KAPASITANSI DAN KARAKTER KAPASITOR PDF

Preview

Summary

KAPASITANSI DAN KARAKTER KAPASITOR Novita Bayu Permatasari¹, Prisma Megantoro² Prodi D3 Metrologi dan Instrumentasi, Sekolah Vokasi, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, indonesia. Sekip Utara PO BOXBLS.21 Yogyakarta 55281, Indonesia [email protected], [email protected] Abstrak Deng...

Description

Accelerat ing t he world's research.

KAPASITANSI DAN KARAKTER KAPASITOR Novita Bayu

Related papers Kelas10 dasar pengukuran list rik mohamad irfann

DASAR DAN PENGUKURAN LIST RIK 2 Smk Gajah Mada Banyuwangi Teknik Pengukuran Lilik Windart o

Download a PDF Pack of t he best relat ed papers 

KAPASITANSI DAN KARAKTER KAPASITOR Novita Bayu Permatasari¹, Prisma Megantoro² Prodi D3 Metrologi dan Instrumentasi, Sekolah Vokasi, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, indonesia. Sekip Utara PO BOXBLS.21 Yogyakarta 55281, Indonesia [email protected], [email protected]

Abstrak Dengan kemajuan teknologi elektronika, maka alat ukur elektronik sangat diperlukan. Kapasitor sangat berpengaruh dalam elektronika ini maka terdapat filter dalam rangkaiannya, kapasitor sendiri memili definisi yaitu alat yang dapat menyimpan energi didalam medan listrik dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan inernal dari muatan listrik. Tujuan dalam praktikum ini adalah mengetahui karakteristik kapasitor serta kapasitansi dengan menggunakan osiloskop yang akan membantu dalam pengkuran. Dalam praktikum ini membutuhkan alat seperti kapasitor, resistor, IC NE555, LED, multimeter, Project Board, power supply DC. Hasil yang diperoleh dalam percobaan low pass filter dan high pass filter adalah (91±55mV dan 1±0ms) dan (3±1 mV dan 1±2ms) Keyword : Filter, osilator, flipflop A. Pendahuluan Dengan kemajuan teknologi elektronika, maka alat ukur elektronik sangat diperlukan. Pada saaat sekarang terdapat banyak alat ukur terutama alat ukur komponen. Dalam proyek elektronika komponen yang mutlak harus diketahui nilainya adalah komponen dasar seperti : resistor, kapasitor, induktor dan lain sebagainya. Ada alat ukur dalam suatu instrumen terdapat beberapa kemampuan pengukuran seperti Voltmeter, ohmmeter, kapasitansimeter yang dijadikan sati instrumen yang disebut dengan Multimeter. Alat ini disamping harganya relatif mahal, dalam hal-hal tertentu tidak praktis pemakaiannya karena faktor ketelitian dan range pengukuran. Untuk itu dalam hal tertentu dibutuhkan alat ukur spesifik, dimana ketelitian dan range pengukuran dapat direncanakan. Pada makalah ini dirancang suatu alat ukur kapasitansi, dimana pengukuran ditunjukkan secara digital. Alat ini disebut Kapasitansi Meter Digitalî. Keuntungan penunjukan secara digital dimana kesalahan pembacaan dapat dikurangi, selain itu pembacaan dapat dengan cepat dilakukan. Prinsip kerja alat ini didasarkan bahwa komponen elektronika kapasitor dapat digunakan sebagai pendiferensiator, dimana sinyal keluaran yang telah didiferensiasikan sebanding dengan sinyal masukan. Level tegangan ini menurut teori diferensiator sebanding dengan kapasitansi dari kapasitor pendiferensial. Selanjutnya keluaran sinyal ini dirubah kesinyal digital dengan sebuah analog ke Digital Konverter. B. Tinjauan Pustaka Berkaitan dengan percobaan yang dilakukan, maka dilakukan berbagai pengamatan terhadap percobaan yang terkait sebagai acuan dan pembanding. Penelitian yang dilakukan sofia dari program studi Fisika, Universitas Negeri Surabaya dengan jurnal yang telah ditulisnya yang berjudul Pengukuran Kapasitansi Kapasitor Dengan Memanfaatkan Elektrometer Hasil Rancangan Berbasis Mikrokontroler Pada percobaan elektrometer digunakan untuk menentukan niai kapasitansu dari pelat sejajar.

