Rangkaian Listrik 2: rangkaian AC: paket kilat

Lembar rumus, langkah-langkah metode utama untuk setiap topik, dan 16 soal latihan, dengan pembahasan lengkap di bagian belakang.

Soal baru Kembali ke mata kuliah

Di jendela cetak, pilih “Simpan sebagai PDF” untuk menyimpan salinan di perangkat Anda.

1Rumus dan metode

Bilangan kompleks

Bentuk kartesius: z = a + jb, j² = −1, z̄ = a − jb
Modulus dan argumen: |z| = √(a² + b²), tan θ = b/a (check the quadrant)
Bentuk kutub dan eksponensial: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·e^jθ
Pembagian: z₁/z₂ = z₁z̄₂/|z₂|²
Hasil kali dan hasil bagi: r₁∠θ₁ · r₂∠θ₂ = r₁r₂∠(θ₁ + θ₂), r₁∠θ₁ / r₂∠θ₂ = (r₁/r₂)∠(θ₁ − θ₂)
De Moivre: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ
Akar ke-n: z_k = R^1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0 … n − 1
Kuadratik dengan p² < 4q: z = −p/2 ± j√(q − p²/4)

Metode

Tentukan bentuk yang cocok untuk operasinya: kartesius a + jb untuk menjumlahkan dan mengurangkan, kutub r∠θ untuk mengalikan, membagi, pangkat, dan akar.
Kalikan dengan j² = −1; bagi dengan mengalikan pembilang dan penyebut dengan konjugat penyebut.
Ubah dengan r = √(a² + b²) dan θ dari sketsa titik (periksa kuadran), dan kembali dengan a = r cos θ, b = r sin θ.
Untuk pangkat pakai De Moivre, (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ; untuk zⁿ = R∠φ daftarkan semua n akar R^1/n∠((φ + 360°k)/n).

Impedansi AC & fasor

Impedansi: Z_R = R, Z_L = jωL, Z_C = 1/(jωC)
Frekuensi sudut: ω = 2πf
Besar dan sudut: |Z| = √(R² + X²), φ = atan(X/R)
Hukum Ohm dalam fasor: V = I·Z

Metode

Ubah frekuensinya: ω = 2πf.
Cari setiap reaktansi: X_L = ωL dan X_C = 1/(ωC).
Jumlahkan impedansi seperti resistor, dengan Z = R + jX.
Cari besar |Z| = √(R² + X²) dan sudut φ = atan(X/R), lalu gunakan hukum Ohm dengan fasor.

Daya AC & faktor daya

Daya nyata: P = V·I·cos φ
Daya reaktif: Q = V·I·sin φ
Daya semu: S = V·I = √(P² + Q²)
Faktor daya: pf = cos φ = P/S
Kapasitor kompensasi: Q_C = P(tan φ₁ − tan φ₂), C = Q_C/(ωV²)

Resonansi LC, faktor Q & lebar pita

Frekuensi alami: ω₀ = 1/√(LC), f₀ = 1/(2π√(LC))
Energi: W = ½CV₀² = ½Cv² + ½Li²
Arus puncak: I_max = V₀√(C/L)
Faktor kualitas: Q = 2π·(energy stored)/(energy lost per cycle)
RLC seri: Q = (1/R)√(L/C), BW = R/(2πL)
RLC paralel: Q = R√(C/L), BW = 1/(2πRC)
Lebar pita: BW = f₂ − f₁ = f₀/Q, f₀ = √(f₁f₂)
Frekuensi setengah daya: f_1,2 = f₀(√(1 + 1/(4Q²)) ∓ 1/(2Q))
Rangkaian tangki dengan resistansi kumparan r: R_D = L/(C·r) = Q²·r
Peluruhan amplitudo: e^−Rt/(2L)

Metode

Cari frekuensi resonansi lebih dulu: ω₀ = 1/√(LC) dan f₀ = ω₀/(2π).
Tentukan apakah rangkaiannya seri atau paralel: seri Q = (1/R)√(L/C), paralel Q = R√(C/L).
Gunakan BW = f₀/Q untuk lebar pita, atau pintasan R/(2πL) (seri) dan 1/(2πRC) (paralel).
Pada soal energi, gunakan fakta bahwa energi total ½CV₀² tetap konstan pada rangkaian LC ideal dan berpindah antara C dan L setiap seperempat periode.

