Transcript Kapasitor - WordPress.com

Kapasitor dan Rangkaian RC
Free Powerpoint Templates
Page 1
KAPASITOR
Bahan dielektrik
Luas =A
Secara umum Kapasitor terdiri atas dua
keping konduktor yang saling sejajar dan
terpisah oleh suatu bahan dielektrik ( dari
bahan isolator) atau ruang hampa.
Antara dua keping dihubungkan dengan beda
potensial V dan menimbulkan muatan listrik
sama besar pada masing-masing keping tetapi
berlawanan tanda.
Free Powerpoint Templates
Page 2
Kapasitor
• Sifat Kapasitor
1. Dapat menyimpan energi listrik,
tanpa disertai reaksi kimia
2. Tidak dapat dilalui arus listrik
DC dan mudah dilalui arus
bolak-balik
3. Bila kedua keping
dihubungkan dengan beda
potensial, masing-masing
bermuatan listrik sama besar
tapi berlawanan tanda.
Simbol Kapasitor
-Q
+Q
+
Free Powerpoint Templates
V
Page 3
Kapasitor
• Kapasitas kapasitor (C)
menunjukkan besar muatan
listrik pada masing-masing
keping bila kedua keping
mengalami beda potensial 1
volt
-Q
+Q
V
+
Q
C
V
V
Q = nilai muatan listrik pada masingmasing keping
V = beda potensial listrik antar keping
( volt)
C = kapasitas kapasitor (Farad = F )
Free Powerpoint Templates
Page 4
Kapasitas kapasitor
Q
C
V
Ruang hampa atau udara
C
Luas =A
Q
Q

Q
Exd
xd
Aε o
ε o xA
C
d
A = luas salah satu
permukaan
yang saling
berhadapan
(meter 2 )
d = Jarak antar
keping
(meter)
C = kapasitas
kapasitor
(Farad= F)
o = permitivitas udara atau ruang hampa
( 8.854 187 82 · 10-12 C/vm )
Free Powerpoint Templates
Page 5
Kapasitas kapasitor
Kapasitas kapasitor yang terdiri atas bahan dielektrik
Bahan dielektrik
εxA
C
d
ε  ε o .K
Luas =A
K = tetapan dielektrik (untuk udara
atau ruang hampa K = 1 )
 = permitivitas bahan dielektrik ( C/vm )
Free Powerpoint Templates
Page 6
Jenis- jenis kapasitor
Kapasitor Electrostatic
Kapasitor electrostatic adalah kelompok kapasitor yang dibuat dengan
bahan dielektrik dari keramik, film dan mika.
Kapasitor Electrolytic
Kelompok kapasitor electrolytic terdiri dari kapasitor-kapasitor yang bahan
dielektriknya adalah lapisan metal-oksida. Umumnya kapasitor yang
termasuk kelompok ini adalah kapasitor polar dengan tanda + dan - di
badannya. kapasitor ini memiliki polaritas, adalah karena proses
pembuatannya menggunakan elektrolisa sehingga terbentuk kutub positif
anoda dan kutub negatif katoda.
Kapasitor Electrochemical
Satu jenis kapasitor lain adalah kapasitor electrochemical. Termasuk
kapasitor jenis ini adalah battery dan accu. battery dan accu adalah
kapasitor yang sangat baik, karena memiliki kapasitansi yang besar dan
arus bocor (leakage current) yang sangat kecil.
Free Powerpoint Templates
Page 7
Rangkaian Kapasitor
• Rangkaian seri
+Q1
-Q1
+
+Q2
V
-Q2
1. Kapasitas gabungan kapasitor (Cg ),
kapasitas kapasitor pertama (C1),
kapasitor kedua (C2) memenuhi :
1
1
1
 
Cg C1 C2
2. Muatan listrik yang tersimpan pada
rangkaian = muatan listrik pada
masing-masing kapasitor.
Q = Q1 + Q2 dan Q1 = Q2
3. Tegangan listrik antar ujung
rangkaian(V), tegangan pada
kapasitor pertama(V1 ) dan kapasitor
kedua(V2 ) memenuhi:
V = V1 + V2
Free Powerpoint Templates
Page 8
Rangkaian Kapasitor
• Rangkaian seri
1. Kapasitas gabungan
kapasitor :
Contoh
+Q
-Q
C1 = 2 F
+Q
-Q
C2 = 3 F
V = 6 volt
+
1 1 1 3 2
  
