Kapasitor

Kapasitor (capacitor) merupakan komponen pasif elektronika yang berfungsi sebagai :

1. Penyimpan muatan listrik.
2. Mem-blok arus dc.
3. Sebagai kopling dimana memblok arus dc dan meneruskan arus ac dengan menumpangkan arus ac ke arus dc. 
4. Dapat digunakan pada rangkaina filter jika diintegrasikan dengan komponen lainnya seperti resistor, induktor, Op-am, transistror.
5. Digunakan sebagai penalaan (mencari frekuensi) yang diinginkan yang umum ditemui pada rangkaian radio analog. Tipe kapasitor yang digunakan untuk penalaan adalah Varco (Variable condenser).
6. Sebagai penghambat arus listrik ac, dimana besarnya hambatan (reaktansi kapasitif)  tergantung dari besarnya frekuensi yang melalui kapasitor.

Gambar 1. Simbol Kapasitor

Kapasitor juga sering disebut sebagai kondensator. Simbol kapasitor ada dua yaitu polar yang memiliki kutub positif (+) dan negatif (-) dan non polar yang tidak memiliki kutub pada terminal kapasitor. Kapasitor dengan simbol polar tidak boleh terbalik pemasangannya terhadap catu daya, sedang kapasitor dengan simbol non polar boleh dibolak balik koneksi terminal kapasitor terhadap rangkaian atau sumber catu daya. Gambar 1 menunjukan perbedaan simbol antara polar dan non polar. Semua jenis kapasitor tidak memiliki kutub pada terminalnya menggunakan simbol non polar.

Jenis Kapasitor

Kapasitor memiliki beberapa jenis berdasarkan bahan isolator atau bahan dielektriknya sebagai berikut :

Kapasitor Mylar
Kapasitor yang dibuat dari bahan isolator polystyrene yang memiliki tingkat kebocoran kecil meskipun dalam suhu tinggi. kapasitor ini termasuk kapasitor yang tidak memiliki kutub pada terminalnya sehingga pemasangan pada rangkaian boleh dibolak-balik. Kapasitor jenis ini umum ditemui dan digunakan sebagai filter pada rangkaian Audio atau rangkaian frekuensi rendah.

Gambar 2. Kapasitor Mylar

Besarnya kapasitas kapasitor mylar biasanya tertera pada kapasitor tersebut seperti ditunjukan pada Gambar 2 dengan contoh nilai 104. Kapasitor mylar mempunyai satuan standar pF (pico Farad) sehingga angka 104 pada kapasitor mylar = 100000 pF dan sering ditulis menjadi 100nF. Huruf J menandakan besarnya toleransi pada kapasitor Mylar yaitu 5%.

Kapasitor Mika

Kapasitor mika dibuat dari bahan isolator mika. Kapasitor mika juga tidak memiliki kutub pada terminalnya sehingga pemasangan pada rangkaian elektronika boleh dibolak balik. Kapasitor ini memiliki toleransi rendah dan umum digunakan pada rangkaian filter frekuensi tinggi. Kapasitor ini memiliki harga tolerasni ± 1% hingga 20% dan memiliki harga kisaran 1pF hingga 0.1 μF (mikro Farad).

Gambar 3. Kapasitor Mika

Besarnya kapasitas kapasitor mika biasanya sudah tertera pada kapasitor tersebut seperti yang ditunjukan pada Gambar 3 dengan nilai 222. Kapasitor mika mempunyai satuan standar pF (pico Farad) sehingga 222 = 2200 pF dan sering ditulis menjadi 2.2nF atau 2n2. Huruf J menandakan toleransi kapasitor mika sebesar 5%.

Kapasitor Elektrolit / Elco (Electrolytic condenser)

Kapasitor ini memiliki bentuk tabung dan terminalnya memiliki kutub positif dan kutub negatif sehingga dalam pemasangan pada rangkaian listrik tidak boleh terbalik. Kapasitor ini umumnya digunakan untuk menangani frekuensi sangat rendah dan untuk frekuensi tertinggi kisaran pada frekuensi audio. Kapasitor elektrolit ini mempunyai rentang nilai antara 1 hingga 500000 μF.

Gambar 4. Kapasitor Elektrolit

Dalam menentukan kutub positif dan negatif kapasitor elektrolit sangat mudah, umumnya terminal dengan ukuran lebih panjang dari lainnya adalah kutub positif dan sebaliknya. Atau bisa juga dengan melihat tanda negatif pada sisi kapasitor yang menyatakan terminal kapasitor pada sisi tersebut adalah terminal kutub negatif. Untuk menentukan nilai kapasitansi biasanya sudah langsung tertulis seperti pada Gambar 4 yaitu 680 μF dengan tegangan maksimum 35 Volt.

Kapasitor keramik
Kapasitor keramik dibuat dari bahan dielektrik keramik. Kapasitor keramik banyak digunakan untuk aplikasi frekuensi tinggi seperti pada RF transmitter. Kapasitor keramik tidak memiliki kutub pada terminalnya sehingga pemasangan pada rangkaian boleh dibolak-balik.

