Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statisti

Rangkaian Arus Searah dan Nilai Statistik Resistansi
Christian Fredy Naa*), Faisal Wahab, Oetomo, Levin Halim, Ali Sadiyoko, Bagus Arthaya
Laboratorium Elektronika, Program Studi Teknik Mekatronika
Fakultas Teknologi Industri, Universitas Katolik Parahyangan
Jalan Ciumbeluit 94, Bandung 40141
*)
christian.fredy@unpar.ac.id
________________________________________________________________________________________________
Abstrak
Teorema Thevenin, Norton, superposisi dan resiprositas dipelajari dengan menggunakan rangkaian yang terdiri dari
sumber tegangan, sumber arus dan resistor. Multimeter digunakan untuk mengukur hambatan, arus dan tegangan pada
setiap   rangkaian   yang   diujikan.   Hasil   pengukuran   dibandingkan   dengan   perhitungan   teorema   secara   teori.   Semua
teorema dapat dibuktikan dengan nilai galat kurang dari   2 . Nilai toleransi juga menyebabkan pengukuran pada
hambatan ekivalen berbeda dengan nilai ideal (dibawah   5 ). Perbedaan nilai ini disebabkan nilai toleransi pada
resistor yang diujikan. Pengukuran pada 50 buah resistor  1 K Ω  menunjukan sebaran yang terpusat pada nilai yang
ideal. Hal ini menjadikan probabilitas untuk mendapatkan resistor yang mendekati nilai ideal sangat tinggi.  
Kata kunci: Thevenin, Norton, resiprositas, superposisi, statistik
________________________________________________________________________________________________

Untuk   menangani   suatu   rangkaian   yang   kompleks,
teorema­teorema   pada   rangkaian   listrik   dikembangkan

untuk menyederhanakan analisis rangkaian [1]. Teorema­
teorema tersebut diantaranya teorema Thevenin, teorema
Norton, teorema superposisi dan teorema resiprositas. 

Teorema   resiprositas   menyatakan   bahwa   bila   suatu
sumber tegangan  V yang dipasang pada suatu cabang
menghasilkan suatu arus   I   pada cabang lain, maka
jika   sumber   tegangan   tersebut   dipindahkan   dari   cabang
pertama ke cabang yang kedua, akan menghasilkan arus
yang sama pada cabang pertama. 

Teorema   Thevenin   menyatakan   bahwa   suatu   rangkaian
linier   dengan   dua   terminal   keluaran   dapat   digantikan
dengan sebuah rangkaian ekivalen yang terdiri dari suatu
sumber   tegangan   ( V Th )   yang   dihubungkan   seri

Teorema­teorema tersebut hanya terbatas pada rangkaian
DC   yang   bersifat   linier.   Pada   laporan   ini   akan   dibahas
hasil dari eksperimen untuk mempelajari teorema­teorema
tersebut. Selain itu, akan dibahas juga rangkaian seri dan

paralel resistor serta nilai statistik resistor.   

Pendahuluan

dengan hambatan pengganti ( RTh ), dimana   V Th
merupakan   tegangan   rangkaian   terbuka   dan   RTh
adalah hambatan masukan atau hambatan ekivalen ketika
sumber tegangan dinonaktifkan [1].

Teorema   Norton   menyatakan   bahwa   suatu   rangkaian
linier   dengan   dua   terminal   keluaran   dapat   digantikan
dengan   sebuah   rangkaian   ekivalen   yang   terdiri   dari
sumber arus ( I N ) yang dihubungkan paralel dengan

Metodologi
Rangkaian pada Gambar 1 digunakan untuk mempelajari
teorema   Thevenin   dan   Norton.   Untuk   mendapatkan
V Th , tegangan  pada  ujung  C  dan  D diukur  dengan
menggunakan  voltmeter  digital.   Sementara   untuk
memperoleh  RTh  ujung A dan B dihubungkan singkat

kemudian diukur hambatan dari ujung C dan D. 

sebuah   hambatan   pengganti   ( RN ),   dimana   I N
adalah   arus   yang   mengalir   pada   terminal   keluaran   dan
RN   adalah   hambatan   masukan   atau   hambatan
ekivalen ketika sumber tegangan dinonaktifkan [1]. 