Daya tiga fasa

Hubungan Y: V_L = √3·V_ph, I_L = I_ph
Hubungan Δ: V_L = V_ph, I_L = √3·I_ph
Daya nyata total: P = √3·V_L·I_L·cos φ = 3·I_ph²·R
Daya semu dan daya reaktif: S = √3·V_L·I_L, Q = P·tan φ
Kapasitor perbaikan faktor daya: Q_C = P(tan φ₁ − tan φ₂), C = Q_C/(3ωV²)
Tegangan pada setiap kapasitor: Δ: V_L Y: V_L/√3
Daya masukan motor: P_in = P_out/η

Transien RC & RL

Konstanta waktu: τ = RC | τ = L/R
Respons: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ
Kapasitor pada DC: rangkaian terbuka; v_C tidak dapat melompat
Induktor pada DC: hubung singkat; i_L tidak dapat melompat
Keadaan tunak: t ≈ 5τ

Metode

Cari nilai awal sesaat setelah sakelar berpindah: tegangan kapasitor dan arus induktor tidak dapat melompat.
Cari nilai akhir lama setelah sakelar berpindah: kapasitor berperilaku sebagai rangkaian terbuka, induktor sebagai hubung singkat.
Cari konstanta waktu: τ = RC atau τ = L/R, dengan hambatan yang terlihat oleh kapasitor atau induktor.
Gunakan x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ.

Thévenin & Norton

Tegangan Thévenin: V_th = V_{open circuit}
Resistansi Thévenin: R_th: semua sumber dimatikan, dilihat dari a–b
Arus Norton: I_N = V_th/R_th
Arus beban: I_L = V_th/(R_th + R_L)
Transfer daya maksimum: R_L = R_th, P_max = V_th²/(4R_th)

Metode

Lepaskan beban dan tandai kedua terminal a dan b.
Cari tegangan rangkaian terbuka antara a dan b: inilah V_th.
Matikan semua sumber independen dan cari hambatan yang terlihat dari a–b: inilah R_th.
Pasang kembali beban pada rangkaian ekuivalen: V_th seri dengan R_th.
Untuk ekuivalen Norton, konversikan: I_N = V_th/R_th, dengan R_N = R_th secara paralel.

2Soal latihan

1.Bilangan kompleksSedang

Carilah argumen θ dari z = −2 + j dalam derajat, sebagai nilai pokok di antara −180° dan 180°.

z = −2 + j

θ = °

2.Bilangan kompleksSulit

Akar-akar zⁿ = w dengan n = 3 dan w = 8∠−90° adalah z_k = R^1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0, 1, 2. Carilah argumen z₁ dalam derajat, di antara −180° dan 180°.

w = 8∠−90°n = 3k = 1

θ₁ = °

3.Impedansi AC & fasorSedang

Sebuah resistor dan sebuah induktor dihubungkan paralel ke sumber 50 V (rms), 60 Hz. Cari besar impedansi |Z|.

V = 50 V (rms)f = 60 HzR = 30 ΩL = 50 mH

|Z| = Ω

4.Impedansi AC & fasorSulit

Sebuah rangkaian RLC seri dicatu oleh sumber 5 V (rms) yang frekuensinya diatur pada frekuensi resonansi rangkaian. Cari tegangan rms V_L pada induktor.

V = 5 V (rms)R = 10 ΩL = 5 mHC = 4,7 µF

V_L = V

5.Daya AC & faktor dayaSedang

Dua beban dihubungkan paralel ke sumber satu fase 230 V: beban 10 kW dengan faktor daya 0,8 tertinggal dan pemanas 16 kW (faktor daya satu). Cari arus total I yang ditarik dari sumber.

