Pengertian Teorema Thevenin dan Cara Perhitungannya

Pengertian Teorema Thevenin dan Perhitungannya – Teorema Thevenin adalah salah satu teori elektronika atau alat analisis yang menyederhanakan suatu rangkaian rumit menjadi suatu rangkaian sederhana dengan cara membuat suatu rangkaian pengganti yang berupa sumber tegangan yang dihubungkan secara seri dengan sebuah resistansi yang ekivalen. Teorema Thevenin ini sangat bermanfaat apabila diaplikasikan pada analisis rangkaian yang berkaitan dengan daya atau sistem baterai dan rangkaian interkoneksi yang dapat mempengaruhi satu rangkaian dengan rangkaian lainnya. Teorema Thevenin ini ditemukan oleh seorang insinyur yang berasal dari Perancis yaitu M.L. Thevenin.

Bunyi Teorema Thevenin

Teorema Thevenin menyatakan bahwa :

Setiap Rangkaian linear yang terdiri dari beberapa tegangan dan resistor dapat digantikan dengan hanya satu tegangan tunggal dan satu resistor yang terhubung secara seri.

Cara Menganalisis Rangkaian Linear dengan Perhitungan Teorema Thevenin

Berikut ini adalah langkah-langkah untuk menganalisis dan menghitung suatu rangkaian linear dengan menggunakan Teorema Thevenin.

1. Lepaskan Resistor Beban
2. Hitung atau ukur tegangan rangkaian terbukanya. Tegangan inilah disebut dengan Tegangan Thevenin atau Thevenin Voltage (V_TH).
3. Lepaskan sumber arus listriknya dan hubungsingkatkan sumber tegangannya.
4. Hitung atau ukur tegangan Resistansi rangkaian terbuka tersebut. Resistansi ini disebut dengan Resistansi Thevenin atau Thevenin Resistance (R_TH).
5. Gambarkan lagi suatu rangkaian baru berdasarkan pengukuran yang dilakukan pada langkah 2 yaitu tegangan rangkaian terbuka (V_TH) sebagai tegangan sumber dan Resistansi Thevenin (R_TH) pada pengukuran di langkah 4 sebagai Resistor yang dihubungkan secara seri. Hubungkan kembali Resistor Beban yang kita lepaskan di langkah 1. Rangkaian inilah sebagai Rangkaian Ekivalen Thevanin atau rangkaian rumit yang telah disederhanakan berdasarkan teorema Thevenin.
6. Langkah yang terakhir adalah temukan arus listrik yang melalui Resistor Beban tersebut dengan menggunakan Hukum Ohm (I_T = V_TH/(R_TH + R_L)

Contoh Kasus Perhitungan Teorema Thevenin

Berikut ini adalah contoh kasus untuk menganalisis Rangkaian Linear dengan menggunakan Teorema Thevenin (mengikuti langkah-langkah diatas).

Pada gambar dibawah ini, carikan V_TH, R_TH dan arus beban dan tegangan pada resistor beban dengan menggunakan Teorema Thevenin.

Langkah 1.

Lepaskan Resistor beban 5kΩ.

Langkah 2.

Hitung atau ukur tegangan rangkaian terbukanya. Tegangan inilah disebut dengan Tegangan Thevenin atau Thevenin Voltage (V_TH).

Setelah kita buka Resistor beban  (langkah 1), rangkaiannya akan berbentuk seperti pada gambar dibawah ini. Arus listrik yang mengalir ke Resistor 12kΩ dan 4kΩ adalah 3mA (Ingat Hukum Ohm, I= V/R = 48V/(12kΩ+4kΩ) = 0,003A atau 3mA). Resistor 8kΩ tidak dihitung, karena Resistor 8kΩ adalah rangkaian terbuka maka arus tidak akan mengalir sampai ke resistor tersebut.

Tegangan pada Resistor 4kΩ adalah 12V yaitu dengan perhitungan 3mA x 4kΩ. Dengan demikian, Tegangan pada Terminal AB juga adalah 12V. Oleh karena itu, V_TH = 12V.

Langkah 3.

Lepaskan sumber arus listriknya dan hubungsingkatkan sumber tegangannya seperti pada gambar dibawah ini :

Langkah 4.

Hitung atau ukur tegangan Resistansi rangkaian terbuka tersebut. Resistansi ini disebut dengan Resistansi Thevenin atau Thevenin Resistance (R_TH).

Kita telah menghilangkan Sumber Tegangan 48V dengan melepaskan sumber arus listriknya dan hubungsingkatkan sumber tegangannya seperti pada langkah ke-3, sehingga sumber tegangan adalah ekivalen dengan 0 (V=0). Maka hubungan Resistor 8kΩ adalah seri dengan Paralel resistor 4kΩ dan 12kΩ. Jadi perhitungan untuk mencari R_TH adalah sebagai berikut :

R_TH = 8kΩ + ((4kΩ x12kΩ)/(4kΩ+12kΩ)
R_TH = 8kΩ + 3kΩ
R_TH = 11kΩ

Langkah 5.

Hubungkan secara Seri Resistor R_TH dengan sumber tegangan V_TH dan hubungkan kembali Resistor Beban 5kΩ seperti pada gambar dibawah ini. Inilah hasil dari perhitungan Teorema Thevenin atau disebut dengan Rangkaian Ekivalen Thevenin.

Langkah 6.

Sekarang mari kita aplikasikan ke teori Hukum Ohm, hitung total arus beban dan tegangan beban seperti pada gambar 6.
Baca juga : Pengertian dan Bunyi Hukum Ohm.

Mecari Arus Beban (I_L) :

I_L = V_TH/(R_TH + R_L)
I_L = 12V / (11kΩ + 5kΩ)
I_L = 12/16kΩ
I_L = 0,75Ma

Dan

Mencari Tegangan Beban (VL) :

V_L = I_L x R_L
V_L = 0,75mA x 5kΩ
V_L = 3,75V

 

Dari Rangkaian aslinya sampai ke Rangkaian Ekivalen Thevenin, kita dapat melihat perbedaan yang sangat besar, rangkaian Ekivalen Thevenin lebih sederhana dan mudah.
Baca juga : Pengertian Teorema Norton dan Cara Perhitungannya.