Cg 2 3
6
Cg = 6/5 = 1,2 F
2. Muatan listrik
pada rangkaian = 1,2 F x 6V
= 7,2 C
Pada kapasitor satu = 7,2 C
Pada kasitor kedua = 7,2 C
3. Tegangan liatrik
pada kapasitor satu = 3,6 V
Pada kapasitor dua = 2,4 V
Free Powerpoint Templates
Page 9
Rangkaian Kapasitor
• Rangkaian paralel
+Q1
1.
-Q1
2.
3.
+Q2
+
-Q2
Tegangan pada kapasitor pertama
(V1), kapasitor kedua (V2) dan
tegangan sumber (V) masing-masing
sama besar.
V1 = V2 = V
Muatan listrik yang tersimpan pada
rangkaian memenuhi
Q = Q1 + Q2
Kapasitas gabungan kapasitor
mmenuhi :
Cg = C1 + C2
V
Free Powerpoint Templates
Page 10
Rangkaian Kapasitor
• Rangkaian paralel
1.
Contoh
+Q1
-Q1
2.
3.
C1 = 2 F
+Q2
-Q2
Tegangan pada kapasitor pertama (V1)
dan kapasitor kedua (V2) adalah
V1 = V2 = 6 volt
Kapasitas gabungan kapasitor adalah
Cg = C1 + C2 = 2F + 3F = 5F
Muatan listrik yang tersimpan pada
rangkaian memenuhi
Q = Cg xV =
5F x 6V = 30C
Q1 = C1 x V = 2Fx6V = 12C
Q2 = C2 x V = 3Fx6V = 18C
C2 = 3 F
V =+ 6 volt
Free Powerpoint Templates
Page 11
Energi Listrik yang Tersimpan pada
Kapasitor
• Grafik hubungan tegangan (V) dengan muatan listrik yang tersimpan
pada kapasitor (Q)
Q(Coulomb)
Nilai energi listrik yang
tersimpan pada kapasitor yang
bermuatan listrik Q = luas daerah
Dibawah garis grafik Q-V (yang
diarsir ).
Q
V
V(volt)
1
W  QV
2
Free Powerpoint Templates
Page 12
Energi Listrik yang Tersimpan pada
Kapasitor
Sebuah kapasitor yang memiliki kapasitas C dihubungkan dengan tegangan V.
1
W  (CV)V
2
Karena Q = C.V, maka
C
+
V
1
2
W  CV
2
Keterangan :
Q = muatan listrik kapasitor ( Coulomb)
C = Kapasitas kapasitor ( farad)
V = tegangan listrik antar keping kapasitor ( Volt)
W = Energi listrik yang tersimpan pada kapasitor ( Joule )
Free Powerpoint Templates
Page 13
Rangkaian RC (Resistor-Kapasitor)
Rangkaian RC (Resistor-Kapasitor), atau
sering dikenal dengan istilah RC filter atau RC
network, adalah rangkaian listrik yang tersusun dari
resistor dan kapasitor. Rangkaian RC orde satu
(first order) tersusun dari satu resistor dan satu
kapasitor yang merupakan rangkaian RC paling
sederhana.
Rangkaian RC dapat digunakan untuk
menyaring (filter) sinyal dengan cara menahan
(block) frekuensi sinyal tertentu dan meneruskan
(pass) sinyal yang lainnya. Ada 4 macam filter RC,
di antaranya: high-pass filter, low-pass filter, bandpass filter, dan band-stop filter.
Free Powerpoint Templates
Page 14
RANGKAIAN RC SEBAGAI TAPIS
(FILTER)
Rangkaian RC sering digunakan sebagai filter (tapis).
Ada dua jenis filter, yaitu
1. low-pass filter (tapis lolos rendah)
Rangkaian ini digunakan untuk melewatkan sinyalsinyal frekuensi rendah dan melemahkan sinyal-sinyal
frekuensi tinggi.
2. high-pass filter (tapis lolos tinggi)
Rangkaian ini digunakan untuk melewatkan sinyalsinyal frekuensi tinggi dan melemahkan sinyal-sinyal
frekuensi rendah.
Free Powerpoint Templates
Page 15
VOUT
R
VIN
~
R
VIN
C
~
C
VOUT
Low-pass RC filter
High-pass RC filter
Low-pass
High-pass
VOUT / VIN
1.0
frekuensi , Hz
Respon-frekuensi dari High-pass dan
FreeLow-pass
Powerpoint
filterTemplates
Page 16
Rangkaian RC seri
Rangkaian RC paralel
Free Powerpoint Templates
Page 17
Rangkaian arus searah arus RC
Kapasitor dan resistor sering dijurnpai bersama-sama dalam suatu rangkaian. Garnbar
6-7 rnenunjukkan sebuah contoh sederhana rangkaian RC. Jika saklar S. ditutup, arus
segera rnulai rnengalir ke dalam nmgkaian, dan pada kapasitor C rnulai lcrkurnpul
sejurnlah
rnuatan . Selarna rnuatan lerkurnpul pada kapasilor, arus dari surnber rnenurun hingga
tegangan kapasilor V sarna dengan gaya gerak listrik surnber E,dan sclanjutnya
lidakada
arus yang rnengalir. Mualan pada kapasilor Q naik sccata benahap
S

