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
novitabpermatasari@gmail.com, prisma.megantoro@giz.de
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) (1 Farad = 1 Coulomb/Volt)
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.
Kapasitor menyimpan energi dalam bentuk medan listrik. Besar energi (W) yang tersimpan pada dapat dicari menggunakan rumus:
Dimana: listrik. Rangkaian seri memiliki sifat-sifat yang berbeda dengan rangkaian paralel. Berikut diberikan tabel sifat-sifatnya pada rangkaian seri dan paralel.
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
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 = C V
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)
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.
Wujud dan Macam Kondensator
Berdasarkan kegunaannya kondensator di bagi
menjadi :
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
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
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 industri-industri 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).
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)
Bandwith menentukan rentang
frekuensi yang dapat diukur oleh Osiloskop. Contohnya 100MHz, 20MHz atau 10MHz
b. 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.
c. 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.
d. Sampling Rate
Sampling Rate hanya untuk
Osiloskop Digital yaitu berapa kali sinyal itu dibaca dalam satu detik.
e. Rise Time
Spesifikasi Rise Time pada
Osiloskop menunjukan seberapa cepat
Osiloskop tersebut mengukur perubahan sinyal naik dari yang terendah ke yang tertinggi.
f. 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. g. 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.
h. Time Base
Time Base menunjukan kisaran Sensitivitas pada Horisontal atau Sumbu Waktu. Nilai Time base diukur dengan satuan second per div.
i. Input Impedance
Impedansi Input digunakan pada saat pengukuran Frekuensi tinggi. Kita juga dapat menggunakan Probe Osiloskop untuk kompensasi Impedansi yang kurang.
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.
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.
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.
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 Flip-flop.
Gambar 1.5 D Flip-Flop
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
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 Flip-Flop. Berikut ini adalah diagram logika T flip-flop.
Gambar 1.7 T 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 menyebabkan lepasnya muatan listrik lebih dulu kemudian terjadi hubungan antara kaki transistor dengan kapasitor yg kondisinya sedang on.
Untuk merubah memory yg ada pada flip flop, kita harus memberikan clock pd masukan-nya. Rangkaian dasar yg berupa latch lah yang sebenarnya menjadi penyusun flip flop. Untuk jenis latch yg digunakan adalah memakai jenis latch – RS. Jenis latch tersebut digunakan karena bisa dibentuk dr gerbang logic NOR dan NAND. Berbeda dengan fungsi awalnya yg sangat tergantung dengan kondisi tertentu. Keadaan ini juga yg mengakibatkan tidak berubahnya keluaran.
Apabila latch di kedua kaki memiliki logic 0, akan menyebabkan keluaran flip flop nggak akan berubah atau sama seperti pada keadaan semula. Sebaliknya bila latch itu memiliki logic 1, akan menyebabkan keluaranna dari flip flop menjadi tidak bisa kita tentukan. Penyebabnya adalah keadaannya yang tidak tergantung dengan komponen lain-lainnya. Flip Flop – RS sendiri dibangun dr gerbang logic AND yg saling dihubungkan secara silang.
dan akhirnya diisi dengan muatan. Namun bila hanya salah satu transistor saja yang on, maka transistor lainnya akan menjadi off. Reaksi tersebut akan terus menerus terjadi dengan berganti-gantian yang menyebabkan aliran lampu yang menyala, yang kita sebut sebagai rangkaian flip flop
Filter Elektronika
1. Low Pass Filter
Low Pass Filter (LPF) atau Filter Lolos Bawah adalah filter yang hanya melewatkan sinyal
dengan frekuensi yang lebih rendah dari
frekuensi cut-off (fc) dan akan melemahkan sinyal dengan frekuensi yang lebih tinggi dari frekuensi cut-off (fc). Pada filter LPF yang ideal sinyal dengan frekuensi diatas frekuensi cut-off (fc) tidak akan dilewatkan sama sekali (tegangan output = 0 volt). Rangkaian low pass filter RC merupakan jenis filter pasif, dengan respon frekuensi yang ditentukan oleh konfigurasi R dan C yang digunakan. Rangkaian dasar LPF dan grafik respon frekuensi LPF sebagai berikut.
Rangkaian Dasar Dan Grafik Respon Frekuensi Low Pass Filter
Gambatr 1.8 Grafik frekuensi Low Pass Filter
Frekuensi cut-off (fc) dari filter pasif lolos bawah
(Low Pass Filter,LPF) dengan RC dapat dituliskan
dalam persamaan matematik sebagai berikut.
