C2 + C3… + Cn
Kapasitor menggunakan
Kapasitor merupakan salah satu komponen elektronika yang paling dasar. Hampir tidak mungkin untuk menyebutkan perangkat saat ini yang tidak memerlukan kapasitor dalam desainnya. Selanjutnya kami akan menyebutkan beberapa aplikasi yang paling umum di mana kapasitor ditemukan.
- Baterai dan memori: Berkat kapasitas penyimpanannya, dimungkinkan untuk menempatkan beberapa kapasitor secara paralel untuk meningkatkan kapasitas pengisian.
- Filter: Mereka banyak digunakan dalam jaringan listrik karena mereka dapat menghilangkan riak dan kebisingan dari jaringan, atau dalam kasus sebaliknya, sehingga harmonik yang dihasilkan oleh jaringan listrik internal disaring sebelum kembali ke jaringan. Dalam telekomunikasi, kapasitas penyaringannya banyak digunakan untuk membentuk pita frekuensi dan juga untuk mengurangi atau menghilangkan interferensi.
- Sumber daya: Perilaku pengisian dan pengosongan bertahap memungkinkan penyearah gelombang, yang penting dalam catu daya untuk mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah, karena sebagian besar perangkat elektronik bekerja secara internal dengan arus searah, tetapi layanan listrik beroperasi dengan arus bolak-balik. Itulah sebabnya sumber daya diperlukan untuk pengoperasian peralatan, dan di antara komponen yang menyusunnya, kapasitor memainkan peran yang tak tergantikan.
- Adaptor impedansi: Kapasitor dapat melepaskan dan mengisi energi dalam periode waktu yang praktis dapat diabaikan, dan ini memungkinkan resistivitas beresonansi bersama dengan komponen lain, sehingga dua sirkuit yang memiliki impedansi berbeda dapat digabungkan atau bekerja bersama.
Namun, ini hanya beberapa dari beberapa kegunaannya yang dapat kami sebutkan. Kapasitor memiliki aplikasi dalam elektronika, jaringan listrik besar, telekomunikasi dan lain-lain. Dari komputer, ponsel, lemari es, jam digital, televisi, dan banyak penemuan kita lainnya, mereka memiliki kapasitor di dalamnya sebagai bagian penting dari perangkat yang membentuk dan memberi kehidupan pada perangkat atau peralatan.
Kesimpulan
Aplikasi yang dimiliki elektronik saat ini sangat penting dalam kehidupan kita sehari-hari sehingga hampir tidak mungkin untuk bertahan hidup di dunia yang tidak lagi ada. Dan dunia teknologi canggih yang luas ini dimulai dari fondasinya yang paling sederhana seperti halnya setiap komponen yang merupakan bagian dari elektronik.
Ini adalah kasus kapasitor, komponen yang terbuat dari bahan yang sangat sederhana, menjadikannya salah satu komponen dasar elektronik, tetapi berkat perilakunya tidak mungkin tidak ditemukan di semua perangkat elektronik yang ada. .
Tidak diragukan lagi, kemajuan elektronik telah menjadi pendorong mendasar yang telah membuka jalan bagi kemajuan teknologi di berbagai disiplin ilmu. Dan meskipun kondensor itu sendiri tidak terlalu berguna jika digabungkan dengan komponen lain, peralatan canggih seperti: kartu memori RAM, komputer, robot, drone, ponsel, servidores dan masih banyak lagi.