Tegangan input yang diberikan pada pelat sejajar akan menghasilkan beda potensial pada kedua pelat tersebut dan mengakibatkan sejumlah muatan mengalir pada pelat. Namun, kapsitansi pelat belum diketahi maka iperlukan referense atau perbandingan yang berupa kapasitor yang digandeng pada input elektrometer, sehingga muatan yang mengalir menuju elektrometerdan akan memenuhu kapasitor referense terlebih dahulu dan muatan yang tertukar oleh elektrometer terpenuhi. Nilai kapasitansi ini kemudian dibandingkan secara rangkaian seri dan paralel. Dari hasil pengukuran jumlah muatan pada kedua percobaan didapatkan hasil perbandingan tegangan,Vin dan muatan Q berdasarkan persamaan yang telah ada. Hasil yang diperoleh dari percobaan didapatkan nilai kapasitansi Cin sesuai dengan yang nilai pada kapasitor dan sesuai secara teori dengan simpangan yang masih dalam batas toleransi. C. Dasar Teori Kapasitor adalah sebuah benda yang dapat menyimpan muatan listrik. Benda ini terdiri dari dua pelat konduktor yang dipasang berdekatan satu sama lain tapi tidak sampai bersetuhan. Benda ini dapat menyimpan tenaga listrik dan dapat menyalurkan kembali, kegunaan dapat menimpan tenaga listrik dan dapat menyalurkan kembali, kegunaannya dapat ditemukan seperti pada lampu flash pada kamera, juga banyak dipakai pada papan sirkuit elektrik pada komputer aaupun pada berbagai peralatan elektronik. Nilai kapasitas atau kapasitansi suatu kapasitor, yakni jumlah muatan listrik yang tersimpan. Untuk bentuk paling umum yaitu keping sejajar, persamaan kapasitansi dinotasikan dengan :

Dimana: C = kapasitansi (F, Farad) Coulomb/Volt) Q = muatan listrik (Coulomb) V = beda potensial (Volt)

(1

Farad

=

1

Nilai kapasitansi tidak selalu bergantung pada nilai Q dan V. Besar nilai kapasitansi bergantung pada ukuran, bentuk dan posisi kedua keping serta jenis material pemisahnya (insulator). Nilai usaha dapat berupa positif atau negatif tergantung arah gaya terhadap perpindahannya. Untuk jenis keping sejajar dimana keping sejajar memiliki luasan (A) dan dipisahkan dengan jarak (d), dapat dinotasikan dengan rumus.

Dimana: A = luasa penampang keping (m²) d = jarak antara keping (m) ϵ = permivitas bahan penyekat (C²/Nm²) jika diantara kedua keping hanya ada udara atau vakum (tidak terdapat bahan penyekat), maka nilai permivitasnya dipakai ϵₒ = 8x10⁻¹² C²/Nm². Muatan sebelum disisipkan bahan penyekat ( ). Sama dengan muatan setelah disisipkan bahan penyekat ( ), sesuai prinsip bahwa muatan bersifat kekal. Beda potensialnya dinotasikan dengan rumus.

5. Menghilangkan bouncing (loncatan api) bila dipasang pada saklar Kapasitansi Kapasitansi didefinisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan elektron. Coulombs pada abad 18 menghitung bahwa 1 coulomb = 6.25 x 1018 elektron. Kemudian Michael Faraday membuat postulat bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs. Dengan rumus dapat ditulis : Q=CV Dimana: Q = muatan elektron dalam C (coulombs) C = nilai kapasitansi dalam F (farad) V = besar tegangan dalam V (volt) Dalam praktek pembuatan kapasitor, kapasitansi dihitung dengan mengetahui luas area plat metal (A), jarak (t) antara kedua plat metal (tebal dielektrik) dan konstanta (k) bahan dielektrik. Dengan rumus dapat di tulis sebagai berikut : C = (8.85 x 10⁻¹² ) (k A/t)