Prinsip superposisi menyatakan bahwa tegangan atau arus
yang   melewati   suatu   elemen   pada   rangkaian   linier
merupakan   penjumlahan  aljabar   dari  tegangan  dan   arus
dari   elemen   tersebut   yang   berasal   dari   masing­masing
sumber   tegangan   [1].   Dengan   kata   lain,  kontribusi   dari
masing­masing   sumber   tegangan   dapat   dihitung   secara
terpisah   lalu   kemudian   dijumlah   untuk   menghitung
tegangan dan arus pada suatu elemen.

Gambar 1: Rangkaian untuk percobaan teorema
Thevenin dan Norton.

Untuk   memperoleh   I N ,   arus   yang   mengalir   pada

keluaran   C   dan   D   diukur   dengan   menggunakan
amperemeter  digital.   Sementara   untuk   memperoleh

RN   dapat   digunakan   nilai   dari   RTH   [2].
Rangkaian   pada   Gambar   1   kemudian   diberi   sebuah
hambatan beban pada keluaran C dan D, hambatan beban
tersebut   yaitu   1.5 Ω ,   10 Ω   dan   2.2 KΩ .
Kemudian   diukur   arus   yang   mengalir   pada   hambatan
beban tersebut. 
Rangkaian   pada   Gambar   1   kemudian   dibuat   rangkaian
setara   masing­masing   sesuai   dengan   teorema   Thevenin
dan   Norton.   Kemudian   dengan   hambatan   beban   yang
sama, arus yang mengalir pada hambatan tersebut diukur
dengan menggunakan amperemeter digital.
Rangkaian pada Gambar 2 digunakan untuk mempelajari
teorema superposisi. Masing­masing arus yang mengalir
pada   R4   akibat  tegangan   V 1   dan   V 2   yang
dipasang   terpisah   diukur   dengan   menggunakan
amperemeter  digital.  Kemudian   arus   yang   sama   diukur
ketika kedua sumber tegangan diaktifkan.


Gambar 4: Rangkaian untuk percobaan transfer
arus maksimum

Untuk   mempelajari   rangkaian   resistor   seri   dan   paralel,
nilai hambatan   70 K Ω  diperoleh dengan merangkai
nilai­nilai   resistor   yang   tersedia.   Untuk   mempelajari
kelakuan   nilai   statistik   resistor,   50   buah   resistor
1 K Ω   diukur   dengan  ohmmeter   digital  kemudian
dicatat   dan   dicacah   nilai   yang   terukur.   Dari   resistor­
resistor tersebut kemudian diambil 3 resistor secara acak
untuk dihitung probabilitasnya. 
Hasil dan Analisis
Untuk   teorema   Thevenin,   nilai   V Th   dan   RTh
terukur   dibandingkan   dengan   perhitungan   secara   teori.
Hasil perbandingan tersebut dirangkum pada Tabel 1. 

V Th  terukur

V Th  teori (V)


(V)

6.63

Gambar 2: Rangkaian untuk percobaan teorema
superposisi

Teorema   resiprositas   dipelajari   dengan   menggunakan
rangkaian   pada   Gambar   3.   Arus   yang   mengalir   pada
cabang   C   dan   D   diukur   ketika   pada   cabang   A   dan   B
dipasang sumber tegangan sebesar   12V . Nilai arus
tersebut   kemudian   dibandingkan   dengan   arus   yang
mengalir pada cabang A dan B ketika pada cabang C dan
D dipasang sumber tegangan yang sama.  

Gambar 3: Rangkaian untuk percobaan teorema
resiprositas

Rangkaian pada Gambar 4 digunakan untuk mempelajari

transfer   daya   maksimum.   Hambatan   variabel   R 2
divariasikan dari  nilai  hambatan  kecil  hingga hambatan
maksimum sebesar  1 K Ω . Arus yang mengalir pada
cabang   A   dan   B   diukur   dengan   menggunakan
amperemeter digital serta tegangan pada cabang C dan D
diukur dengan menggunakan voltmeter digital.

6.67

RTh  terukur (
KΩ )
1.309

0.599

RTh  teori (
KΩ )
1.333

Tabel 1: Perbandingan antara

secara pengukuran dan teori

Galat (%)

Galat (%)
1.8

V Th

dan

RTh

Terlihat  pada Tabel  1, terdapat  perbedaan dengan galat
sangat rendah antara pengukuran dan teori. Perbedaan ini
disebabkan   karena   perbedaan   nilai   resistansi   yang
tertera/ideal   yang   digunakan   untuk   perhitungan   secara
teori   dan   nilai   resistansi   aktual   yang   digunakan   saat
pengukuran. 
Rangkaian setara Thevenin dibuat dengan menggunakan

nilai   V Th   dan   RTh   yang   diperoleh   pada
pengukuran   sebelumnya.   Hasil   pengukuran   arus   pada
masing­masing   resistor   beban   ( RB )   dengan
menggunakan   rangkaian   pada   Gambar   1   ( I G )   dan

dengan   menggunakan   rangkaian   setara   ( I S )     serta
perhitungan   secara   teori   ( I teori )   dirangkum   pada
Tabel 2.

