Teorema Thevenin dan Cara Perhitungan Rangkaian
Teorema Thevenin adalah metode analitik yang digunakan untuk mengubah rangkaian kompleks menjadi rangkaian ekuivalen sederhana yang terdiri dari satu resistansi yang dirangkai seri dengan satu sumber tegangan. Selain teorema Kirchhoff, teorema Thevenin juga umum digunakan untuk analisis rangkaian.
Dengan demikian, menggunakan teorema Thevenin memungkinkan untuk menyederhanakan rangkaian listrik apa pun, betapapun rumitnya, menjadi rangkaian dua terminal yang ekuivalen hanya dengan satu sumber tegangan konstan yang dirangkai secara seri dengan satu resistansi (atau impendensi) yang terhubung ke beban.
Rangkaian baru hasil dari aplikasi teorema Thevenin disebut dengan rangkaian ekuivalen Thevenin. Penggunaan utama dari teorema Thevenin adalah menyederhanakan sebagian besar dari rangkaian kompleks dengan rangkaian ekuivalen yang sederhana. Teorema ini dinamakan sesuai dengan penemunya, seorang insinyur berkebangsaan Prancis, M. L. Thévenin.
Memahami Sirkuit Linier dan Batasannya
Terdapat batasan saat menerapkan teorema Thevenin ke rangkaian linier. Dalam rangkaian linier, yaitu semua persamaan harus linier atau tidak ada eksponen juga akar. Pembatasan teorema Thevenin pada rangkaian linier identik dengan yang ditemukan dalam teorema superposisi.
Rangkaian akan linier jika hanya berisi komponen pasif seperti resistor, induktor, dan kapasitor. Sementara itu, untuk yang termasuk perangkat nonlinier, di antaranya dioda, gas-discharge tube (tabung pelepasan gas), dan komponen semikonduktor.
Baca Juga: Teorema Norton dan Cara Perhitungan Rangkaian
Cara Menggunakan Teorema Thevenin
Teorema Thevenin menyatakan bahwa semua rangkaian linier dapat disederhanakan menjadi rangkaian ekuivalen atau yang setara dengan sumber tegangan tunggal yang dirangkai secara seri dengan resistor tunggal yang dihubungkan ke beban. Berikut adalah langkah-langkah untuk membuat suatu rangkaian menjadi rangkaian ekuivalen Thevenin:
- Lepas resistor beban (load) dan ganti dengan sirkuit terbuka. Ganti sumber tegangan dengan short circuits (hubung singkat). Ganti sumber arus dengan sirkuit terbuka (open circuits).
- Hitung resistansi Thevenin, yaitu resistansi antara titik sambung rangkaian terbuka ketika semua sumber daya sudah dilepas.
- Hitung tegangan Thevenin. Pasang kembali sumber tegangan dan tentukan tegangan ekuivalen Thevenin menggunakan analisis rangkaian sederhana.
- Gambar rangkaian ekuivalen Thevenin dengan sumber tegangan Thevenin secara seri dengan resistansi Thevenin. Kemudian, resistor beban dipasang kembali di antara dua titik sirkuit terbuka (titik A dan titik B) dari rangkaian ekuivalen Thevenin.
- Analisa tegangan dan arus untuk beban dengan cara mengikuti aturan rangkaian seri.
Contoh Menentukan Rangkaian Ekuivalen Thevenin
Selanjutnya, untuk lebih memudahkan pemahaman tentang teorema Thevenin, di sini akan diberikan contoh langkah-langkah bagaimana cara menghitung atau menentukan rangkaian ekuivalen Thevenin (tegangan Thevenin dan resistansi Thevenin).
1. Lepas resistor beban (load) dan juga ganti sumber daya
Langkah pertama adalah melepaskan resistansi beban (RL), untuk gambar rangkaian di atas yang berada di tengah (R2) yang menghubungkan titik persimpangan A dan B.
Kemudian, agar dapat menemukan resistansi Thevenin untuk rangkaian ekuivalen maka langkah selanjutnya adalah melepaskan atau mengganti sumber daya pada rangkaian, di mana sumber tegangan diganti dengan short circuits dan sumber arus (jika ada) diganti dengan sirkuit terbuka.
2. Hitung resistansi Thevenin
Setelah melepas resistor beban (load) dan juga ganti sumber daya, Anda dapat mencari besarnya resistansi yang terdapat di tempat di mana beban dilepas, yaitu menjumlahkan R1 dan R3 secara paralel. Lebih jelasnya amati gambar di bawah.
Jawaban 20 Ω adalah nilai dari resistansi Thevenin (RThevenin).
3. Hitung tegangan Thevenin
Pasang kembali sumber tegangan. Selanjutnya, mencari tegangan antara dua titik di mana resistor beban pada rangkaian asli terpasang. Namun, tentukan dahulu arus yang mengalir dalam loop, pada rangkaian di atas besarnya arus adalah 0,33 A.
Arus mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah maka pada rangkaian di atas arus mengalir dari VS2 ke R3 ke R1 dan akhirnya ke VS1. Dengan demikian, mudah untuk mengetahui tegangan antara titik A dan B, di mana itu dapat diketahui dari tegangan pada sumber tegangan dan penurunan resistor terdekat. Akhirnya, diketahui bahwa tegangan atau beda potensial antara titik A dan B adalah 40 V. Dengan kata lain, tegangan Thevenin adalah 40 V.
4. Gambar rangkaian ekuivalen Thevenin
Di bawah ini adalah gambar rangkaian ekuivalen Thevenin, di mana Anda sudah dapat untuk melakukan perhitungan perangkat beban linier apapun yang terhubung di antara titik sambungan (terminal A dan B).
Pada gambar di atas, tepatnya yang sebelah kanan adalah rangkaian ekuivalen Thevenin, tetapi sudah ditambah atau diberi resistansi beban (RLoad) 120 Ω, seperti rangkaian asli (lihat langkah pertama).
Analisa rangkaian ekuivalen Thevenin
Terakhir adalah menganalisa rangkaian ekuivalen Thevenin terhadap beban (RLoad 120 Ω):
Kedua resistor (RThevenin dan RLoad) yang dihubungkan secara seri membuat resistansi totalnya menjadi 140 Ω.
Besarnya arus listrik yang mengalir di dalam rangkaian adalah 0,2857 A.
Tegangan pada Rthevenin 5,7 V dan RLoad 34,3 V. Dengan demikian, potensial pada titik A menjadi 34,3 V dan potensial titik B tentu saja 0 V.