Rangkaian filter pasif LPF RC diatas terlihat seperti pembagi tegangan menggunakan R. Dimana pada filter LPF RC ini teganga output diambil pada titik pertemuan RC. Tegangan output (Vout) filter pasif LPF seperti terlihat pada rangkaian diatas dapat diekspresikan dalam persamaan matematis sebagai berikut.
Besarnya penguatan tegangan (G) pada filter pasif yang ideal maksimum adalah 1 = 0dB yang hanya terjadi pada frekuensi sinyal input dibawah frekuensi cut-off (fc). Penguatabn tegangan (G) filter LPF RC pasif dapat dituliskan dalam persamaan matematis sebagai berikut.
Dan penguatan tegangan (G) LPF RC dapat dituliskan dalam satuan dB sebagai berikut.
Pada filtrer lolos bawah (low pass filter
,LPF) terdapat beberapa karakteristik mendasar
sebagai berikut. menjadi -3 dB atau terjadi pelemahan tegangan sebesar 3 dB.
Pada saat frekuensi sinyal input lebih tinggi dari frekuensi cut-off (fc) (fin >> fc) maka
besarnya penguatan tegangan (G) = 1/ωRC
atau G = -20 log ωRC
Sehingga dapat ditarik kesimpulan
bahwa Filter Lolos Rendah (Low Pass Filter,
LPF) hanya meloloskan sinyal dengan
frekuensi yang lebih rendah dari frekuensi cut-off (fc) saja.
2. High Pass Filter
Filter high-pass atau sering juga disebut dengan filter lolos atas adalah suatu rangkaian yang
akan melewatkan suatu isyarat yang berada diatas
frekuensi cut-off (ωc) sampai frekuensi cut-off (ωc)
rangkaian tersebut dan akan menahan isyarat yang
berfrekuensi dibawah frekuensi
cut-off (ωc) rangkaian tersebut. Filter high-passs dasar
disusun dengan rangkaian RC seperti berikut.
Rangkaian High Pass Filter (HPF) RC
Gambar 1.9 Rangkaian High pass filter
Prinsip kerja dari filter high pass atau filter
lolos atas adalah dengan memanfaatkan karakteristik
dasar komponen C dan R, dimana C akan mudah
melewatkan sinyal AC sesuai dengan nilai reaktansi
kapasitifnya dan komponen R yang lebih mudah
melewatkan sinyal dengan frekuensi yang rendah.
Prinsip kerja rangkaian filter lolos atas atau high pass
filter (HPF) dengan RC dapat diuraikan sebagai
berikut, apabila rangkaian filter high pass ini
diberikan sinyal input dengan frekuensi diatas
frekuensi cut-off (ωc) maka sinyal tersebut akan di
lewatkan ke output rangkaian melalui komponen C.
Kemudian pada saat sinyal input yang diberikan ke
rangkaian filter lolos atas atau high pass
filtermemiliki frekuensi di bawah frekuensi
cut-off (ωc) maka sinyal input tersebut akan dilemahkan
dengan cara dibuang ke ground melalui komponen R.
Frekuensi resonansi dari filter high-pass mengikuti
nilai time constant (τ) dari rangkaian RC tersebut.
Grafik karakteristik dari high pass
tegangan output filter terhadap frekuensi yang diberikan kepada rangkaian filter high pass (HPF)
tersebut. Untuk lebih jelasnya grafik
karakteristik filter high pass (HPF) ditunjukan pada gambar berikut:
Grafik Karakteristik High Pass Filter (HPF) Dengan RC
Gambar 1.10 Grafik High pass filter
D. Metode Pengukuran
Temat Pelaksanaan
Pelaksanaan praktikum tentang
resistensi dan karakter resistor ini dilakukan di Labolatorium ruang S2. 03 Gedung Herman Yohanes Fakultas Sekolah Vokasi, Universitas Gadjah Mada dengan program studi Metrologi dan Instrumentasi pada hari senin tanggal 12 Februari 2018
Alat dan Bahan :
a. Multimeter, project board
b. Power Supply DC
c. LDR, potensiometer
Langkah Kerja
a. Bentuk kelompok diskusi
b. Penjelasan tentang fungsi, jenis cara kerja, dan nilai kapasitor
c. Siapkan perlatan, pasang power
supply pada jaringan listrik DC di meja praktikum. Pakai jaringan 5V DC
d. Siapkan project board, buatlah titik VCC dan GND pada project board
e. Sambungankan titik VCC dengan
jack merah pada jaringan 5V DC, dan titik GND pada jack hitamnya f. Rangkaian seri dan paralel
I. Buatlah rangkaian seri
kapasitor
II. Ukur kapasitansi total dari
ujung ke ujung
III. Catat hasilnya pada tabel 1
IV. Lakukan poin III-V selama 5
kali untuk setiap rangkaian kapasitor dengan jumlah seri seperti tabel 1.
