kapasitor 1
TRANSCRIPT
Free Powerpoint TemplatesPage 1
Free Powerpoint Templates
Kapasitor dan Rangkaian RC
Free Powerpoint TemplatesPage 2
KAPASITOR
Secara umum Kapasitor terdiri atas dua keping konduktor yang saling sejajar dan terpisah oleh suatu bahan dielektrik ( dari bahan isolator) atau ruang hampa.
Bahan dielektrik
Antara dua keping dihubungkan dengan beda potensial V dan menimbulkan muatan listrik sama besar pada masing-masing keping tetapi berlawanan tanda.
Luas =A
Free Powerpoint TemplatesPage 3
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
+V
+Q -Q
Free Powerpoint TemplatesPage 4
Kapasitor• Kapasitas kapasitor (C)
menunjukkan besar muatan listrik pada masing-masing keping bila kedua keping mengalami beda potensial 1 volt
+V
+Q -Q
V
V
QC Q = nilai muatan listrik pada masing-
masing kepingV = beda potensial listrik antar keping ( volt)C = kapasitas kapasitor (Farad = F )
Free Powerpoint TemplatesPage 5
Kapasitas kapasitor
Ruang hampa atau udara
Luas =A
V
QC
d
xAεC o
C = kapasitas kapasitor (Farad= F)
d = Jarak antar keping (meter)
A = luas salah satu permukaan yang saling berhadapan (meter 2 )
o = permitivitas udara atau ruang hampa
( 8.854 187 82 · 10-12 C/vm )
dAεQ
Q
Exd
QC
o
x
Free Powerpoint TemplatesPage 6
Kapasitas kapasitor
Bahan dielektrik
Luas =A
d
εxAC
= permitivitas bahan dielektrik ( C/vm )
K.εε o
Kapasitas kapasitor yang terdiri atas bahan dielektrik
K = tetapan dielektrik (untuk udara atau ruang hampa K = 1 )
Free Powerpoint TemplatesPage 7
Jenis- jenis kapasitorKapasitor 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 TemplatesPage 8
Rangkaian Kapasitor
• Rangkaian seri
+V
+Q1-Q1 +Q2
-Q2
1. Kapasitas gabungan kapasitor (Cg ), kapasitas kapasitor pertama (C1), kapasitor kedua (C2) memenuhi :
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
21g C
1
C
1
C
1
Free Powerpoint TemplatesPage 9
Rangkaian Kapasitor
• Rangkaian seri
+V = 6 volt
+Q -Q +Q -Q
C1 = 2 F C2 = 3 F
Contoh1. Kapasitas gabungan kapasitor :
Cg = 6/5 = 1,2 F2. Muatan listrik pada rangkaian = 1,2 F x 6V = 7,2 C Pada kapasitor satu = 7,2 C Pada kasitor kedua = 7,2 C3. Tegangan liatrik pada kapasitor satu = 3,6 V Pada kapasitor dua = 2,4 V
6
23
3
1
2
1
C
1
g
Free Powerpoint TemplatesPage 10
Rangkaian Kapasitor• Rangkaian paralel
+V
+Q1-Q1
+Q2-Q2
1. Tegangan pada kapasitor pertama (V1), kapasitor kedua (V2) dan tegangan sumber (V) masing-masing sama besar. V1 = V2 = V
2. Muatan listrik yang tersimpan pada rangkaian memenuhi Q = Q1 + Q2
3. Kapasitas gabungan kapasitor mmenuhi : Cg = C1 + C2
Free Powerpoint TemplatesPage 11
Rangkaian Kapasitor• Rangkaian paralel
+
+Q1-Q1
+Q2-Q2
1. Tegangan pada kapasitor pertama (V1) dan kapasitor kedua (V2) adalah V1 = V2 = 6 volt
2. Kapasitas gabungan kapasitor adalah Cg = C1 + C2 = 2F + 3F = 5F
3. Muatan listrik yang tersimpan pada rangkaian memenuhi Q = Cg xV = 5F x 6V = 30CQ1 = C1 x V = 2Fx6V = 12C
Q2 = C2 x V = 3Fx6V = 18C
Contoh
C1 = 2 F
C2 = 3 F
V = 6 volt
Free Powerpoint TemplatesPage 12
Energi Listrik yang Tersimpan pada Kapasitor
• Grafik hubungan tegangan (V) dengan muatan listrik yang tersimpan pada kapasitor (Q)
V(volt)
Q(Coulomb)
Q
V
Nilai energi listrik yang tersimpan pada kapasitor yang bermuatan listrik Q = luas daerah Dibawah garis grafik Q-V (yang diarsir ).