V = 230 VP₁ = 10 kW, pf₁ = 0,8 tertinggalP₂ = 16 kW, pf₂ = 1

I = A

6.Daya AC & faktor dayaSulit

Sebuah sumber 50 V (rms), 1000 Hz memiliki impedansi dalam Z_s = 50 + j6 Ω. Impedansi beban Z_L dapat dipilih bebas. Cari daya nyata maksimum P_max yang dapat diberikan ke beban.

V_s = 50 V (rms)f = 1000 HzZ_s = 50 + j6 Ω

P_max = W

7.Resonansi LC, faktor Q & lebar pitaSedang

Pada rangkaian LC ideal dengan L = 10 µH dan C = 22 nF, kapasitor terisi penuh pada t = 0. Berapa lama hingga seluruh energi berada di induktor? Berikan t dalam µs.

L = 10 µHC = 22 nF

t = µs

8.Resonansi LC, faktor Q & lebar pitaSulit

Kapasitor 470 nF yang bermuatan dilucuti melalui kumparan 220 µH dengan resistansi seri total 1 Ω, sehingga osilasi perlahan mereda. Amplitudonya meluruh sebagai e^−Rt/(2L). Berapa siklus osilasi n yang berlalu sebelum amplitudo menjadi setengah? (Rugi-ruginya kecil, jadi frekuensinya f₀.)

L = 220 µHC = 470 nFR = 1 Ω

n =

9.Daya tiga fasaSedang

Sebuah motor induksi tiga fasa menghasilkan daya keluaran mekanis 75 kW pada beban penuh. Pada beban ini efisiensinya 94% dan faktor dayanya 0,8 tertinggal. Sumbernya memiliki tegangan antarsaluran 415 V. Cari arus saluran I_L.

P_out = 75 kWη = 94%cos φ = 0,8V_L = 415 V

I_L = A

10.Daya tiga fasaSulit

Beban tiga fasa seimbang menyerap 50 kW pada faktor daya 0,78 tertinggal dari sumber 400 V (antarsaluran), 60 Hz. Bank kapasitor tiga fasa yang diparalel dengan beban harus menaikkan faktor daya keseluruhan menjadi 0,95 tertinggal. Daya nyatanya tetap sama. Kapasitor dihubungkan secara Y. Cari kapasitansi C_ph setiap kapasitor dalam µF.

P = 50 kWpf₁ = 0,78pf₂ = 0,95V_L = 400 Vf = 60 Hz

C_ph = µF

11.Transien RC & RLSedang

Induktor mengalirkan arus tunak 1 A. Pada t = 0 sakelar menutup loop melalui R dan sumber dilepas, jadi arus induktor meluruh melalui R. Cari tegangan v_R pada R pada t = 1 ms.

i(0) = 1 AR = 68 ΩL = 68 mHt = 1 ms

v_R = V

12.Transien RC & RLSulit

Sakelar yang paralel dengan R₂ telah tertutup sejak lama, jadi arus induktor tunak. Pada t = 0 sakelar membuka. Cari arus induktor i pada t = 1 ms.

V_s = 24 VR₁ = 33 ΩR₂ = 22 ΩL = 33 mHt = 1 ms

i = A

13.Thévenin & NortonSedang

Cari resistansi Thévenin R_th dilihat dari terminal a–b.

V₁ = 6 VR₁ = 20 ΩR₂ = 4 ΩR₃ = 10 Ω

R_th = Ω

14.Thévenin & NortonSulit

Beban R_L = 12 Ω dipasang di a–b. Ganti sisa rangkaian dengan ekuivalen Thévenin-nya dan cari arus beban I_L.

V₁ = 12 VI_s = 1,5 AR₁ = 5 ΩR₂ = 6 ΩR₃ = 8 ΩR_L = 12 Ω

I_L = A

15.Plot Bode dan marginSedang

Cari besar eksak |G(jω)| dari G(s) = 3536/((s + 16)(s + 17)) pada ω = 2 rad/s, dalam dB.

G(s) = 3536/((s + 16)(s + 17))ω = 2 rad/s

|G(jω)| = dB

16.Plot Bode dan marginSulit

Lingkar umpan balik satuan memiliki fungsi alih lingkar terbuka L(s) = 3100/(s(s + 20)). Cari margin fasa PM dalam derajat.

