Pembagi Tegangan Kapasitif

Coba Instrumen Kami Untuk Menghilangkan Masalah





Dalam posting ini kita mempelajari bagaimana rangkaian pembagi tegangan kapasitif beroperasi di sirkuit elektronik, melalui rumus dan contoh yang diselesaikan.

Oleh: Dhrubajyoti Biswas



Apa itu Jaringan Pembagi Tegangan

Berbicara tentang rangkaian pembagi tegangan, penting untuk dicatat bahwa tegangan pada rangkaian pembagi didistribusikan secara merata di antara semua komponen yang ada yang terkait dengan jaringan, meskipun kapasitasnya dapat bervariasi berdasarkan pada konstitusi komponen.

Rangkaian pembagi tegangan dapat dibangun dari komponen reaktif atau bahkan dari resistor tetap.



Namun, ketika membandingkan dengan pembagi tegangan kapasitif, pembagi resistif tetap tidak terpengaruh dengan perubahan frekuensi dalam supply.

Tujuan dari makalah ini adalah untuk memberikan pemahaman rinci tentang pembagi tegangan kapasitif. Tetapi untuk mendapatkan lebih banyak wawasan, penting untuk merinci reaktansi kapasitif dan pengaruhnya pada kapasitor pada frekuensi yang bervariasi.

Kapasitor terbuat dari dua pelat konduktif, ditempatkan sejajar satu sama lain yang juga dipisahkan dengan isolator. Kedua pelat ini memiliki satu muatan positif (+) dan muatan negatif (-) lainnya.

Ketika kapasitor diisi penuh melalui arus DC, dielektrik [populer disebut isolator] macet aliran arus melintasi pelat.

Karakteristik penting lain dari kapasitor dibandingkan dengan resistor adalah: Kapasitor menyimpan energi pada pelat konduktif selama pengisian, yang tidak dilakukan oleh resistor, karena selalu cenderung melepaskan energi berlebih sebagai panas.

Tetapi energi yang disimpan oleh kapasitor diteruskan ke sirkuit yang terhubung dengannya selama proses pelepasannya.

Fitur kapasitor untuk menyimpan muatan ini disebut reaktansi, dan selanjutnya disebut Reaktansi Kapasitif [Xc] di mana Ohm adalah unit standar pengukuran untuk reaktansi.

Kapasitor yang habis saat dihubungkan ke catu daya DC, reaktansi tetap rendah pada tahap awal.

Sebagian besar arus mengalir melalui kapasitor untuk jangka pendek, yang memaksa pelat konduktif terisi dengan cepat, dan ini akhirnya menghambat aliran arus selanjutnya.

Bagaimana Kapasitor Memblokir DC?

Dalam resistor, jaringan seri kapasitor ketika periode waktu mencapai besaran 5RC, pelat konduktif kapasitor terisi penuh, yang menandakan muatan yang diterima oleh kapasitor sama dengan suplai tegangan, yang menghentikan aliran arus lebih lanjut.

Selanjutnya, reaktansi kapasitor dalam situasi ini di bawah pengaruh tegangan DC mencapai keadaan maksimum [mega-ohm].

Kapasitor dalam suplai AC

Berkenaan dengan penggunaan arus alternatif [AC] untuk mengisi kapasitor, di mana aliran arus AC selalu terpolarisasi secara bergantian, kapasitor yang menerima aliran dikenakan pengisian dan pengosongan yang konstan di seluruh pelatnya.

Sekarang jika kita memiliki aliran arus konstan maka kita juga perlu menentukan nilai reaktansi untuk membatasi aliran.

Faktor untuk menentukan nilai resistansi kapasitif

Jika kita melihat kembali kapasitansi, kita akan menemukan bahwa jumlah muatan pada pelat konduktif kapasitor sebanding dengan nilai kapasitansi dan tegangan.

Sekarang ketika kapasitor mendapat aliran arus dari input AC, suplai tegangan mengalami perubahan konstan nilainya, yang selalu mengubah nilai pelat terlalu proporsional.

Sekarang mari kita pertimbangkan situasi di mana kapasitor mengandung nilai kapasitansi yang lebih tinggi.

