LAPORAN ELDAS: RANGKAIAN SETARA THEVENIN DAN NORTON

RANGKAIAN SETARA THEVENIN DAN NORTON

A.  PENDAHULUAN

1.    Latar Belakang

Elektronika adalah ilmu pengetahuan yang mempelajari tentang pengendalian arus listrik yang dapat dioperasikan dengan cara mengontrol aliran elektron. Pengendalian elektron ini terjadi didalam ruang hampa atau ruagan yang berisi gas bertekanan rendah seperti tabung gas dan bahan semi konduktor.

Ada dua bentuk rangkaian setara yaitu rangkaian setara Thevenin dan rangkaian setara Norton. Tegangan Thevenin didefenisikan sebagai tegangan yang melewati terminal beban saat hambatan beban terbuka. Arus Norton didefenisikan sebagai arus beban saat hambatan beban dihubung singkat. Teorema Thevenin menunjukkan bahwa keseluruhan jaringan listrik tertentu, kecuali beban dapat diganti dengan sirkuit yang hanya mengandung satu sumber tegangan listrik independen dengan sebuah resistor yang terhubung secara seri. Teorema Norton menunjukkan bahwa keseluruhan jaringan listrik tertentu kecuali beban dapat diganti dengan sirkuit ekivalenyang hanya mengandung asatu sumber arus listrik independen dan dengan sebuah resistor yang terhubunng secara parallel (Darianto,2000).

Dalam kehidupan sehari-hari tanpa kita sadari kita telah menggunakan hasil dari rangkaian ini, baik itu rangkaian setara Thevenin maupun rangkaian setara Norton. Khususnya pada orang-orang yang bekerja dibidang elektronika seperti jasa tukang servis alat-alat elektronik. Ketika mereka kekurangan besar resistor untuk merangkai suatu alat maka digunakan rangkaian setara untuk mengganti kekurangan besar resistor tersebut.  Hal inilah yang sebenarnya kita tidak sadari bahwa yang kita praktikan itu merupakan aplikasi dari rangkaian setara Thevenin dan rangkaian setara Norton.

Berdasarkan hal itu, maka perlu diadakan percobaan ini agar kita lebih memahami bagaimana itu rangkain setara Thevenin dan Norton, serta lebih meyakinkan kita bahwa yang kita gunakan selama ini adalah aplikasi dari rangkaian setara Thevenin dan Norton.

2.    Tujuan

Tujuan dilakukannya percobaan ini adalah sebagai berikut :

a.    Memahami cara kerja rangkaian setara Thevenin.

b.    Membuat rangkaian setara Thevenin.

c.    Memahami cara kerja rangkaian setara Norton.

d.   Membuat rangkaian setara Norton.

B.  KAJIAN TEORI

Dalam elektronika ada beberapa pengertian dasar yang benar-benar perlu dikuasai, yaitu rangkaian setara dan arus transien. Dengan menggunakan rangkaian setara, kita dapat melakukan pengukuran pada masukan dan keluaran suatu piranti elektronik tanpa mengetahui rangkaian di dalamnya. Ada dua rangkaian setara yang lazim digunakan yakni Rangkaian Setara Thevenin dan Rangkaian Setara Norton. Pengertian hambatan setara tidak hanya digunakan untuk dua hambatan paralel saja, akan tetapi untuk segala macam hubungan antara beberapa buah hambatan.

Pengertian hambatan setara tidak hanya digunakan untuk dua hambatan. Dalam hal suatu rangkaian listrik yang mengandung sumber tegangan atau sumber arus, atau kedua-duanya serta mengandung hambatan, kapasitor, dioda, transistor, transformator dan sebagainya dapat menggunakan pengertian rangkaian setara, untuk mempermudah kita membahas perilaku rangkaian dalam hubungannya dengan beban atau rangkaian lain.

Ada dua bentuk dasar rangkaian setara yakni rangkaian Setara Thevenin dan Setara Norton. Rangkaian Setara Thevenin menggunakan sumber tetap yakni suatu sumber tegangan ideal dengan tegangan, keluaran yang tidak berubah, berapa pun arus yang diambil darinya. Rangkaian Setara Norton menggunakan sumber arus tetap, yang dapat menghasikan arus tetap berapa pun besar hambatan yang dipasang pada keluarannya (Sutrisno, 1989).

M.L Thevenin telah membuat suatu rangkaian kemajuan ketika ia menemukan sebuah teorema rangkaian yang sekarang disebut dengan teorema Thevenin. Teorema Thevenin menunjukkan bahwa keseluruhan jaringan listrik tertentu, kecuali beban dapat diganti dengan sirkuit yang hanya mengandung suatu sumber tegangan listrik independen dengan sebuah resistor yang terhubung secara seri. Pada rangkaian pengganti Thevenin, tahanan beban merasakan sebuah tahanan sumber yang terhubung seri dengan sebuah sumber tegangan. Tegangan Thevenin adalah tegangan yang tampak pada terminal-teminal beban bila tekanan beban dilepaskan. Tegangan thevenin biasa disebut dengan tegangan rangkaian terbuka (Malvino, 2003).

