Kapasitor menghubungkan perubahan tegangan dengan arus

Tegangan tidak dapat meloncat tanpa impuls

Kapasitor ideal menyimpan muatan menurut $q=CV$ dan memiliki arus $i=C\,dV/dt$ dengan konvensi tanda pasif. Kapasitor menahan perubahan tegangan seketika karena perubahan itu memerlukan impuls arus. Kapasitor tidak menahan tegangan itu sendiri: kapasitor bermuatan dapat tetap pada tegangan bukan nol sambil membawa arus DC nol.

Pada titik kerja DC yang telah menetap, kapasitor ideal merupakan rangkaian terbuka. Selama transisi, kapasitor merupakan elemen dinamis dan tidak dapat begitu saja dihapus. Tegangan awalnya penting. Kapasitor nyata juga memiliki kebocoran, resistansi seri ekuivalen, efek dielektrik, dan rating tegangan. Model ideal sengaja mengabaikan sifat itu hingga relevan dengan perhitungan.

Contoh ramp dan energi

Gerakkan kapasitor 1 μF dengan arus tetap 1 mA. Maka $dV/dt=0.001/0.000001=1000$ V/s, atau 1 V/ms. Mulai dari 0 V, kapasitor mencapai 2 V setelah 2 ms, asalkan sumber arus dapat mempertahankan arus itu pada tegangan yang diperlukan. Muatannya 2 μC. Energi tersimpan adalah $E=CV^2/2=2$ μJ.

Hasil energi ini berbeda dari muatan: muatan sebanding secara linear dengan tegangan, sedangkan energi sebanding dengan kuadrat tegangan. Menggandakan tegangan menjadi 4 V menggandakan muatan tetapi melipatgandakan energi empat kali menjadi 8 μJ. Satuan memperjelas perbedaan: coulomb bukan joule.

Kondisi awal merupakan bagian dari soal

Kapasitor 1 μF yang sudah berada pada 1 V mencapai 2 V setelah hanya 1 ms dengan arus 1 mA yang sama. Menghubungkan dua kapasitor bermuatan secara tiba-tiba tidak dijelaskan dengan menyebut keduanya “terbuka pada DC”; transisi dan resistansi pengawatan harus dimodelkan. Demikian pula, menghubung singkat kapasitor bermuatan dapat menghasilkan pulsa arus yang melampaui arus tunak biasa sumber.

Untuk perhitungan kursus, nyatakan kapasitansi, tegangan awal, arus yang diterapkan atau resistansi sekitarnya, dan interval waktu. Sebelum pengukuran tegangan rendah nyata, verifikasi polaritas komponen berpolaritas dan buang muatan tersimpan melalui resistor yang sesuai. Untuk sinyal berubah, tanyakan arus dan waktu sebelum menerapkan jalan pintas keadaan tunak.