Kamis, 04 Desember 2014

Basic Electronic

RANGKAIAN SETARA THEVENIN-NORTON
Sri Agustini*), Indri Gayatri Patangke, Nurbaeti Suci Qalbi
Laboratorium Elektronika dan Instrumentasi
Jurusan Fisika
Universitas Negeri Makassar
Tahun 2014

Abstrak

Telah dilakukan praktikum tentang rangkaian setara Thevenin-Norton dengan tujuan praktikum  yaitu melakukan pengukuran tegangan Thevenin, hambatan Thevenin, arus Norton dari rangkaian-rangkaian sederhana dan menyelidiki pengaruh beban terhadap tegangan dan kuat arus output rangkaian elektronik dengan menggunakan teorema Thevenin-Norton. Terdapat 2 Proses pengambilan data yang dilakukan yakni dengan cara mengubah secara berturut-turut tegangan sumber pada selang 2 volt sehingga diperoleh besar tegangan dan arus output setiap selangnya, serta menghubungkan dengan hambatan beban yaitu potensiometer. Berdasarkan analisis ang dilakukan maka dapat disimulkan bahwa besarnya hambatan berbanding lurus dengan besarnya arus. Sehingga semakin besar nilai hambatan beban, maka tegangan semakin besar dan arus semakin mengecil dan hal tersebut sesuai dengan teori.

Kata kunci: Arus Norton, rangkaian setara, hambatan Thevenin, tegangan Thevenin

PENDAHULUAN
Dalam kehidupan sehari-hari kita sering sekali menjumpai barang-barang elektronika, seperti radio, telepon, per- ekam kaset audio dan video, dan lainnya, dimana barang elektronika ini tersusun atas rangkaian elektronika sehingga dapat digunakan dan berfungsi dengan baik. Berbicara tentang rang-kaian elektronika, tidak lepas kaitannya dengan berbagai jenis rangkaian elektronika, mulai dari rangkaian elektronika yang kompleks hingga rangkaian elektronika yang lebih sederhana. Rangkaian elektronika yang sederhana yaitu rangkaian seri dan paralel.
Rangkaian elektronika yang kom-pleks merupakan rangkaian elektronika yang rumit dan mem-butuhkan analisis dan penerapan beberapa teori untuk bisa menyelesaikan pengukuran pada rang-kaiannya. Akan tetapi, hal tersebut tidaklah menjadi sebuah permasalahan lagi, karena suatu rangkaian kompleks dapat di ukur dengan melakukan penyederhanaan rangkaian. Sebuah penyederhanaan rangkaian dari rangkaian yang rumit menjadi rangkaian yang lebih sederhana, memudahkan kita untuk melakukan pengukuran tetapi dengan hasil yang tetap sama dengan rangkaian aslinya, atau biasa disebut sebagai rangkaian setara.
Ada dua macam rangkaian setara yang sering digunakan orang, yaitu rangkaian setara Thevenin dan rangkaian setara Norton. Rangkaian setara Thevenin merupakan rangkaian yang hambatannya disusun seri dengan sumber tegangan. Sedangkan rangkaian setara Norton merupakan rangkaian  yang hambatannya disusun paralel dengan sumber arus. Dengan rangkaian setara tersebut kita dapat melakukan pengukuran pada keluaran suatu rangkaian kompleks. Oleh karena itu, pada percobaan ini akan dilakukan percobaan tentang rangkaian setara Thevenin dan Norton.

