Kapasitor: Pengertian, Fungsi, Cara Kerja dan Jenisnya

Daftar Isi

Kelas Teknisi | Kapasitor adalah komponen elektronik pasif yang mampu menyimpan energi dalam medan listrik dan melepaskannya kembali ketika rangkaian membutuhkannya. Komponen ini sangat mudah ditemukan pada power supply, televisi, kipas angin, mesin cuci, motor listrik, rangkaian audio, perangkat komunikasi, hingga sistem elektronika industri.

Secara konstruksi, kapasitor pada dasarnya terdiri dari dua konduktor atau pelat yang dipisahkan oleh bahan isolator yang disebut dielektrik. Dielektrik tersebut dapat berupa keramik, film plastik, mika, kertas, lapisan oksida, udara, atau material lainnya tergantung jenis kapasitor.

Jawaban singkat:

Kapasitor adalah komponen yang menyimpan energi listrik dalam medan listrik di antara dua konduktor. Nilai kemampuannya menyimpan muatan disebut kapasitansi dengan satuan farad (F).

Apa Itu Kapasitor?

Kapasitor atau dalam istilah lama sering disebut kondensator merupakan komponen pasif yang memiliki nilai kapasitansi tertentu.

Kemampuan kapasitor menyimpan muatan dinyatakan dengan persamaan:

C = Q / V

Keterangan:

• C = kapasitansi dalam farad (F)
• Q = muatan listrik dalam coulomb (C)
• V = beda potensial dalam volt (V)

Dari rumus tersebut dapat dipahami bahwa kapasitansi menunjukkan seberapa banyak muatan yang dapat tersimpan untuk setiap Volt beda potensial.

Siapa Penemu Kapasitor?

Pernyataan bahwa kapasitor ditemukan oleh Michael Faraday perlu diluruskan.

Perangkat penyimpan muatan yang menjadi pendahulu kapasitor modern adalah Leyden jar, yang dikembangkan pada pertengahan 1740-an melalui eksperimen independen di Eropa.

Michael Faraday kemudian memberikan kontribusi besar terhadap pemahaman listrik, medan listrik, dan bahan dielektrik. Karena kontribusinya, satuan SI untuk kapasitansi dinamakan farad (F).

Apakah Semua Kapasitor Memiliki Kutub Positif dan Negatif?

Tidak. Ini merupakan hal penting yang sering membuat pemula keliru.

Kapasitor dapat dibagi menjadi:

• kapasitor polar, yang mempunyai terminal dengan polaritas tertentu;
• kapasitor non-polar, yang pada penggunaan normal tidak memiliki terminal positif dan negatif.

Kapasitor elektrolit aluminium yang umum digunakan pada power supply biasanya memiliki polaritas positif dan negatif. Sementara kapasitor keramik dan banyak kapasitor film umumnya tidak polar.

Penting: pemasangan kapasitor polar dengan polaritas terbalik dapat merusak komponen dan pada kondisi tertentu dapat menyebabkan kapasitor menggembung, bocor, atau pecah.

Bagian-Bagian Kapasitor

1. Elektroda atau Pelat Konduktor

Dua bagian konduktif pada kapasitor menyimpan muatan dengan polaritas berlawanan ketika diberi beda potensial.

2. Dielektrik

Dielektrik merupakan bahan isolator yang berada di antara elektroda. Material ini sangat memengaruhi nilai kapasitansi, tegangan kerja, rugi-rugi, kestabilan temperatur, dan karakteristik frekuensi kapasitor.

3. Terminal

Terminal digunakan untuk menghubungkan kapasitor ke rangkaian. Bentuknya dapat berupa kaki radial, axial, lead, screw terminal, snap-in, maupun pad SMD.

Cara Kerja Kapasitor

Ketika kapasitor dihubungkan ke sumber tegangan DC, elektron berpindah melalui rangkaian sehingga terjadi akumulasi muatan berbeda pada kedua pelat.

Pelat yang satu menjadi relatif bermuatan negatif, sedangkan pelat lainnya relatif positif. Dielektrik mencegah arus konduksi langsung melewati celah antara kedua pelat dalam kondisi ideal.