Untuk menghitung arus pada suatu rangkaian atau hambatan pada setiap nilai tahanan R, yaitu dengan mengombinasikan secara seri dan parallel tahanan-tahanan tersebut untuk mendapatkan tahanan total yang dirasakan oleh sumber tegangan. Kemudian untuk menghitung arus total yang bekerja kearah beban yaitu dengan membagi-bagi arus hingga akhirnya diperoleh arus beban dan bias diselesaiakan dengan pesamaan simulasi dari loop Kirchoff. Bila diberikan rangkaian Thevenin, maka teorema Norton mengatakan bahwa kita dapat menggantinya dengan rangkaian Norton (Prihatno, 2009).

C.  METODE PRAKTIKUM

1.    Alat dan Bahan

            Alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini dapat dilihat pada Tabel 5.1 berikut :

Tabel 5.1 Alat dan Bahan Percobaan Rangkaian Setara Thevenin dan Norton

No	Alat dan Bahan	Fungsi
1.	Multimeter	Untuk mengukur arus, tegangan dan hambatan
2.	Papan rangkaian (breadboard)	Sebagai tempat merangkai rangkaian
3.	Kabel jamper	Untuk menghubungkan alat-alat elektronik
4.	Resistor	Sebagai hambatan pada rangkaian
5.	Catu daya	Sumber tegangan

2.    Prosedur Kerja

Prosedur kerja pada percobaan rangkaian setara thevenin dan norton ini adalah sebagai berikut :

a.    Mengambil resistor dengan nilai-nilai resistor yang sesuai di kotak eksperimen. Menyusun rangkaian seperti pada gambar 1 (sebelum rangkaian dihubungkan dengan sumber tegangan).

b.    Mencari tegangan rangkaian terbuka (V_rb).

c.    Mengukur arus hubung singkat (I hs).

d.   Tegangan V_T dan R_T diberikan oleh :

R_T = Vrb/I hs

V_T = Vrb

e.    Selanjutnya nilai RN dan IN diberikan oleh :

R_N = Vrb/I hs

I_N  = I hs

f.     Mencocokkan hasil pengukuran dengan hasil perhitungan secara teori.

D.  HASIL DAN PEMBAHASAN

1.    Hasil

a.    Data Pengamatan

1)    Representasi Rangkaian Setara Thevenin

Tabel 5.2 Representasi Rangkaian Setara Thevenin

No.	Resistor (Ω)	(Volt)
1.	20x	1,2	4,15x

2)   Representasi Rangkaian Setara Norton

Tabel 5.3 Representasi Rangkaian Setara Norton

No.	Resistor (Ω)	(Volt)
1.	22x	7,2	4,12x

b.   Analisis Data

1)   Untuk rangkaian setara Thevenin

o    = 

                               =

                               =   289,1566 Ω

o    = 

  = 1,2 Volt

2)   Untuk rangkaian setara Norton

o    = 

 =

=   1747,573 Ω

o    = 

  =  4,12x A

2.    Pembahasan

Hambatan setara tidak  hanya  digunakan untuk dua hambatan paralel saja, akan tetapi untuk segala macam hubungan antara beberapa buah hambatan. Dalam hal suatu rangkaian listrik yang mengandung sumber tegangan atau sumber arus , atau kedua-duanya, serta mengandung hambatan kapasitor, dioda, transistor, transformator, dan sebagainya.

Dalam praktikum ini dilakukan percobaan untuk dapat memahami cara kerja dan rangkaian setara Thevenin dan rangkaian Norton. Sebelumnya terlebih dahulu dipraktekan cara membuat rangkaian ini. Dari percobaan ini dapat diketahui bahwa untuk membuat rangkaian setara Thevenin dan Norton pada umumnya sama dengan membuat rangkaian elektronika pada umumnya. Dalam rangkaian ini komponen-komponen listrik dirangkaikan secara seri – paralel. Komponen-komponen listrik yang ada dalam rangkaian ini tidak terbatas hanya pada komponen-komponen tertentu saja. Komponen-komponen listrik yang dirangkaikan dapat berupa  resistor-resistor linear, sumber-sumber linear, dan sumber-sumber tak bebas linear. Perbedaan rangkaian Thevenin dan Norton dengan rangkaian biasa adalah adanya dua buah ujung (terminal). Kedua ujung ini membentuk suatu gerbang, yang disebut gerbang keluaran.Rangkaian listrik ini dikatakan mempuyai keluaran terbuka.