Dalam situasi ini resistansi R membutuhkan lebih banyak waktu untuk mengisi kapasitor τ = RC. Ini menyiratkan bahwa jika arus pengisian mengalir untuk rentang waktu yang lebih lama, reaktansi mencatat nilai Xc yang lebih kecil, tergantung pada frekuensi yang ditentukan.

Identiknya jika nilai kapasitansi pada sebuah kapasitor lebih kecil, maka untuk mengisi kapasitor membutuhkan waktu RC yang lebih singkat.

Waktu yang lebih singkat ini menyebabkan aliran arus untuk rentang waktu yang lebih pendek, yang menghasilkan nilai reaktansi yang relatif lebih kecil, Xc.

Oleh karena itu, terbukti bahwa dengan arus yang lebih tinggi nilai reaktansi tetap kecil dan sebaliknya.

Dan dengan demikian reaktansi kapasitif selalu berbanding terbalik dengan nilai kapasitansi kapasitor.

XC ∝ -1 C.

Penting untuk dicatat bahwa kapasitansi bukanlah satu-satunya faktor untuk menganalisis reaktansi kapasitif.

Dengan frekuensi rendah dari tegangan AC yang diterapkan, reaktansi mendapatkan lebih banyak waktu berkembang berdasarkan konstanta waktu RC yang dialokasikan. Selanjutnya, itu juga memblokir arus, menunjukkan nilai reaktansi yang lebih tinggi.

Demikian pula, jika frekuensi yang diterapkan tinggi, reaktansi memungkinkan siklus waktu yang lebih sedikit untuk proses pengisian dan pengosongan terjadi.

Selain itu, ia juga menerima aliran arus yang lebih tinggi selama proses tersebut, yang mengarah pada reaktansi yang lebih rendah.

Jadi ini membuktikan bahwa impedansi (reaktansi AC) kapasitor dan besarnya tergantung pada frekuensi. Oleh karena itu frekuensi yang lebih tinggi menghasilkan reaktansi yang lebih rendah dan sebaliknya, sehingga dapat disimpulkan bahwa Reaktansi Kapasitif Xc berbanding terbalik dengan frekuensi dan kapasitansi.

Teori reaktansi kapasitif tersebut dapat disimpulkan dengan persamaan berikut:

Xc = 1 / 2πfC

Dimana:

· Xc = Reaktansi Kapasitif dalam Ohm, (Ω)


· Π (pi) = konstanta numerik 3,142 (atau 22 ÷ 7)


· Ƒ = Frekuensi dalam Hertz, (Hz)


· C = Kapasitansi dalam Farads, (F)

Pembagi Tegangan Kapasitif

Bagian ini bertujuan untuk memberikan penjelasan rinci mengenai bagaimana frekuensi supply mempengaruhi dua kapasitor yang dihubungkan secara back to back atau seri, lebih baik disebut rangkaian pembagi tegangan kapasitif.

Dijelaskan Sirkuit Pembagi Tegangan Kapasitif

Rangkaian Pembagi Tegangan Kapasitif

Untuk menggambarkan fungsi pembagi tegangan kapasitif, mari kita simak rangkaian di atas. Di sini, C1 dan C2 dirangkai seri dan dihubungkan ke catu daya AC 10 volt. Berada di seri kedua kapasitor menerima muatan yang sama, Q.

Namun tegangan akan tetap berbeda dan juga tergantung pada nilai kapasitansi V = Q / C.

Mempertimbangkan Gambar 1.0, perhitungan tegangan melintasi kapasitor dapat ditentukan melalui berbagai cara.

Salah satu opsinya adalah untuk mengetahui impedansi rangkaian total dan arus rangkaian, yaitu melacak nilai reaktansi kapasitif pada setiap kapasitor dan kemudian menghitung penurunan tegangan yang melewatinya. Contohnya:

CONTOH 1

Sesuai Gambar 1.0, dengan C1 dan C2 masing-masing 10uF dan 20uF, hitung penurunan tegangan rms yang terjadi di kapasitor dalam situasi tegangan sinusoidal 10 volt rms @ 80Hz.