V. Lakukan hal yang sama untuk
rangkaian paralel, dan catat hasilnya pada tabel 2.
g. Rangkaian Osilator/flip flop
I. Uji frekuensi
a) Siapkan osiloskop
b) Buatlah rangkaian
osiloskop menggunakan IC
NE555 seperti pada
gambar 1, dengan nilai R1=47K dan R2= 47K,
nilai kapasitor
divariasikam seperti tabel 3
e) Catat hasilnya pada tabel 3
f) Hitung manual dengan
rumus yang diberikan, dan
bandingakan hasilnya
dengan hasil eksperimen
g) Lakukan langkah b-f
dengan c2 yang berbeda
II. Uji Dutycycle
a) Siapkan osiloskop
b) Dengan rangkaian yang
sama, gunakan kapasitor C2= 1nF, nilai R1 dan R2 divariasika sesuai tabel 4
c) Hubungkan dengan motor
servo pada output/kaki 3
f) Catat hasil pada tabel 3
g) Hutung manual dengan
a) Siapkan function generator dan osiloskop
b) Buatlah rangkaian seperti gambar 2, dengan R= 100 dan C= 1uF
c) Atur output function
generator pada frekuensi sesuai tabel 5 dengan sinyal sinus
d) Amati sinyal pada
osiloskop
e) Catat hasilnya pada tabel 5
f) Lakukan langkah c-e,
dengan frekuensi yang
divarisikan sesuai dengan tabel 5
a) Siapkan function generator dan osiloskop
b) Buatlah rangkaian seperti gambar 3, dengan R= 100 dan C= 1uF
c) Atur output function
generator pada frekuensi sesuai tabel 6 dengan sinyal sinus
d) Amati sinyal pada
osiloskop
e) Catat hasilnya pada tabel 6
f) Lakukan c-e, dengan
frekuensi yang
divariasikan sesuai tabel 6.
E. Skema Percobaan
Gambar 1.4 Skema percobaan 1
Gambar 1.5. Skema Percobaan Low Pass Filter
F. Hasil dan Pembahasan
Hasil yang diperoleh dari praktikum kapasitansi dan karakter kapasitor yang telah dilakukan. Dalam praktikum ini menggunakan pengukuran dengan rangkaian seri dan paralel serta pengujian dan pengamatan sinyal low pass filter dan high pass filter. Maka berikut ii adalah hasil dari praktikum seta pembahasan.
Tabel 2.1 Hasil Pengukuran Kapasitansi Total Rangkaian Seri dengan Kapasitor 2A103J
No. Jumlah Kapasitor Seri (2A103J) 1 2 3 4 5
nF nF nF nF nF
1 2 5,35 5,35 5,35 5,35 5,35
2 4 2,93 2,93 2,93 2,93 2,93
3 6 2,12 2,12 2,12 2,12 2,12
4 8 1,69 1,69 1,69 1,69 1,69
Tabel 2.2 Hasil Pengukuran Kapasitansi Total Rangkaian Paralel dengan Kapasitor 2A103J
No. Jumlah Kapasitor Paralel
(2A103J)
1 2 3 4 5
nF nF nF nF nF
1 2 20,88 20,88 20,88 20,88 20,88
2 4 41,59 41,61 41,63 41,64 41,64
3 6 62,2 62,2 62,2 62,2 62,2
4 8 82,2 82,2 82,2 82,2 82,2
Analisa :
Pada tabel percobaan 2.1 dan 2.2 untuk melakukan kapasitansi total pada rangkaian seri
dan paralel dengan menggunakan kapasitor berjenis 2A103J, yang dilakukan sebanyak 5
kali dimana setiap jumlah kapasitornya berbeda yaitu sebanyak 2, 4, 6 serta 8. Dan
dimana dapat pratikan ketahui data pada tabel tersebut mengalami penurunan nilai
kapasitansi totalnya, dari jumlah kapsitor terendah sampai kapsitor tertinggi. Pada
percobaan dengan menggunakan 4 buah kapasitor terlihat penurunan nilai yang begitu
signifikan yaitu dari 5,35nF turun menjadi 2,93 nF. Sedangkan dalam percobaan dengan
kapasitor 4, 6 dan 8 tidak terlihat begitu signifikan perubahannya. Dari keseluruhan
percobaan yang diperoleh konstan untuk masing
– masing jumlah kapasitor yang
digunakan sehingga standar deviasi yang diperoleh sebesar 0. Data yang didapat dengan
memakai kapasitor yang dirangkai secara paralel menunjukkan bahwa jumlah kapasitor
yang digunakan semakin banyak maka nilai kapasitansi semakin besar, hal ini berbanding
terbalik dengan rangkaian seri. Nilai yang didapat pada percobaan di rangkaian paralel
menunjukkan nilai yang konstan, akan tetapi pada percobaan menggunakan 4 buah
kapasitor terjadi peningkatan nilai kapasitansi sehingga standar deviasi yang diperoleh
sebesar 0,09.