Kapasitor menyimpan energi dalam bentuk medan listrik. Besar energi (W) yang tersimpan pada dapat dicari menggunakan rumus:

Dimana: W = jumlah energi yang tersimpan dalam kapasitor (joule) Rangkaian Kapasitor Dua kapasitor atau lebih dapat disusun secara seri maupun paralel dama satu rangkaian listrik. Rangkaian seri memiliki sifat-sifat yang berbeda dengan rangkaian paralel. Berikut diberikan tabel sifat-sifatnya pada rangkaian seri dan paralel.

Berikut adalah tabel contoh konstanta (k) dari beberapa bahan dielektrik yang disederhanakan. Tabel 1.1 Konstanta bahan (k) Udara vakum k=1 Aluminium oksida k=8 Keramik k = 100 - 1000 Gelas k=8 Polyethylene k=3 Untuk rangkaian elektronik praktis, satuan farad adalah sangat besar sekali. Umumnya kapasitor yang ada di pasaran memiliki satuan : µF, nF dan pF. 1 Farad = 1.000.000 µF (mikro Farad) 1 µF = 1.000.000 pF (piko Farad) 1 µF = 1.000 nF (nano Farad) 1 nF = 1.000 pF (piko Farad) 1 pF = 1.000 µµF (mikro-mikro Farad) 1 µF = 10⁻⁶ F 1 nF = 10⁻⁹ F 1 pF = 10⁻¹² F Wujud dan Macam Kondensator Berdasarkan kegunaannya

kondensator di bagi

menjadi : Gambar 1.0 Rangkaian Kapasitor Fungsi Kapasitor Fungsi penggunaan kapasitor dalam suatu rangkaian: 1. Sebagai kopling antara rangkaian yang satu dengan rangkaian yang lain (pada PS) 2. Sebagai filter dalam rangkaian PS 3. Sebagai pembangkit frekuensi dalam rangkaian antenna 4. Untuk menghemat daya listrik lapu neon

1.

Kondensator tetap nilai kapasitasanya tetap

tidak dapat diubah) 2.

Kondensator

elektrolit

(elekctrolit

Condenser = Elco) 3.

Kodensator variabel (nilai kapasitasnya

dapat diubah-ubah) Pada kapasitor yang berukuran besar, nilai kapasitansi umumnya ditulis dengan angka yang jelas. Lengkap dengan nilai tegangan maksimum dan

polaritasnya. Misalnya pada kapasitor elco dengan jelas tertulis kapasitansinya sebesar 100µF25v yang artinya kapasitor/ kondensator tersebut memiliki nilai kapasitansi 100 µF dengan tegangan kerja maksimal yang diperbolehkan sebesar 25 volt. Kapasitor

yang

ukuran

fisiknya

kecil

biasanya hanya bertuliskan 2 (dua) atau 3 (tiga) angka saja. Jika hanya ada dua angka, satuannya adalah pF (pico farads). Sebagai contoh, kapasitor yang bertuliskan dua angka 47, maka kapasitansi kapasitor tersebut adalah 47 pF. Jika ada 3 digit, angka pertama dan kedua

menunjukkan nilai

nominal, sedangkan angka ke-3 adalah faktor pengali.

Faktor

pengali

sesuai

dengan

angka

nominalnya, berturut-turut 1 = 10, 2 = 100, 3 = 1.000, 4 = 10.000, 5 = 100.000 dan seterusnya. Untuk

kapasitor

polyester

nilai

kapasitansinya bisa diketahui berdasarkan warna seperti pada resistor. Tabel 1.3 Kode Warna Kapasitor