Gambar 5. Kapasitor Keramik

Untuk menentukan nilai kapasitas kapasitor keramik biasanya sudah ditulis pada kapasitor tersebut seperti pada Gambar 5 ditulis 104. satu angka terakhir menandakan pengali. Kapasitor keramik mempunyai satuan standar pF sehingga 104 berarti 100000pF atau bisa ditulis 100nF (100 nano Farad).

Kapasitor Kertas

Kapasitor kertas dibuat dari bahan dielektrik dari kertas. Kapasitor kertas juga tidak mempunyai kutub pada terminalnya sehingga dalam pemasangan pada rangkaian elektronika boleh dibolak-balik. Kapasitor ini adalah kapasitor paling murah dibanding jenis kapasitor lainnya karena dibuat dari bahan kertas. 

Gambar 6. Kapasitor Kertas 

Untuk menentukan nilai kapasitas kapasitor kertas biasanya sudah tertera pada kapasitor tersebut seperti pada Gambar 6 tampak nilai 473. Kapasitor kertas mempunyai satuan standar pF sehingga 473 berarti 4700pF atau bisa ditulis 4.7nF atau 4n7.

Kapasitor Udara

Kapasitor udara adalah jenis dari variabel kapasitor atau varco (variable condenser) dan kapasitor ini digunakan sebagai penalaan frekuensi radio dan saat ini sudah jarang sekali ditemukan karena penerima radio saat ini umumnya telah menggunakan teknologi digital. Variabel kapasitor masih dapat ditemukan pada rangkaian pemancar radio analog dan penerima radio analog.

Gambar 7. Kapasitor Udara

Kapasitor udara ini dibuat dengan elektroda dimana ditengah tengah elektroda hanya ada ruangan udara (bahan dielektrik udara). 

Gambar 8. Ilustrasi gambar internal kapasitor udara 

Gambar 9. Pelat Kapasitor Udara

Gambar 8a di atas menunjukan bahwa kapasitor udara memiliki pelat sebagai elektroda, diantara pelat memiliki ruang kosong (berisi udara). Pelat paralel umumnya memiliki bagian yang tetap dan ada yang dapat berputar yang menyebabkan perubahan nilai kapasitas kapasitor udara karena posisi pelat paralel berubah. Pada variabel kapasitor umumnya memiliki banyak pelat yang disusun paralel agar dapat memiliki nilai total kapasitas kapasitor lebih besar seperti ditunjukan pada Gambar 8b.

Kapasitor Tantalum
Kapasitor tantalum merupakan kapasitor mirip sekali dengan kapasitor elektrolit dan juga memiliki kutub (+) dan kutub (-). Kapasitor tantalum memiliki pelat logam tantalum sebagai lapisan anoda, lalu dikelilingi lapisan isolasi yang membentuk dielektrik dan dikelilingi cairan elektrolit padat sebagai katoda-nya. Karena kapasitor tantalum memiliki lapisan dielektrik sangat tipis dan permitivitasnya tinggi sehingga membuat tantalum dapat memiliki kapasitas kapasitor lebih tinggi dari kapasitor elektrolit dengan bobot yang lebih rendah. 

Gambar 10. Kapasitor Tantalum

Multi Layer Chip Capacitor (MLCC)

Multi layer chip capacitor merupakan kapasitor SMD (Surface Mounted Device) yang digunakan dalam rentang nilai kapasitansi yang luas. MLCC lebih sering menjadi pilihan untuk digunakan karena memiliki kehandalan dan karakteristik frekuensi lebih baik dibanding jenis kapasitor lainnya. MLCC dibuat dari banyak lapisan keramik dan elektroda disusun seperti sandwich. Elektroda bagian dalam dibuat dari BME (Base Metal Electrode). Elektroda bagian dalam terhubung pada terminasi luar untuk pemasangan kapasitor dipermukaan PCB (Printed Circuit Board) yang terdiri dari tiga lapisan, yaitu lapisan Ag atau Cu, lapisan Ni, lapisan Sn.

Gambar 11. Multi Layer Ceramic Capacitor

MLCC dibagi menjadi dua kelas yaitu :

1. Kelas 1 yaitu tipe kompensasi suhu (temperature compensate) yang memiliki TCC (Temperature Coefficient of Capacitance ) rendah dan lebih baik dalam menangani frekuensi tinggi. Kapasitor ini sering digunakan pada rangkaian High Frequency (ponsel, tuner, VCO) dll.
2. Kelas 2 yaitu tipe konstanta dielektrik tinggi yang digunakan pada rangkaian elektronik umum (high dielectric constant). MLCC tipe ini digunakan untuk menggantikan kapasitor tantalum dan alumunium karena nilai SSR (Equivalent Series Resistance) rendah.