L(s) = 3100/(s(s + 20))

PM = °

3Larutan

1.Bilangan kompleks

Jawaban: θ = 153,4 °

Bentuk kutub: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·e^jθ, dengan r = |z| dan θ = arg z. Kembali ke bentuk kartesius: a = r cos θ, b = r sin θ. Argumen memerlukan kuadran: θ = atan(b/a) hanya jika a > 0; untuk a < 0 tambahkan atau kurangkan 180°. Dalam bentuk kutub perkalian mudah: kalikan modulus dan jumlahkan argumen; untuk pembagian bagi modulus dan kurangkan argumen.

Kuadran

a = −2, b = 1 → II

Sudut acuan

α = atan(1/2) = 26,57°

Argumen

θ = 180° − α = 153,4°

Jawaban

θ = 153,4°

Dalam bentuk kutub z = 2,236∠153,4°.

2.Bilangan kompleks

Jawaban: θ₁ = 90 °

De Moivre dan akar: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ. Persamaan zⁿ = R∠φ memiliki tepat n akar, semuanya bermodulus R^1/n, pada argumen (φ + 360°·k)/n untuk k = 0, 1, …, n − 1: akar-akar itu tersebar merata pada sebuah lingkaran, berjarak 360°/n. Persamaan kuadrat z² + pz + q = 0 dengan p² < 4q memiliki akar kompleks z = −p/2 ± j√(q − p²/4); polinom berkoefisien real selalu memiliki akar kompleks dalam pasangan konjugat a ± jb.

Modulus akar-akar

8^1/3 = 2

Argumen akar

θ₁ = (−90° + 360°·1)/3 = 90°

Argumen

θ₁ = 90°

Jawaban

θ₁ = 90°

3 akar itu terletak pada lingkaran berjari-jari 2, dengan jarak sudut 120°.

3.Impedansi AC & fasor

Jawaban: |Z| = 15,96 Ω

Rangkaian AC dengan fasor: resistor, induktor, dan kapasitor memiliki impedansi R, jωL, dan 1/(jωC), dengan ω = 2πf. Dalam seri, impedansi dijumlahkan seperti resistansi, tetapi sebagai bilangan kompleks. Arus dan tegangan rms mengikuti hukum Ohm dengan |Z|.

Reaktansi

X_L = ωL = 2π·60·0,05 = 18,85 Ω

Arus cabang

Kedua cabang terhubung langsung ke sumber, jadi masing-masing mendapat tegangan penuh V.

I_R = V/R = 50/30 = 1,667 A

I_X = V/X_L = 50/18,85 = 2,653 A

Arus total

Arus resistor sefasa dengan V dan arus reaktif berbeda fasa 90°, jadi keduanya dijumlahkan seperti sisi-sisi segitiga siku-siku.

I = √(I_R² + I_X²) = √(1,667² + 2,653²) = 3,133 A

Impedansi

|Z| = V/I = 50/3,133 = 15,96 Ω

Jawaban

|Z| = 15,96 Ω

4.Impedansi AC & fasor

Jawaban: V_L = 16,31 V

Resonansi

Pada resonansi reaktansi saling meniadakan, jadi impedansinya hanya R.

ω₀ = 1/√(LC) = 1/√(0,005·4,7·10⁻⁶) = 6523 rad/s

I = V/R = 5/10 = 0,5 A

Tegangan pada induktor

X_L = ω₀L = 6523·0,005 = 32,62 Ω

V_L = I·X_L = 0,5·32,62 = 16,31 V

Jawaban

V_L = 16,31 V

Ini Q = 3,262 kali tegangan sumber.

5.Daya AC & faktor daya

Jawaban: I = 117,7 A

Daya AC: daya semu S = V·I (VA) terbagi menjadi daya nyata P = S·cos φ (W), yang melakukan kerja berguna, dan daya reaktif Q = S·sin φ (var), yang bolak-balik antara sumber dan beban. Faktor daya adalah cos φ. Kapasitor paralel memasok daya reaktif secara lokal, sehingga arus saluran turun untuk daya nyata yang sama.