RB  (
Ω¿

IG

IS

I teori

(mA)


(mA)

(mA)

1.5

5.06

5.06

5.089

10

5.03

5.04

5.056


2200

1.92

1.92

1.9

Tabel 2: Perbandingan antara nilai arus yang
terukur pada resistor beban dengan menggunakan
rangkaian pada Gambar 1, rangkaian setara dan
perhitungan secara teori

Terlihat pada Tabel 2, nilai ketiga arus tersebut memiliki
nilai   yang   hampir   sama.   Dengan   hasil   perbandingan
antara ( I G ) dan ( I S ) dapat dibuktikan kebenaran
teorema Thevenin, dalam hal ini rangkaian pada Gambar
1 ekivalen dengan rangkaian setara Theveninnya.  
Untuk teorema Norton, arus yang mengalir pada cabang C
dan   D   pada   rangkaian   Gambar   1   diukur   dengan
menggunakan  amperemeter digital. Arus ini merupakan

I
arus   Norton   ¿ ).   Arus   Norton   yang   diperoleh   dari
¿
¿
pengukuran   ini   adalah   sebesar   5.0 7 mA .   Hasil   ini
berbeda   dengan   nilai   yang   dihitung   secara   teori   yakni
6.6 mA .   Perbedaan   ini   disebabkan   oleh   nilai
toleransi   resistor   yang   menyebabkan   perbedaan   nilai
resistor   yang   tertera/ideal   dan   nilai   resistor
aktual/sebenarnya.
Rangkaian   setara   Norton   dibuat   dengan   menggunakan
sumber   arus   I N (5.08 mA )   dan   RN   yang
dirangkai   secara   paralel.   Serupa   dengan   percobaan
Thevenin,   arus   pada   resistor   beban   diukur   I beban
dengan   menggunakan  amperemeter   digital.   Rangkuman
hasil   I beban   yang diperoleh dengan pengukuran dan

I N   yang   diperoleh   dari   perhitungan   secara   teori

diberikan pada Tabel 3.

RB

I beban

I beban

(

terukur (mA)

teori (mA)

Ω¿

Galat
(%)

Teorema   superposisi   dipelajari   dengan   menggunakan
rangkaian   pada   Gambar   2.   Hasil   dari   pengukuran   arus
yang mengalir pada   R4   ( I 4 ) dengan kombinasi
sumber tegangan yang berbeda dirangkum pada Tabel 4.

V 1 (V)

V 2 (V)

I 4 ( mA
)

12

0

0.1

0

6

1.08

12

6

1.14

Tabel 4: Hasil pengukuran
teorema Superposisi

untuk

percobaan

Terlihat dari Tabel 4, penjumlahan arus dengan sumber
tegangan   yang   diukur   secara   terpisah   mendekati
pengukuran   arus   dengan   kedua   sumber   tegangan   yang
diaktifkan secara bersamaan. Dengan demikian teorema
superposisi dapat dibuktikan.
Teorema   resiprositas   dipelajari   dengan   menggunakan
rangkaian   pada   Gambar   3.   Hasil   dari   pengukuran   arus
pada   cabang   AB   dan   cabang   CD   dengan   variasi
penempatan sumber tegangan dirangkum pada Tabel 5.

V AB  
12V

=

I CD  
2.26 mA

=

I AB  
2.26 mA

=

V CD  
12V

=

 Tabel 5: Hasil pengukuran teorema resiprositas

1.5

5.05

5.06

0.28

10

5

5.03

0.62

1.91

1.89

0.98

2200

bahwa rangkaian pada Gambar 1 setara dengan rangkaian
Thevenin   dan   rangkaian   Nortonnya.   Namun,   rangkaian
setara  Thevenin  lebih  mudah  untuk  dibuat  karena   pada
rangkaian   setara   Norton   diperlukan   suatu   sumber   arus
yang pembuatannya lebih kompleks dibandingkan sumber
tegangan.  