Nilai nominal kapasitansi MLCC dapat dilihat pada permukaan MLCC dengan satuan pico Farad (pF) yang umumnya diwakili oleh tiga digit angka dimana angka pertama dan angka kedua menyatakan angka satuan, dan angka ketiga menyatakan banyaknya nol dengan contoh yang dapat dilihat pada Gambar 12.

Gambar 12. Pembacaan nilai nominal kapasitor

Cara membaca nilai kapasitas kapasitor 
Kapasitor memiliki satuan Farad dengan beberapa tingkatan pembacaan seperti mili Farad, mikro Farad, nano Farad dan pico Farad. Setiap tingkatan dari Farad turun ke bawah ditunjukan pada Gambar 13 besarnya nilai kapasitas kapasitor dikalikan dengan 1000 per tangga, begitu sebaliknya tingkatan dari bawah (pico Farad) ke atas nilai kapasitas kapasitor dibagi dengan 1000 per tangga. 

Gambar 13. Tangga satuan kapasitor

Contoh tingkatan satuan kapasitor :
0,1μF = 0,1 x1000 = 100nF
100pF = 100 : 1000 = 0,1 nF

Untuk membaca nilai kapasitas kapasitor yang menggunakan kode alphabet adalah dengan menggunakan acuan Tabel 1 di bawah.

Tabel 1. Acuan pembacaan nilai kapasitas kapasitor alphabet

Angka	Posisi 1	Posisi 2	Pengali	Toleransi
0	-	0	1
1	1	1	10	F = 1%
2	2	2	100	G = 2%
3	3	3	1000	H = 3%
4	4	4	10.000	J = 5%
5	5	5	100.000	K = 10%
7	6	6	1.000.000	M = 20%
8	7	7	100.000.000

Umumnya kapasitor non polar nilainya ditulis menggunakan alphabet memiliki satuan standar pF (pico Farad). Contoh : kapasitor dengan nilai tertera 104J seperti yang ditunjukan Gambar 12 bernilai 100000 pF atau umum ditulus 100nF. 

Gambar 14. Pembacaan nilai kapasitas kapasitor

Reaktansi Kapasitif
Besarnya hambatan kapasitor (reaktansi kapasitif) tergantung dari nilai kapasitor dan frekuensi listrik yang melewati kapasitor tersebut. Semakin besar frekuensi listrik yang melalui kapasitor maka reaktansi kapasitif (hambatan kapasitor) semakin kecil. Sebaliknya semakin kecil frekuensi listrik yang melewati kapasitor maka hambatan semakin besar sehingga jika frekuensi listrik adalah 0 Hz atau bisa dikatakan listiki dc maka kapasitor tidak melewatkan arus listrik dc.

Hubungan antara frekuensi listrik dan kapasitas kapasitor dapat dituliskan dengan rumus reaktansi kapassitif (XC) sbb : 

Dimana :

XC : Raktansi kapasitif dengan satuan Ohm (Ω)

f :  Frekuensi dalam satuan Hertz (Hz)

C : Nilai kapasitas kapasitor dengan satuan Farad (F)

π (Pi) : Nilai sebesar 3,14 atau 22/7

Contoh menentukan nilai reaktansi kapasitif suatu kapasitor
Rangkaian yang terdiri dari hanya satu kapasitor dengan nilai 1μF (1 mikro Farad) dilalui listrik sebesar 5 Volt dengan frekuensi 100Hz maka nilai reaktansi kapasitif adalah :

XC = 1 / 2. 3,14. 100. 100.10-6

XC = 1592,36 Ω

Dari nilai nilai reaktansi kapasitif (Xc) yang didapatkan dapat dihitung besarnya arus yang melalui kapasitor yaitu : 

I = V / XC

I = 5 / 1592,36

I = 0,00314 A  = 3,14 mA

Total kapasitas kapasitor pada rangkaian paralel
Nilai kapasitas kapasitor total suatu kapasitor yang dirangkai secara paralel adalah dengan menjumlahkan masing-masing besarnya kapasitas kapasitor. 

Gambar 13. Kapasitor disusun paralel

Empat buah kapasitor dengan masing-masing nilai kapasitas kapasitor 1μF dipasang  secara paralel seperti Gambar 13 di atas, maka total kapasitas kapasitor adalah :
Ctotal = C1+ C2 + C3 + C4 
Ctotal = 1μF + 1μF + 1μF + 1μF
Ctotal = 4μF

Jika kapasitor dipasang secara paralel maka nilai kapasitas kapasitor total semakin besar atau bertambah.

Total kapasitas kapasitor pada rangkaian seri

Gambar 14. Kapasitor disusun seri

Total kapasitas kapasitor yang dipasang secara seri pada suatu rangkaian seperti gambar di atas dapat dihitung dengan rumus :
1/Ctotal = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + 1/C4
1/Ctotal = 1/1μF  +  1/1μF  + 1/μF  + 1/μF
1/Ctotal = 4
Ctotal = 1/4 μF

Jika kapasitor dipasang secara seri maka kapasitas kapasitor total akan semakin kecil atau berkurang.