Daya reaktif tiap beban

Beban tertinggal mengambil daya reaktif (Q > 0); beban mendahului memasoknya (Q < 0).

Q₁ = 10·tan(arccos 0,8) = 7,5 kvar

Q₂ = 0 = 0 kvar

Total

P = 10 + 16 = 26 kW

Q = 7,5 + 0 = 7,5 kvar

S = √(26² + 7,5²) = 27,06 kVA

Arus total

I = S/V = 27060/230 = 117,7 A

Jawaban

I = 117,7 A

6.Daya AC & faktor daya

Jawaban: P_max = 12,5 W

Penyesuaian sekawan

Reaktansi beban meniadakan reaktansi sumber, dan resistansi beban sama dengan resistansi sumber.

Z_L = Z_s* = 50 − j6 Ω

Daya maksimum

I = V_s/(2R_s) = 50/100 = 0,5 A

P_max = I²·R_L = V_s²/(4R_s) = 50²/(4·50) = 12,5 W

Jawaban

P_max = 12,5 W

7.Resonansi LC, faktor Q & lebar pita

Jawaban: t = 0,7368 µs

Resonansi LC: kapasitor bermuatan yang dihubungkan ke induktor mengalirkan arus yang memuatnya ke arah sebaliknya: energi berayun antara medan listrik C (½Cv²) dan medan magnet L (½Li²) pada frekuensi alami f₀ = 1/(2π√(LC)). Tanpa resistansi, energi total ½CV₀² tetap konstan, sehingga arus puncaknya adalah I_max = V₀√(C/L). Satu periode adalah T = 1/f₀; energi berpindah dari C ke L dalam seperempatnya.

Periode

T = 2π√(1 × 10⁻⁵·2,2 × 10⁻⁸) = 2,947 µs

Seperempat periode

t = T/4 = 0,7368 µs

Jawaban

t = 0,7368 µs

8.Resonansi LC, faktor Q & lebar pita

Jawaban: n = 4,774

Faktor Q dan lebar pita: pada rangkaian resonan Q = 2π·(energi tersimpan)/(energi hilang per siklus). Untuk RLC seri Q = ω₀L/R = (1/R)√(L/C); untuk RLC paralel Q = R/(ω₀L) = R√(C/L). Lebar pita antara frekuensi setengah daya f₁ dan f₂ (tempat daya menjadi setengah dan arus atau tegangan menjadi 1/√2 dari puncaknya) adalah BW = f₂ − f₁ = f₀/Q, yaitu R/(2πL) pada rangkaian seri dan 1/(2πRC) pada rangkaian paralel. Frekuensi resonansi adalah rata-rata geometrik f₀ = √(f₁f₂), dan f_1,2 = f₀(√(1 + 1/(4Q²)) ∓ 1/(2Q)). Rugi-rugi juga membuat osilasi meluruh: pada RLC seri amplitudonya turun sebagai e^−Rt/(2L).

Waktu paruh amplitudo

t = 2·0,00022·ln 2/1 = 0,000305 s

Jumlah siklus

n = t·f₀ = 0,000305·15652 = 4,774

Jawaban

n = 4,774

Pintasan: n = Q·ln 2/π dengan Q = 21,64.

9.Daya tiga fasa

Jawaban: I_L = 138,8 A

Daya masukan listrik

P_in = P_out/η = 75/0,94 = 79,79 kW

Arus saluran

I_L = P_in/(√3·V_L·cos φ) = 79787/(√3·415·0,8) = 138,8 A

Jawaban

I_L = 138,8 A

10.Daya tiga fasa

Jawaban: C_ph = 392,6 µF

Sistem tiga fasa seimbang: pada hubungan Y (bintang) tegangan antarsaluran adalah √3 kali tegangan fasa, V_L = √3·V_ph, dan arus saluran sama dengan arus fasa. Pada hubungan Δ (delta) tegangan antarsaluran sama dengan tegangan fasa dan arus saluran adalah √3 kali arus fasa, I_L = √3·I_ph. Daya total adalah tiga kali daya satu fasa: P = 3·V_ph·I_ph·cos φ = √3·V_L·I_L·cos φ. Perbaikan faktor daya: kapasitor menyuplai daya reaktif secara lokal, Q_C = P·(tan φ₁ − tan φ₂). Masing-masing dari ketiga kapasitor menyuplai Q_C/3 = V²·ω·C, dengan V tegangan pada kapasitor tersebut: V_L pada bank Δ, V_L/√3 pada bank Y.

