Ketika digunakan dalam rangkaian arus searah atau DC, kapasitor mem-blok aliran arus melaluinya, tetapi ketika terhubung ke rangkaian arus bolak-balik atau AC, arus lolos langsung melaluinya dengan sedikit perlawanan atau tidak ada sama sekali. Jika tegangan DC diterapkan pada piring-piring konduktif kapasitor, arus pengisian mengaliri piring-piring dengan elektron memberikan satu piring bermuatan positif dan piring lain bermuatan negatif dengan nilai yang sama dan berlawanan. Aliran elektron pada pelat ini dikenal sebagai Arus Pengisian dan terus mengalir sampai tegangan di kedua piring (dan karenanya kapasitor) sama dengan tegangan Vc. Pada titik ini, kapasitor dikatakan terisi penuh oleh elektron dengan kekuatan arus pengisian yang mencapai nilai maksimum saat masing-masing piringan telah kosong dan secara perlahan berkurang hingga mencapai nilai nol bersamaan dengan naiknya muatan piringan hingga mencapai nilai yang sama dengan tegangan yang diaplikasikan, seperti yang digambarkan sebagai berikut.
Konstruksi Kapasitor
Kapasitor pelat paralel adalah bentuk kapasitor paling sederhana dan nilai kapasitansinya ditetapkan oleh luas permukaan pelat konduktif dan jarak pemisah antara mereka. Mengubah salah satu dari nilai-nilai ini mengubah nilai dari kapasitansi dan ini membentuk dasar kerja dari kapasitor variabel. Juga, karena kapasitor menyimpan energi dari elektron dalam bentuk muatan listrik pada lempeng, semakin besar pelat dan / atau lebih kecil jarak pemisah mereka, semakin besar muatan kapasitor berlaku untuk setiap tegangan yang diberikan di piring nya. Dengan kata lain, lebih besar piring, lebih kecil jarak pemisah, lebih besarlah kapasitansi.
Dengan menerapkan tegangan ke kapasitor dan mengukur muatan pada pelat, rasio muatan Q untuk tegangan V akan memberikan nilai kapasitansi dari kapasitor dan karena itu diberikan sebagai: C = Q / V persamaan ini juga bisa kembali diatur untuk memberikan formula yang lebih akrab bagi kuantitas muatan pada pelat sebagai: Q = C x V
Meskipun kita telah mengatakan bahwa muatan tersebut disimpan pada pelat kapasitor, lebih benar untuk mengatakan bahwa energi dalam muatan disimpan dalam sebuah "medan elektrostatik" antara dua piring. Ketika arus listrik mengalir ke kapasitor, yakni pengisian, medan elektrostatik menjadi lebih kuat karena menyimpan lebih banyak energi. Demikian juga, arus mengalir keluar dari kapasitor, yakni pengosongan, perbedaan potensial antara dua pelat menurun dan medan elektrostatik menurun sebagai energi bergerak yang keluar dari piring.
Properti sebuah kapasitor untuk menyimpan muatan pada pelat dalam bentuk medan elektrostatik disebut Kapasitansi dari kapasitor. Tidak hanya itu, kapasitansi juga bisa diartikan sebagai kemampuan sebuah kapasitor menolak perubahan tegangan di atasnya.
Kapasitansi sebuah kapasitor
Satuan kapasitansi adalah Farad (disingkat F) berasal dari nama fisikawan Michael Faraday dari Inggris dan didefinisikan sebagai sebuah kapasitor memiliki kapasitansi Satu Farad ketika muatan Satu Coulomb disimpan pada piring oleh tegangan Satu volt. Kapasitansi, C adalah selalu positif dan tidak memiliki unit negatif. Namun, Farad adalah satuan yang sangat besar pengukuran untuk digunakan sendiri sehingga sub-kelipatan Farad yang umumnya digunakan seperti mikro-Farad, nano-pico-Farad dan farad, misalnya.
Unit Kapasitansi
Microfarad (μF) 1μF = 1 / 1, 000,000 = 0,000001 = 10 -6 F
Nanofarad (nF) 1NF = 1 / 1, 000,000,000 = 0,000000001 = 10 -9 F
Picofarad (pF) 1pF = 1 / 1, 000000000000 = 0,000000000001 = 10 -12 F
Kapasitansi sebuah kapasitor pelat paralel sebanding dengan luas area piring tersebut, A dan berbanding terbalik dengan jarak atau pemisahan, d (yaitu ketebalan dielektrik) memberi kita nilai kapasitansi
C = k (A / d) di mana dalam ruang vakum nilai k konstan adalah 8,84 x 10^-12 F / m atau 1/4.π.9 x 10^9, yang merupakan permitivitas ruang bebas. Secara umum, pelat kapasitor konduktif yang dipisahkan oleh udara atau beberapa jenis bahan isolasi atau gel daripada ruang vakum atau ruang bebas.
Dielektrik dari sebuah Capacitor
Sama seperti ukuran keseluruhan dari piring konduktif dan jarak pemisah dari satu sama lain, faktor lain yang mempengaruhi kapasitansi keseluruhan perangkat adalah jenis bahan dielektrik yang digunakan. Dengan kata lain "permitivitas" (ε) dari dielektrik. Pelat konduktif umumnya terbuat dari lembaran logam atau film logam dengan bahan dielektrik sebagai isolator. Berbagai bahan isolasi digunakan sebagai dielektrik dalam kapasitor yang berbeda dalam kemampuan mereka untuk memblokir atau meloloskan muatan listrik. Bahan dielektrik ini dapat dibuat dari sejumlah bahan isolasi atau kombinasi dari bahan-bahan dengan jenis yang paling umum digunakan adalah: udara, kertas, polyester, polypropylene, Mylar, keramik, kaca, minyak, atau berbagai bahan lainnya.