Ketika tegangan kapasitor meningkat mendekati tegangan sumber DC, arus pengisian semakin mengecil. Pada kondisi tunak DC ideal, kapasitor berperilaku seperti rangkaian terbuka.

Proses Charging

Saat kapasitor mulai dihubungkan ke sumber, terjadi arus pengisian. Besarnya dipengaruhi oleh tegangan, kapasitansi, resistansi, serta impedansi rangkaian.

Proses Discharging

Jika sumber dilepas dan terdapat jalur pelepasan, energi yang tersimpan pada kapasitor dapat dilepaskan kembali ke rangkaian.

Keselamatan: kapasitor berkapasitansi besar dapat mempertahankan tegangan berbahaya walaupun peralatan sudah dimatikan. Jangan menyentuh terminal hanya karena sumber listrik sudah dilepas. Lakukan pengukuran dan prosedur discharge yang benar.

Energi yang Tersimpan pada Kapasitor

Energi yang tersimpan dalam kapasitor dapat dihitung menggunakan:

E = ½ C V²

Dengan:

• E = energi dalam joule (J)
• C = kapasitansi dalam farad (F)
• V = tegangan kapasitor dalam volt (V)

Karena energi berbanding dengan kuadrat tegangan, kenaikan tegangan dapat meningkatkan energi tersimpan secara signifikan.

Fungsi Kapasitor

1. Menyimpan Energi Sementara

Kapasitor dapat menyimpan energi dalam waktu tertentu kemudian melepaskannya kembali. Fungsi ini digunakan pada rangkaian elektronika, flash kamera, power supply, dan berbagai aplikasi lainnya.

2. Filter pada Power Supply

Setelah tegangan AC disearahkan oleh dioda, kapasitor dapat digunakan untuk membantu meratakan ripple tegangan DC.

3. Coupling Sinyal

Dalam rangkaian elektronika, kapasitor coupling dapat melewatkan komponen AC dari sinyal sekaligus menghambat komponen DC tertentu antara dua tahap rangkaian.

4. Decoupling dan Bypass

Kapasitor decoupling banyak dipasang dekat IC untuk membantu menstabilkan tegangan supply lokal dan mengurangi noise atau transien frekuensi tinggi.

5. Rangkaian Timing

Kapasitor bersama resistor dapat membentuk konstanta waktu RC yang digunakan pada timer, oscillator, delay, filter, dan rangkaian pengolah sinyal.

6. Starting dan Running Motor 1 Fasa

Kapasitor khusus motor dapat digunakan untuk menghasilkan pergeseran fasa pada winding bantu sehingga membantu motor satu fasa menghasilkan starting torque atau beroperasi sesuai desainnya.

7. Koreksi Faktor Daya

Dalam sistem AC industri, capacitor bank dapat digunakan untuk menyediakan daya reaktif kapasitif sehingga membantu memperbaiki faktor daya pada beban induktif.

Hal ini tidak tepat disederhanakan menjadi “kapasitor menghemat daya listrik”. Kapasitor faktor daya terutama mengurangi kebutuhan daya reaktif dan dapat mengurangi arus serta rugi-rugi sistem pada kondisi tertentu; energi aktif yang benar-benar digunakan beban tidak otomatis hilang hanya karena kapasitor dipasang.

8. Menekan Noise dan Transien

Kapasitor dengan spesifikasi yang sesuai dapat digunakan pada rangkaian snubber atau suppression untuk membantu menekan transien, noise, atau interferensi elektromagnetik.

Namun kapasitor yang dipasang langsung pada jaringan listrik harus menggunakan jenis dan kelas keselamatan yang sesuai dengan aplikasinya.

Jenis Jenis Kapasitor

Kapasitor dapat dikelompokkan berdasarkan apakah nilainya tetap atau dapat diatur, material dielektrik, polaritas, bentuk konstruksi, maupun aplikasinya.

1. Kapasitor Tetap

Kapasitor tetap adalah kapasitor yang nilai nominal kapasitansinya tidak dirancang untuk diubah oleh pengguna.

Contohnya:

• kapasitor keramik;
• kapasitor film;
• kapasitor mika;
• kapasitor elektrolit;
• kapasitor tantalum.

2. Kapasitor Variabel

Kapasitor variabel adalah kapasitor yang nilai kapasitansinya dapat diubah dalam rentang tertentu.