QV2
1W
Free Powerpoint TemplatesPage 13
Energi Listrik yang Tersimpan pada Kapasitor
(CV)V2
1W
+V
Sebuah kapasitor yang memiliki kapasitas C dihubungkan dengan tegangan V.
CKarena Q = C.V, maka
2CV2
1W
W = Energi listrik yang tersimpan pada kapasitor ( Joule )
Keterangan : Q = muatan listrik kapasitor ( Coulomb)
C = Kapasitas kapasitor ( farad)
V = tegangan listrik antar keping kapasitor ( Volt)
Free Powerpoint TemplatesPage 14
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, band-pass filter, dan band-stop filter.
Free Powerpoint TemplatesPage 15
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 sinyal-sinyal frekuensi rendah dan melemahkan sinyal-sinyal frekuensi tinggi.
2. high-pass filter (tapis lolos tinggi)
Rangkaian ini digunakan untuk melewatkan sinyal-sinyal frekuensi tinggi dan melemahkan sinyal-sinyal frekuensi rendah.
Free Powerpoint TemplatesPage 16
~
R
C
VOUT
VIN ~
R
CVOUT
VIN
High-pass RC filter Low-pass RC filter
frekuensi , Hz
VO
UT
/ V
IN
1.0Low-pass
High-pass
Respon-frekuensi dari High-pass dan Low-pass filter
Free Powerpoint TemplatesPage 17
Rangkaian RC paralel
Rangkaian RC seri
Free Powerpoint TemplatesPage 18
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
C
R
+
S
Free Powerpoint TemplatesPage 19
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/CAkibatnya beda tegangan di ujung ujung R (dan arus I) turun.
Free Powerpoint TemplatesPage 20
k konstanta integrasi, dari syarat t = 0 muatan Q = 0, akan didapat
kRC
tQC )ln(
dtRCQC
dQ 1
RCdt
dQQC
dt
dQI
0C
QIRDari hukum Kirchhoff:
)ln( Ck
Dan hubungan
Didapat persamaan
(1)
Free Powerpoint TemplatesPage 21
RI
eIdt
dQI RC
t
0
0
)1( RC
t
m eQQ
RC
t
m
eQ
Q )1(
RC
t
Q
Q
m
)1ln(
CQm
RC
t
C
QC
)(ln
Ketika kapasitor terisi penuh, beda tegangan di ujung ujung kapasitor adalah dan muatan di kapasitor adalah
Persamaan (1) menjadi:
Muatan sebagai fungsi t:
Arus sebagai fungsi t:
Free Powerpoint TemplatesPage 23
PERILAKU RANGKAIAN RC TERHADAP TEGANGAN AC
S
R
C
~
i = Ipsin tvc = Vpsin (t – 90)
t
i atau vc
/2 3/2 2 5/2 3
tsinRIiR)t(v PR
)90tsin(IXtcosC
Idt)t(i
C
1
C
Q)t(v PC
PC
Free Powerpoint TemplatesPage 24
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
2222 1
CRXRZ C
Free Powerpoint TemplatesPage 25
Sudut fase antara Z dan R adalah :
RCtg
R
Xtg C
111
Diagram Fase Rangkaian RC
vc
R
Z
Contoh *