Pada rangkaian Thevenin, hambatan ekuivalen yang terdiri dari resistansi-resistansi dan sumber-sumber tegangan di ekuivalenkan menjadi sebuah resistansi yang selanjutnya dirangkaikan secara seri dengan sebuah sumber tegangan. Sehingga, tidak perlu mencari nilai hambatan dari masing-masing resistor ataupun sumber-sumber tegangan, sebab nilai dari seluruh hambatan dalam rangkaian tersebut telah digantikan dengan sebuah nilai resistansi. Besaran-besaran yang muncul pada rangkaian ini yaitu tegangan Thevenin dan hambatan Thevenin. Tegangan Thevenin adalah tegangan yang tampak pada terminal-terminal beban bila tahanan beban dilepaskan. Tegangan Thevenin biasa disebut tegangan rangkaian terbuka atau tegangan beban terbuka (open). Tahanan Thevenin adalah tahanan yang diukur pada terminal-terminal beban kearah sumber, bila sumber yang ada dihilangkan. Dengan kata lain, setiap sumber tegangan digantikan dengan hubungan singkat dan setiap sumber arus dengan hubungan terbuka.

Pada rangkaian setara Norton hambatan ekuivalen yang terdiri dari resistansi-resistansi dan sumber-sumber tegangan diekuivalenkan menjadi sebuah resistansi yang selanjutnya dirangkaikan secara paralel  dengan sebuah sumber  arus konstan. Besaran-besaran yang muncul pada rangkaian ini yaitu hambatan Norton dan arus Norton. Jika kedua ujung-keluaran rangkaian Norton dihubungkan singkat,seluruh arus IN (arus Norton) akan mengalir melalui keluaran. Arus ini sama dengan arus yang mengalir bila kedua ujung rangkain Thevenin dihubungkan singkat. Pada percobaan ini, hubungan ini tidak dapat dibuktikan, karena rangkaian yang digunakan berbeda. Hubungan ini dibuktikan jika susunan rangkaiannya sama.

Pada percobaan kali ini hal yang pertama kami lakukan adalah mengambil resistor kemudian menghitung nilai masing-masing resistor yaitu 20000 yang dipakai untuk rangkaian setara Thevenin dan 22000  yang digunakan pada rangkaian setara Norton. Pada rangkaian setara Thevenin  didapatkan nilai kuat arus (I_hs) adalah  4,15x, untuk tegangan  (V_rb) 1,2 volt. Sedangjan untuk rangkaian setara Norton Untuk tegangan  (V_rb) 7,2volt diperoleh kuat arus (I_hs) nya adalah 0,72 mA. Untuk tegangan  (V_s) 9 volt diperoleh kuat arus (I_hs) nya adalah 4,12xA.

E.  PENUTUP

1.    Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat ditarik dari percobaan ini adalah sebagai berikut :

a.    Rangkaian setara Thevenin adalah rangkaian yang bekerja dengan sumber tegangan tetap, berapapun arus yang dibebankan padanya.

b.    Rangkaian setara thevenin dibuat dengan cara memasang resistor atau hambatan secara seri dengan tegangannya.

c.    Cara kerja rangkaian setara Norton yaitu dapat dapat bekerja pada saat hambatan beban dihubung singkat.

d.    Rangkaian setara Norton dibuat dengan cara memasang resistor atau hambatan secara paralel dengan arus hubung singkat.

2.    Saran

Saran yang dapat diajukan pada percobaan ini adalah sebagai berikut :

a.    Sebaiknya pihak Laboratorium lebih meningkatkan lagi fasilitas sarana maupun prasarana laboratorium seperti alat multimeter perlu ditambah lagi agar pratikan  dapat melakukan pratikum secara teliti, khususnya pada saat pengambilan data.

b.    Untuk asisten, agar pada saat praktikum jangan hanya dijelaskan saja teorinya melainkan sebaiknya kami praktek juga untuk mengambil data pengamatan sendiri supaya kami lebih memahami tentang praktikum ini, karen pada praktikum ini kami mengambil data pengamatan dari kelompok/kelas lain.

c.    Untuk praktikan diharapkan lebih memiliki rasa bertanggung jawab dan kepedulian  yang tinggi terhadap kebersihan laboratorium serta menjaga demi kebaikan bersama.

DAFTAR PUSTAKA

Darianto. 2000. Teknik Elektronika. PT .Bumi Aksara. Malang.

Malvino. 2003. Prinsip-prinsip Elektronika. Teknika. Jakarta.

Prihatno. 2009. Jago Elektronika Secara Otodidak. Taman Pustaka. Jakarta.

Sutrisno. 1986. Elektronika Dasar 1. ITB. Bandung.