Warna

Nilai

Hitam

0

Coklat

1

Merah

2

Orange

3

Kuning

4

Hijau

5

Biru

6

Ungu

7

Abu-abu

8

Putih

9

Jenis Kapasitor Adapun jenis kapasitor diantaranya 1. KapasitorElektrostatis Kapasitor jenis ini terbuat dari bahan keramik, film, dan mika. Namun banyak yang menggunakan bahan jenis keramik dan mika karena harganya lebih murah bila dibandingkan dengan yang lain. Kapasitor jenis ini termasuk dalam kapasitor nonpolar. 2. Kapasitor Elektrolitik Kapasitor jenis ini terbuat dari lapisan metal-oksida. Pada umumnya kapasitor jenis ini pembuatannya menggunakan proses yang disebut dengan elektrolisis, sehingga dapat terbentuk kutub positif dan kutub negatif 3. Kapasitor Elektrokimia Kapasitor yang terbuat dari campuran larutan atau bahan kimia ke-dalamnya. Contoh kapasitor jenis ini dapat kita jumpai di sekitar kita seperti baterai dan accumulator (aki). Baterai dan aki memiliki tingkat kebocoran arus yang sangat kecil dan kapaitansi yang besar. Dalam rangkaian elektronika, kapasitor terbagi menjadi 2 macam, yaitu kapasitor polar dan nonpolar. a. Kapasitor polar adalah jenis kapasitor yang mempunyai dua kutub dan mepunyai polritas positif atau negatif. Kapasitor ini terbuat dari bahan yang mempunyai nilai kapasitansi yang besar jika dibandingkan dengan kapasitor yang menggunakan bahan dielektrik. b. Kapasitor non polar adalah sebuah kapasitor yang tidak memiliki polaritas positif dan negatif pada kedua kutubnya. Kapasitor ini juga dapat kita gunakan secara terbalik. Kapasitor jenis ini biasanya memiliki nilai kapasitansi yang kecil karena terbuat dari bahan kramik dan mika.

Gambar 1.1 Jenis Kapasitor Osiloskop Osiloskop adalah alat ukur Elektronik yang dapat memetakan atau memproyeksikan sinyal listrik dan frekuensi menjadi gambar grafik agar dapat dibaca dan mudah dipelajari. Dengan menggunakan Osiloskop, kita dapat mengamati dan menganalisa bentuk gelombang dari sinyal listrik atau frekuensi dalam suatu rangkaian Elektronika. Pada umumnya osiloskop dapat menampilkan grafik Dua Dimensi (2D) dengan waktu pada sumbu X dan tegangan pada sumbu Y. Osiloskop banyak digunakan pada industriindustri seperti penelitian, sains, engineering, medikal dan telekomunikasi. Saat ini, terdapat 2 jenis Osiloskop yaitu Osiloskop Analog yang menggunakan Teknologi CRT (Cathode Ray Tube) untuk menampilkan sinyal listriknya dan Osiloskop Digital yang menggunakan LCD untuk menampilkan sinyal listrik atau gelombang. Karakteristik Pengukuran Osiloskop Selain fitur-fitur dasarnya, kebanyakan Osiloskop juga dilengkapi dengan alat pengukuran yang dapat mengukur Frekuensi, Amplitudo dan karakteristik gelombang sinyal listrik. Secara umum, Osiloskop dapat mengukur karakteristik yang

berbasis Waktu (Time) dan juga karakteristik yang berbasis tegangan (Voltage). b.