Jenis ini antara lain variable capacitor dan trimmer capacitor. Aplikasinya dapat ditemukan pada rangkaian tuning, oscillator, RF, radio, dan matching tertentu.

Jika sebuah variable capacitor memiliki rentang misalnya 10–100 pF, artinya nilai kapasitansinya dapat diatur dalam rentang desain tersebut. Tidak tepat menganggap semua kapasitor bertuliskan 100 pF pasti dapat disetel dari 0 sampai 100 pF.

Jenis Kapasitor Berdasarkan Bahan Dielektrik

1. Kapasitor Keramik

Kapasitor keramik menggunakan material keramik sebagai dielektrik. Jenis ini sangat umum pada rangkaian elektronika karena tersedia dari nilai kapasitansi kecil hingga cukup besar dalam ukuran yang ringkas.

Karakteristiknya sangat bergantung pada kelas dan jenis material keramik yang digunakan. Karena itu tidak semua kapasitor keramik mempunyai stabilitas temperatur dan tegangan yang sama.

2. Kapasitor Film

Kapasitor film menggunakan film plastik sebagai dielektrik. Material yang umum antara lain polypropylene dan polyethylene terephthalate (PET/polyester).

Jenis film dipilih sesuai kebutuhan seperti tegangan, frekuensi, kestabilan, pulse handling, dan rugi dielektrik.

3. Kapasitor Elektrolit Aluminium

Kapasitor elektrolit aluminium banyak digunakan ketika dibutuhkan kapasitansi relatif besar dengan ukuran yang ekonomis, misalnya pada bagian filter power supply.

Sebagian besar tipe yang umum bersifat polar sehingga pemasangan terminal positif dan negatif harus diperhatikan.

4. Kapasitor Tantalum

Kapasitor tantalum juga dapat memberikan kapasitansi tinggi pada ukuran yang relatif kecil. Banyak jenisnya bersifat polar dan mempunyai batas tegangan serta karakteristik surge yang harus diperhatikan.

5. Kapasitor Mika

Kapasitor mika dikenal mempunyai karakteristik yang cukup stabil dan dapat digunakan pada aplikasi RF atau rangkaian yang memerlukan kapasitansi kecil dengan kestabilan tinggi.

6. Kapasitor Kertas

Kapasitor berbasis kertas banyak ditemukan pada desain lama. Pada aplikasi modern, banyak fungsi tersebut telah digantikan oleh teknologi film plastik dan konstruksi lain yang lebih sesuai.

Kapasitor Polar dan Non-Polar

Aspek	Kapasitor Polar	Kapasitor Non-Polar
Polaritas	Harus diperhatikan	Tidak memiliki polaritas pemasangan normal
Contoh	Banyak electrolytic dan tantalum	Keramik, mika, banyak film
Aplikasi umum	Filter supply, energy storage tertentu	Coupling, timing, RF, filter, AC tertentu

Satuan Kapasitor

Satuan SI kapasitansi adalah farad (F). Karena 1 Farad cukup besar untuk banyak rangkaian elektronika, nilai kapasitor sering ditulis menggunakan:

• 1 mF = 10^-3 F
• 1 µF = 10^-6 F
• 1 nF = 10^-9 F
• 1 pF = 10^-12 F

Contoh:

1000 nF = 1 µF

1000 pF = 1 nF

Apa Arti µF dan Volt pada Kapasitor?

Jika sebuah kapasitor tertulis:

100 µF 50 V

maka:

• 100 µF adalah nilai kapasitansinya;
• 50 V adalah rating tegangan yang ditetapkan produsen untuk kondisi penggunaannya.

Jangan mengganti kapasitor dengan rating tegangan yang lebih rendah dari kebutuhan rangkaian.

Kapasitor pada Rangkaian AC

Pada sumber AC, tegangan terus berubah sehingga kapasitor terus mengalami proses charging dan discharging.

Hambatan terhadap perubahan arus AC dari kapasitor dikenal sebagai reactance kapasitif:

X_C = 1 / (2πfC)

Dengan:

• X_C = reactance kapasitif (Ω)
• f = frekuensi (Hz)
• C = kapasitansi (F)

Semakin tinggi frekuensi atau semakin besar nilai kapasitansi, semakin kecil reactance kapasitifnya.