Tabel 3: Perbandingan antara nilai arus yang
terukur pada resistor beban dengan menggunakan
rangkaian setara Norton dan perhitungan secara
teori

Hal pertama yang dapat dianalisis adalah arus pada beban
terukur mendekati nilai arus beban yang dihitung secara
teori, hal ini ditunjukan dengan galat yang relatif kecil.
Hal kedua yang dapat dianalisis adalah nilai arus beban
yang  terukur  pada rangkaian  setara Thevenin (Tabel  2)
dan   arus   beban   pada   rangkaian   setara   Norton   memiliki
nilai   yang   relatif   sama.   Sehingga   dapat   disimpulkan

Terlihat   pada   hasil   pengukuran,   pengukuran   arus   pada
cabang AB dan CD dengan sumber tegangan yang ditukar
menunjukan hasil yang sama. Dengan demikian teorema
resiprositas dapat dibuktikan secara eksperimen.
Rangkaian pada Gambar 4 digunakan untuk mempelajari
transfer   daya   maksimum.  Gambar   5   menunjukan   kurva
antara daya keluaran dan hambatan beban. 

Daya (mW)

6

Kesimpulan

5

Dari   pengukuran   serta   analisa   setiap   percobaan,   dapat
disimpulkan   bahwa   teorema   Thevenin,   Norton,
superposisi   dan   resiprositas   dapat   dibuktikan   secara
eksperimen.   Hal   ini   ditujukan   dengan   nilai   galat   yang
relatif   kecil,  galat   yang  terjadi   dapat   dijelaskan  dengan
nilai   toleransi   dari   resistor.   Rangkaian   seri   dan   paralel
resistor   dapat   memenuhi   hambatan   ekivalen   yang
ditentukan, galat yang relatif kecil juga dapat dijelaskan
karena   nilai   toleransi   dari   resistor.   Histogram   dari
pengukuran   resistor   berpusat   pada   nilai   ideal,   hal   ini
mendukung   tingkat   probabilitas   yang   tinggi   pada
pengambilan resistor secara acak. 

4
3
2
1
0

0

200

400

600

800 1000 1200

Hambatan Beban (Ohm)
Gambar 5: Grafik hasil pengukuran transfer daya
maksimum

Pada   kurva,   transfer   daya   maksimum   tidak   bisa
ditentukan   dikarenakan   daya   keluaran   masih  meningkat
seiring   dengan   hambatan   beban   yang   bertambah.   Nilai
hambatan   beban   harus   diperbesar   sehingga   pada   suatu
nilai   resistor   maksimal   nilai   daya   akan   mencapai
maksimum dan apabila hambatan beban terus diperbesar
daya akan berkurang [2]. 
Untuk   mempelajari   hambatan   ekivalen   pada   rangkaian
seri   dan   paralel   resistor,   nilai   hambatan   1 0 Ω
dirangkaikan   secara   seri   dengan   dua   hambatan
120 Ω   yang   dirangkai   secara   paralel.   Dari
pengukuran diperoleh hambatan sebesar  73.3 Ω  yang
memiliki galat  4.71  terhadap perhitungan hambatan
ekivalen  secara  teori.  Perbedaan  ini  terjadi  karena  nilai
tolerasi setiap resistor sebesar   5 . Dengan demikian
galat ini memenuhi batas toleransi nilai resistor. 

Cacahan

Histogram   dari   nilai   50   buah   resistor   1 K Ω
ditujukan  pada  Gambar  6.  Terlihat   bahwa   nilai   resistor
berpusat   pada   jangkauan   993−1002 Ω .   Nilai   ini
memenuhi   batas   toleransi   resistor  yakni   sebesar   5 .
Dari   pengambilan   3   buah   resistor,   probabilitas
pengambilan   resistor   dengan   nilai   99 9−1001 Ω
adalah   sebesar   75 .   Dari   nilai   histogram   dan
probabilitas ini dapat disimpulkan bahwa dari 50 resistor
yang   tersedia,   mayoritas   nilai   dari   resistor   tersebut
mendekati nilai  1 K Ω .
35
30
25
20
15
10
5
0

Nilai Resistansi (Ohm)
Gambar 6: Histogram dari pengukuran 50 buah
resistor 1 KΩ

Daftar Pustaka 
1.

Charles   K.   Alexander,   Matthew   N.O.   Sadiku.
Fundamentals of Electric Circuits. 5th Edition. New
York: Mc Graw Hill, 2013. 

2.

Sutrisno.   Elektronika   Teori   dan   Penerapannya.
Bandung, Penerbit ITB, 1987.