TEORI SINGKAT
Ada dua bentuk rangkaian setara, yaitu rangkaian setara Thevenin dan rangkaian setara Norton. Definisi Tegangan dan Hambatan Thevenin
Tegangan Thevenin, VTH, didefinisi-kan sebagai tegangan yang melewati terminal beban saat hambatan beban terbuka. Karena ini, tegangan Thevenin terkadang disebut dengan tegangan rangkaian terbuka. Definisinya :
Tegangan Thevenin : VTH  = VOC    
dengan VOC  merupakan singkatan dari “Open – Circuit Voltage”.
Hambatan Thevenin didefinisikan sebagai hambatan yang diukur antar – terminal saat seluruh sumber dibuat nol (dihubungsingkat) dan hambatan beban terbuka. Sebagai definisi :
Hambatan Thevenin : RTH  = ROC
Gambar 1.1 memperlihatkan sebuah kotak hitam (black box) yang mengandung rangkaian dengan sumber searah (DC) dan hambatan linier (hambatan yang tidak berubah dengan naiknya tegangan).
(a)                                                    (b)
Gambar 1.1. (a) kotak hitam yang mengandung rangkaian linier di dalamnya, (b) Rangkaian Setara Thevenin
Theorema Thevenin merupakan alat bantu aplikatif dalam dunia elektronika. Theorema ini tidak hanya menyederhanakan perhitungan, tetapi juga memungkinkan kita untuk menjelaskan operasi rangkaian yang tidak mampu dijelaskan hanya dengan menggunakan persamaan Kirchhoff.
Definisi Arus dan Hambatan Norton
Arus Norton, IN, didefinisikan sebagai arus beban saat hambatan beban dihubung singkat. Karena ini, arus Norton terkadang disebut juga dengan arus hubung singkat  (Short – Circuit Current, ISC). Sebagai definisi :
Arus Norton :  IN  = ISC
Hambatan Norton, RN, adalah hambatan yang diukur oleh ohmmeter pada terminal beban saat seluruh sumber diturunkan menjadi nol dan hambatan beban dibuka (dilepas). Sebagai definisi:
Hambatan Norton : RN  = ROC
Karena hambatan Thevenin dan hambatan Norton memiliki definisi yang sama, maka dapat dituliskan :
RN  =  RTH                                  
Penurunan ini menunjukkan bahwa hambatan Thevenin sama dengan hambatan Norton. Apabila kita menghitung hambatan Thevenin sebesar 10 kW, maka hambatan Norton juga sebesar 10 kW.
Gambar 1.2 memperlihatkan sebuah kotak hitam (Black Box) yang mengandung rangkaian apa saja dengan sumber searah dan hambatan linier.
(a)                                                     (b)
Gambar 1.2. (a) Kotak hitam yang mengandng rangkaian linier di dalamnya, (b) Rangkaian Setara Norton
Norton membuktikan bahwa rangkaian dalam kotak hitam pada seperti pada Gambar 1.2 (a) di atas akan menghasilkan tegangan beban yang sama dengan rangkaian sederhana Gambar 1.2 (b). Sebagai penurunan, theorema Norton terlihat sebagai berikut.
VL  =  IN  (RN | | RL)
Dengan kata lain, tegangan beban sama dengan arus Norton dikalikan dengan hambatan Norton yang parallel dengan hambatan beban.
Sebelumnya kita definisikan hambatan Norton setara dengan hambatan Thevenin. Tetapi perhatikan perbedaan posisi hambatan : hambatan Thevenin selalu diseri dengan sumber tegangan, sedangkan hambatan Norton selalu parallel dengan sumber arus.
METODOLOGI PERCOBAAN
Dalam praktikum ini alat dan bahan yang digunakan yaitu resistor 3 buah, potensiometer 1 buah, power supply 0-12 Vdc, Voltmeter 0-12 Vdc, Amperemeter 0-1 Adc, papan kit dan kabel penghubungProsedur Kerja
Langkah pertama yang harus dilakukan adalah menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan. lalu, mengidentifikasi spesifikasi alat yang digunakan seperi yang tertera pada resistor dan potensiometer yang digunakan. Kemudian, merangkai alat dan bahan yang akan digunakan seperti pada gambar di bawah ini.
Terlebih dahulu kita mengukur hambatan Thevenin pada rangkaian. Untuk kegiatan pertama, kita mengukur besar tegangan thevenin dan arus norton yang dihasilkan oleh rangkaian dengan mengubah-ubah sumber tegangan yang dimulai dari 2 volt, 4 volt, 6 volt, 8 volt, 10 volt dan 12 volt. Lalu kita mencatat tegangan dan kuat arus pada table pengamatan
Pada kegiatan kedua, rangkaian dibuat seperti pada gambar di bawah ini
Lalu rangkaian diperiksa apakah bekerja dengan baik. Sebelum melakukan pengukuran maka potensiometer diputar hingga mencapai titi maksimum, pada kegiatan ini tegangan maksimum potensiometer  2.5 volt. Setelah itu, potensiometer diputar hingga nilai tegangan minimum. Lalu kita mengukur arus dengan selang 0.1 volt hingga mencapai nilai maksimum.  Lalu mecatat kuat arus yang dihasilkan pada tabel hasil pengamatan.
Identifikasi Variabel
Kegiatan 1. Hubungan antara tegangan sumber terhadap teganagan thevenin dan  arus norton Variabel manipulasi       : tegangan sumber Variabel kontrol : resistansi resistor Variabel respon : tegangan Thevenin dan arus Norton
Kegiatan 2. Hubungan antara tegangan Thevenin dengan arus beban Variabel manipulasi : tegangan keluaran, Variabel kontrol: resistansi resistor, Variabel respon : arus beban
Definisi Operasional Variabel
Kegiatan 1
Tegangan sumber adalah perbedaan beda potensial yang dihasilkan oleh sumber (power supply). Resistansi resistor adalah nilai dari resistor yang digunakan sebagai penghambat arus berdasarkan spesifikasi cincin warna pada resistor dengan satuan ohm. Tegangan Thevenin adalah tegangan yang diukur pada saat hambatan beban dibuka diukur dengan menggunakan voltmeter dengan satuan volt. Arus norton adalah besarnya arus yang melewati terminal pada saat hambatan beban dibuka diukur dengan menggunakan amperemeter dengan satuan mA
Kegiatan 2
Tegangan keluaran adalah tegangan yang diukur pada saat potensiometer mengalami perubahan untuk mencapai tegangan maksimumnya dengan satuan volt. Resistansi resistor adalah nilai dari resistor yang digunakan sebagai penghambat arus berdasarkan spesifikasi cincin warna pada resistor dengan satuan ohm. Arus beban adalah besarnya arus listrik yang mengalir melewati beban ketika potensiometer mengalami perubahan diukur menggunakan amperemeter dengan satuan mA.