Gambar 1.2 gelombang pada osiloskop Karakteristik Berbasis Waktu (Time) 1. Frekuensi dan Periode Frekuensi merupakan jumlah getaran yang dihasilkan selama 1 detik yang dinyatakan dengan Hertz. Sedangkan periode adalah kebalikan dari Frekuensi, yaitu waktu yang dibutuhkan untuk menempuh 1 kali getaran yang biasanya dilambangkan dengan t dengan satuan detik. Kemampuan Osiloskop dalam mengukur maksimum Frekuensi berbeda-beda tergantung pada tipe osiloskop yang digunakan. Ada yang dapat mengukur 100MHz, ada yang dapat mengukur 20MHz, ada yang hanya dapat mengukur 5MHz. 2. Duty Cycle (Siklus Kerja) Duty Cycle adalah perbandingan waktu ketika sinyal mencapai kondisi ON dan ketika mencapai kondisi OFF dalam satu periode sinyal. Dengan kata lain, Siklus Kerja atau Duty Cycle adalah perbandingan lama kondisi ON dan kondisi OFF suatu sinyal pada setiap periode. 3. Rise dan Fall Time Rise Time adalah waktu perubahan sinyal (durasi) dari sinyal rendah ke sinyal tinggi, contoh dari 0V ke 5V. Sedangkan Fall Time adalah waktu perubahan sinyal (durasi) dari sinyal tinggi ke sinyal rendah, contohnya perubahan dari 5V ke 0V. Karakteristik ini sangat penting dalam mengukur respon suatu rangkaian terhadap sinyalnya. Karakteristik Berbasis Tegangan (Voltage) 1. Amplitudo Amplitudo adalah ukuran besarnya suatu sinyal atau biasanya disebut dengan tingginya puncak gelombang. Terdapat beberapa cara dalam pengukuran Amplitudo yang diantaranya adalah pengukuran dari Puncak tertinggi ke Puncak terendah (Vpp), ada juga yang mengukur salah satu puncaknya saja baik yang tertinggi maupun yang terendah dengan sumbu X atau 0V. 2. Tegangan Maksimum dan Minimum Osiloskop dapat dengan mudah menampilkan Tegangan Maksimum dan Minumum suatu rangkaian Elektronika. 3. Tegangan Rata-rata Osiloskop dapat melakukan perhitungan terhadap tegangan sinyal yang diterimanya dan menampilkan hasil tegangan rata-rata sinyal tersebut. Kinerja dan Spesifikasi Osiloskop Tidak Semua Osiloskop memiliki kinerja yang sama, hal ini tergantung oleh spesifikasi pada Osiloskop tersebut. Beberapa spesifikasi penting pada Osiloskop yang menentukan kinerja Osiloskop diantaranya seperti dibawah ini : a. Bandwidth (Lebar Pita)

c.

d.

e.

f.

g.

h.

i.

Bandwith menentukan rentang frekuensi yang dapat diukur oleh Osiloskop. Contohnya 100MHz, 20MHz atau 10MHz Digital atau Analog Osiloskop dapat digolongkan menjadi 2 jenis yaitu Osiloskop Analog dan Osiloskop Digital. Osiloskop Analog menggunakan Tegangan yang diukur untuk menggerak berkas elektron dalam tabung gambar untuk menampilkan bentuk gelombang yang diukurnya. Sedangkan Osiloskop Digital menggunakan Analog to Digital Converter (ADC) untuk mengubah besaran tegangan menjadi besaran digital. Pada umumnya, Osiloskop Analog memiliki lebar pita atau bandwidth yang lebih rendah, fitur lebih sedikit dibandingkan dengan Osiloskop Digital, namun osiloskop Analog memiliki respon yang lebih cepat. Jumlah Channel (Kanal) Osiloskop yang dapat membaca lebih dari satu sinyal dalam waktu yang sama dan menampilkannya di layar secara simultan. Kemampuan tersebut tergantung pada jumlah kanal yang dimilikinya. Pada umumnya, Osiloskop yang ditemukan di pasaran memiliki 2 atau 4 kanal. Sampling Rate Sampling Rate hanya untuk Osiloskop Digital yaitu berapa kali sinyal itu dibaca dalam satu detik. Rise Time Spesifikasi Rise Time pada Osiloskop menunjukan seberapa cepat Osiloskop tersebut mengukur perubahan sinyal naik dari yang terendah ke yang tertinggi. Maximum Input Voltage Setiap peralatan elektronik memiliki batas tegangan Inputnya, tak terkecuali Osiloskop. Jika sinyal melebihi batas tegangan yang ditentukan, Osiloskop tersebut akan menjadi rusak karenanya. Vertical Sensitivity (Sensitivitas Vertikal) Nilai Vertical Sensitivity menunjukan kemampuan penguatan vertikal untuk memperkuat sinyal lemah pada Osiloskop. Vertical Sensitivity ini diukur dengan satuan Volt per div. Time Base Time Base menunjukan kisaran Sensitivitas pada Horisontal atau Sumbu Waktu. Nilai Time base diukur dengan satuan second per div. Input Impedance Impedansi Input digunakan pada saat pengukuran Frekuensi tinggi. Kita juga dapat menggunakan Probe Osiloskop untuk kompensasi Impedansi yang kurang.