Kapasitor C1 10uF
Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 80 x 10uF x 10-6 = 200 Ohm
C2 = kapasitor 20uF
Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 22uF x 10-6 = 90
Ohm

Reaktansi Kapasitif Total

Xc (total) = Xc1 + Xc2 = 200Ω + 90Ω = 290Ω
Ct = (C1 x C2) / (C1 + C2) = 10uF x 22uF / 10uF + 22uF = 6.88uF
Xc = 1 / 2πfCt = 1/1 / 2π x 80 x 6.88uF = 290Ω

Arus di sirkuit

I = E / Xc = 10V / 290Ω

Tegangan turun secara serial untuk kedua kapasitor. Di sini pembagi tegangan kapasitif dihitung sebagai:

Vc1 = I x Xc1 = 34.5mA x 200Ω = 6.9V
Vc2 = I x Xc2 = 34.5mA x 90Ω = 3.1V

Jika nilai kapasitor berbeda, nilai kapasitor yang lebih kecil kemudian dapat diisi ke tegangan yang lebih tinggi dibandingkan dengan nilai yang besar.

Dalam Contoh 1, muatan tegangan yang tercatat masing-masing adalah 6,9 & 3,1 untuk C1 dan C2. Sekarang karena perhitungan didasarkan pada teori tegangan Kirchoff, oleh karena itu tegangan total turun untuk masing-masing kapasitor sama dengan nilai tegangan suplai.

CATATAN:

Rasio penurunan tegangan untuk kedua kapasitor yang dihubungkan ke rangkaian pembagi tegangan kapasitif seri selalu tetap sama meskipun ada frekuensi yang di supply.

Oleh karena itu, sesuai Contoh 1, 6,9 dan 3,1 volt adalah sama, bahkan jika frekuensi suplai dimaksimalkan dari 80 hingga 800Hz.

CONTOH 2

Bagaimana menemukan penurunan tegangan kapasitor menggunakan kapasitor yang sama yang digunakan pada Contoh 1?

Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 10uF = 2 Ohm

Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 22uF = 0,9 Ohm

I = V / Xc (total) = 10 / 2,9 = 3,45 Amps

Oleh karena itu, Vc1 = I x Xc1 = 3.45A x 2Ω = 6.9V

Dan, Vc2 = I x Xc2 = 3.45A x 0.9 Ω = 3.1V

Karena rasio tegangan tetap sama untuk kedua kapasitor, dengan meningkatnya frekuensi suplai, dampaknya terlihat dalam bentuk penurunan reaktansi kapasitif gabungan, serta impedansi rangkaian total.

Penurunan impedansi menyebabkan aliran arus yang lebih tinggi, misalnya arus rangkaian pada 80Hz sekitar 34,5mA, sedangkan pada 8kHz mungkin terjadi peningkatan suplai arus 10 kali lipat, yaitu sekitar 3,45A.

Sehingga dapat disimpulkan bahwa aliran arus melalui pembagi tegangan kapasitif berbanding lurus dengan frekuensi I f.

Seperti dibahas di atas, pembagi kapasitif yang melibatkan rangkaian kapasitor yang terhubung, semuanya menurunkan tegangan AC.

Untuk mengetahui penurunan tegangan yang benar, pembagi kapasitif mengambil nilai reaktansi kapasitif dari sebuah kapasitor.

Oleh karena itu, tidak berfungsi sebagai pembagi tegangan DC, karena di DC kapasitor menahan dan memblokir arus, yang menyebabkan aliran arus nihil.

Pembagi dapat digunakan dalam kasus di mana pasokan didorong oleh frekuensi.

Ada berbagai macam penggunaan elektronik pembagi tegangan kapasitif, dari perangkat pemindaian jari hingga Osilator Colpitts. Ini juga disukai secara luas sebagai alternatif murah untuk transformator utama di mana pembagi tegangan kapasitif digunakan untuk menjatuhkan arus utama yang tinggi.




Sepasang: Sirkuit Drone Quadcopter Paling Sederhana Berikutnya: Sirkuit Sun Shade Bermotor