Tabel. 2.3 Hasil Pengukuran Kapasitansi Total Rangkaian Seri dengan Kapasitor 2E102J
No. Jumlah Kapasitor Seri (2E102J) 1 2 3 4 5
nF nF nF nF nF
1 2 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89
2 4 0,57 0,57 0,57 0,57 0,57
3 6 0,46 0,46 0,46 0,46 0,46
4 8 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4
Tabel 2.4 Hasil Pengukuran Kapasitansi Total Rangkaian Paralel dengan Kapasitor 2E102J
No. Jumlah Kapasitor Paralel
(2E102J)
1 2 3 4 5
nF nF nF nF nF
1 2 2,48 2,48 2,48 2,48 2,48
2 4 4,4 4,4 4,4 4,4 4,4
4 8 8,34 8,34 8,34 8,34 8,34
Analisa :
Pada tabel percobaan 2.3 dan 2.4 untuk melakukan kapasitansi total pada rangkaian seri
dan paralel dengan menggunakan kapasitor berjenis 2E102J, yang dilakukan sebanyak 5
kali dimana setiap jumlah kapasitornya berbeda yaitu sebanyak 2, 4, 6 serta 8. Dan
dimana dapat pratikan ketahui data pada tabel tersebut mengalami penurunan nilai
kapasitansi totalnya, dari jumlah kapsitor terendah sampai kapsitor tertinggi. Pada
percobaan dengan menggunakan 8 buah kapasitor terlihat penurunan nilai yang begitu
signifikan yaitu dari 0,46nF turun menjadi 0,4 nF. Sedangkan dalam percobaan dengan
kapasitor 2, 4, dan 6 tidak terlihat begitu signifikan perubahannya. Dari keseluruhan
percobaan yang diperoleh konstan untuk masing
– masing jumlah kapasitor yang
digunakan sehingga standar deviasi yang diperoleh sebesar 0. Data yang didapat dengan
memakai kapasitor yang dirangkai secara paralel menunjukkan bahwa jumlah kapasitor
yang digunakan semakin banyak maka nilai kapasitansi semakin besar, hal ini berbanding
terbalik dengan rangkaian seri. Nilai yang didapat pada percobaan di rangkaian paralel
menunjukkan nilai yang konstan, akan tetapi pada percobaan menggunakan 8 buah
kapasitor terjadi peningkatan nilai kapasitansi sehingga standar deviasi yang diperoleh
sebesar 0.
Tabel 2.5 Hasil Pengukuran Kapasitansi Total Rangkaian Seri dengan Kapasitor 104
No. Jumlah Kapasitor Seri (104) 1 2 3 4 5
nF nF nF nF nF
1 2 44,51 44,52 44,53 44,51 44,5
2 4 21,22 21,21 21,48 21,49 21,47
3 6 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18
Tabel. 2.6 Hasil Pengukuran Kapasitansi Total Rangkaian Paralel dengan Kapasitor 104
No. Jumlah Kapasitor Paralel (104) 1 2 3 4 5
1 2 184 nF 183,6 nF 184,4 nF 184,4 nF 184,3 nF
2 4 377,2 nF 377,5 nF 377,7 nF 377,6 nF 377,3 nF
3 6 0,556 µF 0,555 µf 0,564 µF 0,546 µF 0,564 µF
Analisa :
Pada tabel percobaan 2.5 dan 2.6 untuk melakukan kapasitansi total pada rangkaian seri
dan paralel dengan menggunakan kapasitor berjenis 104, yang dilakukan sebanyak 5 kali
dimana setiap jumlah kapasitornya berbeda yaitu sebanyak 2, 4, serta 6 . Dan dimana
dapat pratikan ketahui data pada tabel tersebut mengalami penurunan nilai kapasitansi
totalnya, dari jumlah kapsitor terendah sampai kapsitor tertinggi. Pada percobaan dengan
menggunakan 4 buah kapasitor terlihat penurunan nilai yang begitu signifikan yaitu dari
0,46nF turun menjadi 0,4 nF. Sedangkan dalam percobaan dengan kapasitor 2 dan 6 tidak
terlihat begitu signifikan perubahannya.