Daya reaktif sebelum dan sesudah

Daya nyata tidak berubah, sehingga setiap faktor daya menentukan daya reaktifnya: Q = P·tan φ.

Q₁ = 50·tan(acos 0,78) = 50·0,8023 = 40,11 kvar

Q₂ = 50·tan(acos 0,95) = 50·0,3287 = 16,43 kvar

Daya reaktif dari kapasitor

Q_C = Q₁ − Q₂ = 23,68 kvar

Kapasitansi per fasa

Pada bank Y, setiap kapasitor terhubung di antara satu saluran dan titik bintang.

V = 400/√3 = 230,9 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s

C_ph = (Q_C/3)/(ω·V²) = 7893/(377·230,9²) = 392,6 µF

Jawaban

C_ph = 392,6 µF

11.Transien RC & RL

Jawaban: v_R = 25,02 V

Transien orde satu: pada rangkaian dengan satu kapasitor atau satu induktor, setiap tegangan dan arus berubah secara eksponensial dari nilai awal ke nilai akhir: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ, dengan τ = RC atau τ = L/R. Setelah sekitar 5τ rangkaian sudah stabil.

Konstanta waktu

τ = L/R = 68 mH / 68 Ω = 1 ms

Peluruhan arus

i(t) = 1·e^−1/1 = 0,3679 A

v_R = R·i = 68·0,3679 = 25,02 V

Jawaban

v_R = 25,02 V

12.Transien RC & RL

Jawaban: i = 0,4913 A

Nilai awal, nilai akhir, konstanta waktu

Sebelum t = 0 sakelar yang tertutup memintas R₂; sesudahnya R₁ dan R₂ sama-sama berada dalam loop.

i(0) = 24/33 = 0,7273 A

i(∞) = 24/(33 + 22) = 0,4364 A

τ = L/R = 33/55 = 0,6 ms

i(t) = 0,4364 + (0,7273 − 0,4364)·e^−t/τ

Arus pada waktu tertentu

i(1) = 0,4364 + (0,2909)·e^−1/0,6 = 0,4913 A

Jawaban

i = 0,4913 A

13.Thévenin & Norton

Jawaban: R_th = 13,33 Ω

Teorema Thévenin: setiap jaringan linear dua terminal berperilaku seperti satu sumber tegangan V_th yang seri dengan resistansi R_th. Teorema Norton menyatakan jaringan yang sama sebagai sumber arus I_N = V_th/R_th yang paralel dengan R_th.

Cari R_th dengan semua sumber dimatikan

Ganti sumber tegangan dengan hubung singkat dan sumber arus dengan rangkaian terbuka, lalu lihat rangkaian dari a–b.

R₁ ∥ R₂ = 20·4/(20+4) = 3,333 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 3,333 + 10 = 13,33 Ω

14.Thévenin & Norton

Jawaban: I_L = 0,996 A

Cari R_th dengan semua sumber dimatikan

Ganti sumber tegangan dengan hubung singkat dan sumber arus dengan rangkaian terbuka, lalu lihat rangkaian dari a–b.

R₁ ∥ R₂ = 5·6/(5+6) = 2,727 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 2,727 + 8 = 10,73 Ω

Cari V_th, tegangan rangkaian terbuka

Dengan a–b terbuka, satu-satunya jalur Iₛ adalah melalui R₃ ke simpul A. Cari V_A dengan superposisi V₁ dan Iₛ, lalu tambahkan jatuh tegangan pada R₃.

V_A = V₁·R₂/(R₁+R₂) + I_s·(R₁∥R₂) = 6,545 + 1,5·2,727 = 10,64 V

V_th = V_B = V_A + I_s·R₃ = 10,64 + 1,5·8 = 22,64 V

Hubungkan beban ke ekuivalen Thévenin

Sumber Thévenin dan R_th seri berperilaku persis seperti rangkaian asli di a–b, jadi beban melihat loop seri sederhana.

