Pada saat pengisian kapasitor diperlukan sebuah sumber tegangan konstan (Vin)
yang digunakan untuk menyuplai muatan ke kapasitor dan sebuah resistor
yang digunakan untuk mengatur konstanta waktu pengisian (τ) serta
membatasi arus pengisian.
Pada rangkaian pengisian kapasitor disamping, saat saklar (S) ditutup maka akan ada arus yang mengalir dari sumber tegangan (Vin)
menuju ke kapasitor. Besarnya arus ini tidak tetap karena adanya bahan
dielektrik pada kapasitor. Arus pengisian akan menurun seiring dengan
meningkatnya jumlah muatan pada kapasitor, dimana Vc≈Vin saat i=0. Secara umum, rumus pengisian kapasitor untuk tegangan dan arus dapat dinyatakan seperti berikut :
tegangan kapasitor saat t detik apabila sebelum pengisian tidak terdapat adanya tegangan awal pada kapasitor, Vc(0)=0V, maka persamaan diatas menjadi :
arus pengisian setelah t detik
Apabila
digambarkan dalam grafik maka tegangan dan arus pada pengisian
kapasitor akan membentuk grafik eksponensial seperti berikut.
Berdasarkan
rumus pengisian kapasitor untuk tegangan, bisa didapat pula hubungan
antara waktu pengisian terhadap persentase tegangan pada kapasitor yang
dinyatakan dalam tabel berikut
t
Vc
0
0
0,7RC
50%
RC
63%
2RC
86,5%
3RC
95%
4RC
98,2%
5RC
99%
Contoh soal : Berdasarkan pada rangkaian pengisian kapasitor diatas, dimana : tegangan pengisian (Vin) = 12 V hambatan (R) = 5 kΩ kapasitor (C) = 100 μF Tentukan : a. Konstanta waktu pengisian (τ) b. Arus awal yang mengalir pada rangkaian (io) c. Tegangan dan arus kapasitor (Vc) setelah saklar ditutup selama 10 ms d. Waktu pengisian yang dibutuhkan agar tegangan kapasitor (Vc) terisi 50%nya e. Waktu pengisian yang dibutuhkan agar tegangan kapasitor (Vc) = 10V
Penyelesaian :
Konstanta waktu pengisian (τ)
τ = RC = (5 kΩ)(100 μF) = 0.5 s
Arus awal yang mengalir pada rangkaian (io)
Tegangan pada kapasitor saat saklar ditutup selama 10 ms
Waktu pengisian yang dibutuhkan agar tegangan kapasitor (Vc) terisi 50%nya
Dari
tabel hubungan antara waktu pengisian terhadap persentase tegangan pada
kapasitor dapat diketahui bahwa tegangan pada kapasitor akan terisi 50%
saat t=0,7RC, yaitu : t = 0,7(5kΩ)(100μF) = 0,35s = 350ms Atau dengan cara lain, tegangan pada kapasitor terisi 50% ≈ 12V/2 ≈ 6V
Waktu pengisian yang dibutuhkan agar tegangan kapasitor (Vc) = 10V