HASIL PERCOBAAN DAN ANALISIS
Hasil Pengamatan
Kegiatan 1
Tabel.1 hubungan antara tegangan sumber dengan tegangan Thevenin dan arus Norton
No.
 (volt)
 (volt)
(mA)
1
2
0,68
0,11
2
4
1,38
0,23
3
6
2,07
0,34
4
8
2,81
0,46
5
10
3,46
0,57
6
12
4,17
0,69

Kegiatan 2
 
Tabel 2. Hubungan antara tegangan dengan arus beban
No.
 (volt)
(mA)
1
0
0,68
2
0,1
0,66
3
0,2
0,65
4
0,3
0,63
5
0,4
0,61
6
0,5
0,59
7
0,6
0,57
8
0,7
0,56
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
         1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
0,54
0,53
0,51
0,49
0,48
0,46
0,44
0,43
0,41
0,39
19
1,8
0,37
20
1,9
0,35
21
2,0
0,34
22
2,1
0,32
23
2,2
0,31
24
2,3
0,29
25
2,4
0,27
26
2,5
0,26
27
2,6
0,24

Analisis Data

a)    Analisis perhitungan

1.    Menentukan Rth
Secara Teori
RTH= R3 + (R1//R2)
RTH=
RTH=
RTH=6.07 kW
Praktikum         RTH=  6,09 kW
% diff =  x 100%
% diff =  x 100%
% diff =  x 100%
% diff = 0.3 %
1.    Kegiatan 1
a.    Menentukan Vth=Voc
a)    Secara teori
Vs= 2 volt
VTH=
VTH=
VTH=
Praktikum                     VTH= 0,68 V
% diff =  x 100%
% diff =  
% diff =  
% diff = 0,6 %
b)   Secara teori
Vs= 4 volt
VTH=
VTH=
VTH=
Praktikum                     VTH=1,38 V
% diff =  x 100%
% diff =  
% diff =  
% diff = 2,1 %
c)    Secara Teori
vs= 6 volt
VTH=
VTH=
VTH=2,02 volt
Praktikum                     VTH=2,07V
% diff =  x 100%
% diff =  x 100%
% diff =
% diff = 2,1%
d)   Secara Teori
vs= 8 volt
VTH=
VTH=
VTH=2,70 volt
Praktikum                     VTH = 2,81 V
% diff =  x 100%
% diff =  x 100%
% diff =  x 100%
% diff = 3,9 %
e)    Secara Teori
vs= 10 volt
VTH=
VTH=
VTH = 3,37 volt
Praktikum                     VTH= 3,46 V
%diff= x100%
% diff =  x 100%
% diff =  x 100%
% diff = 2,4%
f)    Secara Teori
vs= 12 volt
VTH=
VTH=
VTH = 4,05 volt
Praktikum                     VTH = 4,17 V
% diff =  x 100%
% diff =  x 100%
% diff =  x 100%
% diff = 2,8 %
b.    Menentukan IN
a)      Secara teori
IN=
IN =
IN =0,11 mA
Praktikum                     IN= 0,11 mA
% diff = x 100%
% diff =  x 100%
% diff =  x 100%
% diff = 0 %
Secara teori
IN=
IN =
IN =0,22 mA
Praktikum                     IN= 0,23 mA
% diff =  x 100%
% diff =  x 100%
% diff =  x 100%
% diff = 4 %
Secara teori
IN=
VTH=
VTH=0,33mA
Praktikum                     IN= 0,34 mA
% diff = x 100%
% diff =  x 100%
% diff =  x 100%
% diff = 3 %
  Secara teori
IN=
IN =
IN =0,44 mA
Praktikum                     IN= 0,46 mA
% diff = x 100%
% diff =  x 100%
% diff =  x 100%
% diff = 4 
Secara teori
IN=
IN =
IN =0,55 mA
Praktikum                     IN= 0,57 mA
% diff = x 100%
% diff =  x 100%
% diff =  x 100%
% diff =3 %
Secara teori
IN=
IN =
IN =0,66 mA
Praktikum                     IN= 0,69 mA
% diff = x 100%
% diff =  x 100%
% diff =  x 100%
% diff =4 %
PEMBAHASAN