Rangkaian Kapasitor Seri

Jika kapasitor disusun seri:

1/C_T = 1/C₁ + 1/C₂ + 1/C₃ + ...

Untuk dua kapasitor:

C_T = (C₁ × C₂) / (C₁ + C₂)

Rangkaian Kapasitor Paralel

Jika kapasitor dipasang paralel, kapasitansi total adalah:

C_T = C₁ + C₂ + C₃ + ...

Cara Memilih Kapasitor Pengganti

Ketika mengganti kapasitor yang rusak, jangan hanya melihat nilai µF. Periksa juga:

• nilai kapasitansi;
• rated voltage;
• polaritas;
• tipe dielektrik;
• toleransi;
• ESR jika relevan;
• ripple current;
• rating temperatur;
• ukuran fisik;
• fungsi kapasitor pada rangkaian.

Kapasitor motor, kapasitor power supply, kapasitor suppression, dan kapasitor RF memiliki persyaratan yang berbeda sehingga tidak boleh saling menggantikan hanya karena nilai µF-nya sama.

Ciri-Ciri Kapasitor Rusak

Beberapa tanda yang dapat ditemukan antara lain:

• bagian atas kapasitor elektrolit menggembung;
• elektrolit bocor;
• nilai kapasitansi turun jauh;
• ESR meningkat;
• short circuit;
• open circuit;
• motor sulit start pada aplikasi motor capacitor;
• power supply mengalami ripple berlebihan.

Penilaian kondisi sebaiknya dilakukan menggunakan alat ukur dan prosedur yang sesuai, bukan hanya melihat bentuk fisik.

Kesimpulan

Kapasitor adalah komponen pasif yang menyimpan energi dalam medan listrik antara dua elektroda yang dipisahkan bahan dielektrik. Kemampuannya menyimpan muatan disebut kapasitansi dan dinyatakan dalam farad.

Kapasitor mempunyai banyak fungsi, antara lain sebagai filter power supply, coupling, decoupling, timing, starting motor, koreksi faktor daya, suppression noise, dan penyimpanan energi sementara.

Jenis jenis kapasitor antara lain keramik, film, elektrolit, tantalum, mika, kapasitor tetap, dan kapasitor variabel. Setiap jenis memiliki karakteristik berbeda sehingga pemilihannya harus disesuaikan dengan tegangan, kapasitansi, frekuensi, temperatur, dan aplikasi rangkaian.

Saat mengganti kapasitor, jangan hanya mencocokkan nilai µF. Pastikan pula rating tegangan, polaritas, jenis kapasitor, serta parameter lain sesuai dengan komponen aslinya.

FAQ Kapasitor

Apa itu kapasitor?

Kapasitor adalah komponen elektronik pasif yang menyimpan energi dalam medan listrik antara dua konduktor yang dipisahkan bahan dielektrik.

Apa fungsi kapasitor?

Fungsinya antara lain menyimpan energi sementara, filter power supply, coupling, decoupling, timing, starting motor, koreksi faktor daya, dan suppression noise.

Apa satuan kapasitor?

Satuan kapasitansi adalah farad (F). Pada elektronika sering digunakan mikrofarad (µF), nanofarad (nF), dan picofarad (pF).

Apakah semua kapasitor mempunyai positif dan negatif?

Tidak. Kapasitor elektrolit tertentu bersifat polar, sedangkan kapasitor seperti keramik dan banyak jenis film bersifat non-polar.

Apa fungsi kapasitor pada motor?

Pada motor satu fasa tertentu, kapasitor digunakan untuk menghasilkan pergeseran fasa pada winding bantu sehingga membantu proses starting atau operasi motor.

Apakah kapasitor menyimpan arus listrik?

Istilah yang lebih tepat adalah kapasitor menyimpan energi dalam medan listrik dan terdapat muatan pada elektrodanya. Arus merupakan laju aliran muatan, bukan sesuatu yang disimpan sebagai arus.

Apa perbedaan kapasitor polar dan non-polar?

Kapasitor polar harus dipasang sesuai polaritas terminalnya, sedangkan kapasitor non-polar pada penggunaan normal tidak mempunyai orientasi positif-negatif.