Gambar 1.3 Gambar Osiloskop

Flip Flop Flip-flop adalah suatu rangkaian elektronika yang memiliki dua kondisi stabil dan dapat digunakan untuk menyimpan informasi. Flip Flop merupakan pengaplikasian gerbang logika yang bersifat Multivibrator Bistabil. Dikatakan Multibrator Bistabil karena kedua tingkat tegangan keluaran pada Multivibrator tersebut adalah stabil dan hanya akan mengubah situasi tingkat tegangan keluarannya saat dipicu (trigger). Flip-flop mempunyai dua Output (Keluaran) yang salah satu outputnya merupakan komplemen Output yang lain. Flip-flop Elektronik yang pertama kali ditemukan oleh dua orang ahli fisika Inggris William Eccles and F. W. Jordan pada tahun 1918 ini merupakan dasar dari penyimpan data memory pada komputer maupun Smartphone. Flip-flop juga dapat digunakan sebagai penghitung detak dan sebagai penyinkronsasian input sinyal waktu variabel untuk beberapa sinyal waktu referensi.

J-K Flip Flop J-K Flip-flop juga merupakan pengembangan dari S-R Flip-flop dan paling banyak digunakan. J-K Flip-flop memiliki 3 terminal Input J, K dan CL (Clock). Berikut ini adalah diagram logika J-K Flip-flop.

Gambar 1.6 J-K Flip-Flop

Jenis-jenis Flip-flop Rangkaian Flip-flop pada umumnya dapat dibagi menjadi beberapa jenis, yaitu S-R Flip-flop, D Flip-flop, T Flip-flop dan JK Flip-flop. Berikut dibawah ini adalah penjelasan singkatnya.

T Flip-flip T Flip-flop merupakan bentuk sederhana dari J-K Flip-flop. Kedua Input J dan K dihubungkan sehingga sering disebut juga dengan Single J-K FlipFlop. Berikut ini adalah diagram logika T flip-flop.

S-R Flip-flop S-R adalah singkatan dari “Set” dan “Reset”. Sesuai dengan namanya, S-R Flip-flop ini terdiri dari dua masukan (INPUT) yaitu S dan R. S-R Flip-flop ini juga terdapat dua Keluaran (OUTPUT) yaitu Q dan Q’. Rangkaian S-R Flip-flop ini umumnya terbuat dari 2 gerbang logika NOR ataupun 2 gerbang logika NAND. Ada juga S-R Flip-flop yang terbuat dari gabungan 2 gerbang Logika NOR dan NAND.

Gambar 1.7 T Flip-Flop

Berikut ini adalah diagram logika NOR Gate S-R Flip-flop, NAND Gate S-R Flip-Flop dan Clocked S-R Flip-flop (gabungan gerbang logika NOR dan NAND).

Gambar 1.4 S-R Flip-Flop D Flip-flop D Flip-flop pada dasarnya merupakan modifikasi dari S-R Flip-flip yaitu dengan menambahkan gerbang logika NOT (Inverter) dari Input S ke Input R. Berbeda dengan S-R Flip-flop, D Flip-flop hanya mempunyai satu Input yaitu Input atau Masukan D. Berikut ini diagram logika D Flipflop.

Gambar 1.5 D Flip-Flop

Prinsip Kerja Flipflop Prinsip kerja dari rangkaian flip flop dibandingkan dengan prinsip dari kerja transistor sebagai saklar adalah sama, yaitu apabila rangkaiannya diberi tegangan maka salah-satu dr kondisi transistornya menjadi hidup. Keadaan ini pula memiliki ketergantungan kepada kapasitor yang memiliki ketinggian muatan yang lebih jika dibandingkan dengan komponen lainnya. Bila lebih diperinci lagi, sebuah kapasitor yang ketinggian muatannya lebih akan m...