Berdasarkan hasil pengamatan yang telah dilakukan, terdapat tiga jenis resistor cincin yang digunakan dengan spesifikasi yang berbeda dan diperoleh nilai resistansi masing-masing dari resistor tersebut adalah dan , lalu potensiometer dijadikan hambatan bebab yang memiliki spesifikasi B10K. Setelah merangkai rangkaian diperoleh    dari rangkaian dengan menghubungsingkatkan seluruh sumber dan hambatan beban terbuka. Namun berdasarkan hasil analisis perhitungan maka diperoleh nilai RTH  sehingga  yang menunjukkan bahwa tingkat ketepatan data yang peroleh secara teori mendekati hasil yang sebenarnya secara praktiku
Pada kegiatan pertama, dilakukan pengukuran terhadap tegangan Thevenin dan arus Norton dengan mengubah-ubah tegangan sumber yang diberikan. Hasil yang diperoleh berdasarkan tabel hasil pengamatan. Berdasarkan hasil perhitungan yang kami lakukan diperoleh hambatan Thevenin dan arus Norton untuk tegangan sumber 2 volt adalah  dan . Pada tegangan sumber 4 volt diperoleh  dan . Pada saat tegangan sumber 6 volt diperoleh  dan . Pada saat tegangan sumber menjadi 8 volt diperoleh  dan . Pada saat tegangan sumber menjadi 10 volt diperoleh  dan . Sedangkan pada saat tegangan sumber menjadi 12 volt diperoleh  dan . Dengan % diff terbesar yaitu 4 %. Hal ini berarti hasil percobaan dan hasil perhitugan tidak memiliki keslahan yang cukup besar.
Selanjutnya Pada kegiatan ke-2 ini pengaruh hambatan beban tehadap tegangan dan arus output akan diselidiki dan hasilnya ditampilkan dalam sebuah grafik. Berdasarkan grafik, nilai dari hambatan potensiometer diperbesar dan hasilnya terlihat, besarnya tegangan meningkat seiring dengan turunnya niai kuat arus. Nilai hambatan secara teori 6,07 , sedangkan nilai hambatan yang dipeoleh secara paktek sebesar 5,73 , sehingga hasil praktikum dapat dikatakan sesuai dengan teori serta untuk hambatan thevenin dengan batas toleransi 5% maka hasil prakteknya sesuai dengan teori. Kesalahan praktikan dalam proses pengambilan data dikarenakan alat ukur yang digunakan sangat sensitif dan harus digunakan secara manual.
KESIMPULAN
1.    Besarnya nilai tegangan Thevenin, hambatan Thevenin dan arus Norton yang diperoleh secara teori menghampiri nilai yang diperoleh melalui percobaan.
2.    Berdasarkan hukum ohm, besarnya hambatan berbanding lurus dengan besarnya tegangan dan berbanding terbalik dengan besarnya arus. Sehingga semakin besar nilai hambatan beban, maka tegangan semakin besar dan arus semakin mengecil dan hal tersebut sesuai dengan teori.

REFERENSI
Malvino,A.P.2003. prinsip-prinsip elektronika, buku 1, jakarta:salemba Teknika.


Sutrisno. 1986. Elektronika, Teori dan Penerapannya, jilid 1. Bandung: penerbit ITB.
Desember 04, 2014 / by / 0 Comments
Author Image

About Sri Agustini

By di

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

give me your response

Langganan: Posting Komentar (Atom)