I_L = V_th/(R_th + R_L) = 22,64/(10,73 + 12) = 0,996 A

15.Plot Bode dan margin

Jawaban: |G(jω)| = 22,15 dB

Respons frekuensi: substitusikan s = jω ke fungsi alih. Besar dalam desibel adalah 20·log₁₀|H(jω)| dan fasa adalah jumlah sudut faktor pembilang dikurangi sudut faktor penyebut. Filter RC atau RL orde pertama memiliki frekuensi sudut (−3 dB) pada ω_c = 1/(RC) atau R/L, dan f_c = ω_c/(2π); filter lolos rendah memberi |H| = 1/√(1 + (ω/ω_c)²) dan φ = −atan(ω/ω_c). Pada plot Bode asimtotik (garis lurus) setiap kutub membengkokkan besar ke bawah sebesar 20 dB/dekade pada frekuensi sudutnya, setiap nol membengkokkannya ke atas sebesar 20 dB/dekade, dan integrator 1/s memberi −20 dB/dekade pada semua frekuensi. Persilangan penguatan ω_c: |L(jω)| = 1 (0 dB); margin fasa PM = 180° + ∠L(jω_c). Persilangan fasa ω₁₈₀: ∠L(jω) = −180°; margin penguatan GM = −20·log₁₀|L(jω₁₈₀)| dB. Lingkar tertutup stabil bila kedua margin positif.

Kalikan besar

|G(j2)| = 3536/(√(2² + 16²)·√(2² + 17²)) = 3536/(16,12·17,12) = 12,81

Hasil

20·log₁₀(12,81) = 22,15 dB

Jawaban

|G(jω)| = 22,15 dB

16.Plot Bode dan margin

Jawaban: PM = 20,35 °

Persilangan penguatan

ω⁴ + 400ω² − 9,61 × 10⁶ = 0

ω² = (−400 + √(160000 + 4·9,61 × 10⁶))/2 = 2906

ω_c = 53,91 rad/s

Margin fasa

∠L(jω_c) = −90° − atan(53,91/20) = −159,6°

PM = 180° + ∠L = 20,35°

Jawaban

PM = 20,35°

ExamProblems · examproblems.com/courses/circuit-analysis-2

Rangkaian Listrik 2: rangkaian AC: paket kilat

1Rumus dan metode

Bilangan kompleks

Metode

Impedansi AC & fasor

Metode

Daya AC & faktor daya

Resonansi LC, faktor Q & lebar pita

Metode

Daya tiga fasa

Transien RC & RL

Metode

Thévenin & Norton

Metode

2Soal latihan

3Larutan

Kuadran

Sudut acuan

Argumen

Jawaban

Modulus akar-akar

Argumen akar

Argumen

Jawaban

Reaktansi

Arus cabang

Arus total

Impedansi

Jawaban

Resonansi

Tegangan pada induktor

Jawaban

Daya reaktif tiap beban

Total

Arus total

Jawaban

Penyesuaian sekawan

Daya maksimum

Jawaban

Periode

Seperempat periode

Jawaban

Waktu paruh amplitudo

Jumlah siklus

Jawaban

Daya masukan listrik

Arus saluran

Jawaban

Daya reaktif sebelum dan sesudah

Daya reaktif dari kapasitor

Kapasitansi per fasa

Jawaban

Konstanta waktu

Peluruhan arus

Jawaban

Nilai awal, nilai akhir, konstanta waktu

Arus pada waktu tertentu

Jawaban

Cari Rth dengan semua sumber dimatikan

Cari Rth dengan semua sumber dimatikan

Cari Vth, tegangan rangkaian terbuka

Hubungkan beban ke ekuivalen Thévenin

Kalikan besar

Hasil

Jawaban

Persilangan penguatan

Margin fasa

Jawaban

Cari R_th dengan semua sumber dimatikan

Cari R_th dengan semua sumber dimatikan

Cari V_th, tegangan rangkaian terbuka