Faktor dimana dengan bahan dielektrik, atau insulator, terjadi kenaikan kapasitansi dari kapasitor dibandingkan dengan isolator udara dikenal sebagai Dielektrik Konstan, k dan bahan dielektrik dengan konstanta dielektrik tinggi adalah insulator yang lebih baik dari bahan dielektrik dengan konstanta dielektrik rendah. Konstanta dielektrik tidak memiliki satuan dimensi karena relatif terhadap ruang bebas. Permitivitas aktual atau "permitivitas kompleks" bahan dielektrik antara pelat ini merupakan produk dari permitivitas ruang bebas (ε o) dan permitivitas relatif (ε r) dari bahan yang digunakan sebagai dielektrik dan diberikan sebagai:
Permitivitas Kompleks
Sebagai permitivitas ruang bebas, ε o sama dengan satu, nilai permitivitas kompleks akan selalu sama dengan permitivitas relatif. Unit Khas permitivitas dielektrik, ε atau konstanta dielektrik untuk bahan umum adalah: Vakum Murni = 1,0000, udara = 1,0005, Kertas = 2,5-3,5, Kaca = 3 sampai 10, Mika = 5 sampai 7, Kayu = 3 sampai 8 dan Metal Oxide Bubuk = 6 sampai 20 dll
Hal ini kemudian memberikan kita persamaan akhir untuk kapasitansi dari kapasitor sebagai:
Kapasitansi dari suatu kapasitor
Salah satu metode yang digunakan untuk meningkatkan kapasitansi kapasitor keseluruhan adalah untuk "interleave" piring lebih bersama-sama di dalam tubuh kapasitor tunggal. Bukan hanya satu set plat paralel, kapasitor dapat memiliki banyak individu piring terhubung bersama-sama sehingga meningkatkan area, A dari piring. Sebagai contoh, sebuah kapasitor dengan 10 piring disisipkan akan menghasilkan 9 (10 - 1) kapasitor mini dengan kapasitansi keseluruhan sembilan kali dari pelat paralel.
Kapasitor modern dapat diklasifikasikan sesuai dengan karakteristik dan sifat dielektrik mereka isolasi:
Rugi Rendah, Stabilitas tinggi seperti Mica, Rendah-K Keramik, Polistirena.
Rugi Sedang, Stabilitas Menengah seperti Kertas, Plastik Film, High-K Keramik.
Kapasitor terpolarisasi seperti itu elektrolit, yang Tantalum.
Rating Tegangan dari Kapasitor
Semua kapasitor memiliki rating tegangan maksimum dan ketika memilih kapasitor pertimbangan harus diberikan dengan jumlah tegangan yang akan diterapkan di seluruh kapasitor. Jumlah maksimum tegangan yang dapat diterapkan pada kapasitor tanpa merusak bahan dielektrik yang umumnya diberikan dalam lembar data sebagai: WV, (tegangan kerja) atau sebagai WV DC, (DC tegangan kerja). Jika tegangan diterapkan di seluruh kapasitor menjadi terlalu besar, dielektrik akan pecah (dikenal sebagai gangguan listrik) dan busur api akan terjadi antara pelat kapasitor mengakibatkan hubung singkat. Tegangan kerja kapasitor tergantung pada jenis bahan dielektrik yang digunakan dan ketebalannya.
Tegangan DC kerja kapasitor sama dengan tegangan DC maksimum dan TIDAK BERLAKU untuk tegangan AC maksimum. Jika tegangan-kerja DC sama dengan 100Volt, maka dia akan aman dikenakan tegangan DC maksimum 100VDC. Namun, untuk AC tidak berlaku demikian. Hal ini dikarenakantegangan bolak-balik memiliki nilai rms dari 100 volt tetapi nilai puncak lebih dari 141 volt!. Kemudian sebuah kapasitor yang diperlukan untuk beroperasi pada 100 volt AC harus memiliki tegangan kerja minimal 200 volt. Dalam prakteknya, kapasitor harus dipilih sehingga tegangan kerja baik DC atau AC harus setidaknya 50 persen lebih besar dari tegangan efektif tertinggi untuk diterapkan padanya.
Faktor lain yang mempengaruhi pengoperasian kapasitor adalah Kebocoran Dielektrik. Kebocoran Dielektrik terjadi pada sebuah kapasitor sebagai hasil dari kebocoran arus yang tidak diinginkan yang mengalir melalui bahan dielektrik. Secara umum, diasumsikan bahwa resistansi dielektrik yang sangat tinggi dan isolator yang baik menghalangi aliran arus DC melalui kapasitor (seperti pada kapasitor yang sempurna) dari satu pelat ke pelat lainnya. Namun, jika bahan dielektrik menjadi rusak atau tegangan berlebihan karena panas berlebihan, kebocoran arus yang melalui dielektrik akan menjadi sangat tinggi sehingga cepat kehilangan muatan pada pelat dan overheating dari kapasitor pada akhirnya mengakibatkan kegagalan prematur dari kapasitor. Sehingga jangan pernah menggunakan kapasitor di sirkuit dengan tegangan lebih tinggi dari nilai kapasitor karena kalau tidak, mungkin menjadi panas dan meledak.
Sumber : www.electronics-tutorials.ws