Tabel 2.7 Hasil Pengukuran dengan sinyal Low Pass Filter
No. Frekuensi Time Volt Jumlah Kotak
Magnitudo Time Kotak
Magnitudo
(V) Periode (T)
1 10 20 µs 50
mV 5,2 6 260 mV 120 µs
2 50 0,2
ms
20
mV 5 3 100 mV 0,6 ms
3 100 0,2
ms
20
mV 4,4 1 88 mV 0,2 ms
4 150 0,2
ms
20
5 200 0,2 ms
20
mV 3,6 1,1 72 mV 0,22 ms
6 250 0,1
ms
20
mV 3,8 2,2 76 mV 0,22 ms
7 300 0,5
ms
20
mV 3,5 2 70 mV 1,0 ms
8 350 0,5
ms
20
mV 3,6 2 72 mV 1,0 ms
9 400 0,3
ms
20
mV 3,2 4 64 mV 1,2 ms
10 450 0,1
ms
20
mV 3 7 60 mV 0,7 ms
11 500 0,2
ms
20
mV 3 4 60 mV 0,8 ms
Tabel 2.8 Hasil Pengukuran dengan High Pass Filter
No
. Frekuensi Time Volt
Jumlah Kotak
Magnitudo Time Kotak
Magnitudo
(V) Periode (T)
1 100 5 ms 5 V 0,3 1,2 1,5 V 6,0 ms
2 200 5 ms 5 V 0,2 0,6 1,0 V 3,0 ms
3 300 0,2
ms 5 V 0,4 1 2,0 V 0,2 ms
4 400 0,1
ms 5 V 0,4 1,4 2,0 V 1,4 ms
5 500 0,1
ms 5 V 0,6 1,4 3,0 V 1,4 ms
6 600 0,5
ms 5 V 0,7 1,2 3,5 V 0,6 ms
7 700 0,5
ms 5 V 0,8 2 4,0 V 1,0 ms
8 800 0,5
ms 5 V 0,9 1,7 4,5 V 0,85 ms
9 900 0,5
ms 5 V 1 1,6 5 V 0,8 ms
10 1000 0,5
ms 5 V 1 1,4 5 V 0,7 ms
Grafik 2.2 Hubungan Antara Jumlah Kapasitensi Seri Dengan Kapasitor 2E102J
Grafik 2.4 Grafik Hubungan antara jumlah kapasitor paralel dengan kapasitor 2A103J
Grafik 2.5 Grfaik Hubungan Antara Jumlah Kapasitor Paralel Dengan Kapasitor 2E102J
Grafik 2.6 Grafik Hubungan Antara Jumlah Kapasitor Paralel dengan Percobaan ke- 104
Grafik 2.8 Grafik Hubungan Antara Frekuensi dengan Magnitude
G. Kesimpulan
1. Karakteristik Kapasitor
Kapasitor terhadap tegangan dc
merupakan hambatan yang
sangat besar.
Kapasitor terhadap tegangan ac
mempunyai resistansi yang berubah-ubah sesuai dengan frequency kerja. Kapasitor terhadap tegangan ac akan
menimbulkan pergeseran fasa,
dimana arus 900 mendahului
tegangannya
2. Kapasitor adalah alay yang dapat
menyimpan energi dalam medan listrik,
dengan cara mengumpulkan
ketidakseimbangan internal dari muatan listrik.
3. Semakin besar frekuensi maka niai
magitude semakin besar pula pada percobaan high pass filter dengan hasil (3±1)mV dan (1±2)ms
4. Semakin frekuensi naik maka magnitude
akan menurun pada percobaan low pass filter dengan hasil (91±55)mV dan (1±0)ms
5. Hasil pengukuran
a. 2A103J (seri dan paralel)
1. 2 kapasitor
b. 2E102J (seri dan paralel)
1. 2 kapasitor c. 104 (seri dan paralel)
1. 2 kapasitor
KarakteristikMotor Kapasitor Untuk
Berbagai Nilai Kapasitansi,
jurnal.untad.ac.id, 27 Februari 2018 http://jurnal.untad.ac.id/jurnal/index.php /Mektek/article/view/352/291
Angga, 2015, Fungsi Kapasitor Pada
Rangkaian Elektronika, Skemaku.com,
27 Februari 2018,
https://skemaku.com/fungsi-kapasitor-pada-rangkaian-elektronika/
Bisman, 2003, Rancangan Kapasitansi
Meter Digital, library.usu.ac.id, 26
Februari 2018,