C
R
Free Powerpoint Templates
 +
Page 18
Pada t = 0 , ketika S ditutup:
Pada kapasitor C tidak ada muatan sehingga tak ada
beda potensial di ujung ujung kapasitor.
Beda potensial di ujung ujung R adalah 
 arus maksimum I0 =  / R
Pada t = t , pada saat setelah S ditutup:
Di kapasitor sudah ada muatan Q (+Q di keping +
dan –Q di keping -)
Beda tegangan di ujung ujung kapasitor menjadi Q/C
Akibatnya beda tegangan di ujung ujung R (dan arus
I) turun.
Free Powerpoint Templates
Page 19
Dari hukum Kirchhoff:  IR 
Dan hubungan
dQ
I
dt
Q
0
C
dQ
Didapat persamaan C  Q 
RC
dt
dQ
1
 C  Q  RC  dt
t
k
(1)
RC
k konstanta integrasi, dari syarat t = 0 muatan Q = 0,
akan didapat k   ln(C )
 ln(C  Q) 
Free Powerpoint Templates
Page 20
Ketika kapasitor terisi penuh, beda tegangan di ujung
ujung kapasitor adalah  dan muatan di kapasitor
adalah Qm  C
Persamaan (1) menjadi: ln
(C  Q)
t

C
RC
t
Q
t
ln(1 
)
Qm
RC

Q
(1 
)  e RC
Qm
Muatan sebagai fungsi t: Q  Q (1  e
m

t
RC
)
t
Arus sebagai fungsi t:

dQ
I
 I 0 e RC
dt
I0 

R
Free Powerpoint Templates
Page 21
Kurva Q dan I sebagai fungsi t
Free Powerpoint Templates
Page 22
PERILAKU RANGKAIAN RC
TERHADAP TEGANGAN AC
i atau vc
i = Ipsin t
S
vc = Vpsin (t – 90)
C
/2
~

3/2
2 5/2
3
t
R
v R (t )  iR  I P R sin t
IP
Q 1
v C ( t )    i( t ) dt  
cos t  X C I P sin( t  90)
C C
C
Free Powerpoint Templates
Page 23
Impedansi Dalam Rangkaian RC Seri
Dalam rangkaian RC sifat perlawanan listrik diberikan
oleh resistor dan kapasitor. Karena perbedaan fase
antara tegangan resistor dan kapasitor, maka perlawanan
total yang diberikan oleh kedua komponen tersebut
tidak bisa dijumlahkan secara langsung, melainkan
harus ditambahkan secara vector. Perlawanan total
(disebut impedansi, Z) merupakan resultan antara R dan
XC yang besarnya adalah
Z 
R X
2
2
C

 1 
R 

 C 
2
2
Free Powerpoint Templates
Page 24
Sudut fase antara Z dan R adalah :
1 
 XC 
1 
  tg 
  tg 

 RC 
 R 
1
Diagram Fase Rangkaian RC

R
Z
vc
Contoh *
Free Powerpoint Templates
Page 25