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 = −5 − j6 dalam derajat, sebagai nilai pokok di antara −180° dan 180°.

z = −5 − j6

θ = °

2.Bilangan kompleksSulit

Akar-akar zⁿ = w dengan n = 3 dan w = 27∠135° adalah z_k = R^1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0, 1, 2. Carilah argumen z₀ dalam derajat, di antara −180° dan 180°.

w = 27∠135°n = 3k = 0

θ₀ = °

3.Impedansi AC & fasorSedang

Rangkaian RLC seri dihubungkan ke sumber 50 V (rms), 500 Hz. Cari daya nyata P yang diambil dari sumber.

V = 50 V (rms)f = 500 HzR = 50 ΩL = 20 mHC = 100 µF

P = W

4.Impedansi AC & fasorSulit

Sebuah resistor R₁ dihubungkan seri dengan gabungan paralel R₂ dan kapasitor C, ke sumber 12 V (rms), 100 Hz. Cari arus rms I.

V = 12 V (rms)f = 100 HzR₁ = 20 ΩR₂ = 20 ΩC = 100 µF

I = A

5.Daya AC & faktor dayaSedang

Sebuah beban dengan impedansi Z = 8 + j6 Ω dihubungkan ke sumber satu fase 230 V (rms). Cari daya semu S.

V = 230 VZ = 8 + j6 Ω

S = VA

6.Daya AC & faktor dayaSulit

Sebuah sumber 120 V (rms), 1000 Hz memiliki impedansi dalam Z_s = 4 + j15 Ω. Impedansi beban Z_L dapat dipilih bebas. Beban untuk daya maksimum dibuat dari resistor yang seri dengan kapasitor. Cari kapasitansinya C.

V_s = 120 V (rms)f = 1000 HzZ_s = 4 + j15 Ω

C = µF

7.Resonansi LC, faktor Q & lebar pitaSedang

Sebuah kapasitor 47 nF yang diisi hingga 24 V berosilasi dengan induktor ideal 470 µH. Cari energi W_L yang tersimpan di induktor pada saat tegangan kapasitor 18 V, dalam µJ.

C = 47 nFV₀ = 24 Vv_C = 18 V

W_L = µJ

8.Resonansi LC, faktor Q & lebar pitaSulit

Sebuah rangkaian tangki paralel terdiri dari kapasitor 2,2 nF dan kumparan 100 mH dengan resistansi lilitan 20 Ω. Pada resonansi ia berperilaku seperti resistor, dengan resistansi dinamis R_D = L/(C·r). Cari R_D dalam kΩ.

L = 100 mHC = 2,2 nFr = 20 Ω

R_D = kΩ

9.Daya tiga fasaSedang

Beban seimbang terhubung Y dengan impedansi 5 + j12 Ω per fasa dihubungkan ke sumber tiga fasa seimbang dengan tegangan antarsaluran 415 V. Cari daya nyata total P yang diserap beban dalam kW.

V_L = 415 VZ = 5 + j12 Ω per fasa

P = kW

10.Daya tiga fasaSulit

Beban tiga fasa seimbang menyerap 300 kW pada faktor daya 0,7 tertinggal dari sumber 415 V (antarsaluran), 60 Hz. Bank kapasitor tiga fasa yang diparalel dengan beban harus menaikkan faktor daya keseluruhan menjadi 0,98 tertinggal. Daya nyatanya tetap sama. Kapasitor dihubungkan secara Y. Cari kapasitansi C_ph setiap kapasitor dalam µF.

P = 300 kWpf₁ = 0,7pf₂ = 0,98V_L = 415 Vf = 60 Hz

C_ph = µF

11.Transien RC & RLSedang

Induktor tidak dialiri arus sebelum sakelar ditutup pada t = 0. Cari arus i pada t = 1 ms.

V_s = 5 VR = 68 ΩL = 33 mHt = 1 ms

i = A

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 = 10 ms.

V_s = 6 VR₁ = 33 ΩR₂ = 5 ΩL = 220 mHt = 10 ms

i = A

13.Thévenin & NortonSedang

Cari arus Norton I_N: arus yang mengalir dari a ke b jika terminal dihubung singkat.

V₁ = 24 VR₁ = 4 ΩR₂ = 15 ΩR₃ = 10 Ω

I_N = A

14.Thévenin & NortonSulit

Cari tegangan Thévenin V_th dilihat dari terminal a–b.

V₁ = 15 VI_s = 0,5 AR₁ = 30 ΩR₂ = 10 ΩR₃ = 5 Ω

V_th = V

15.Plot Bode dan marginSedang

Cari besar eksak |G(jω)| dari G(s) = 616/((s + 11)(s + 14)) pada ω = 20 rad/s, dalam dB.

G(s) = 616/((s + 11)(s + 14))ω = 20 rad/s

|G(jω)| = dB

16.Plot Bode dan marginSulit

Lingkar umpan balik satuan memiliki fungsi alih lingkar terbuka L(s) = 74/(s(s + 4)). Cari frekuensi persilangan penguatan ω_c, tempat |L(jω)| = 1.

L(s) = 74/(s(s + 4))

ω_c = rad/s

3Larutan

1.Bilangan kompleks

Jawaban: θ = −129,8 °

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 = −5, b = −6 → III

Sudut acuan

α = atan(6/5) = 50,19°

Argumen

θ = −(180° − α) = −129,8°

Jawaban

θ = −129,8°

Dalam bentuk kutub z = 7,81∠−129,8°.

2.Bilangan kompleks

Jawaban: θ₀ = 45 °

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

27^1/3 = 3

Argumen akar

θ₀ = (135° + 360°·0)/3 = 45°

Argumen

θ₀ = 45°

Jawaban

θ₀ = 45°

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

3.Impedansi AC & fasor

Jawaban: P = 20,63 W

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 = 62,83 Ω, X_C = 3,183 Ω

Impedansi

|Z| = √(50² + (59,65)²) = 77,83 Ω

Daya nyata

Induktor dan kapasitor hanya menyimpan dan mengembalikan energi; resistor menyerap seluruh daya nyata.

I = 50/77,83 = 0,6424 A

P = I²·R = 0,6424²·50 = 20,63 W

Jawaban

P = 20,63 W

4.Impedansi AC & fasor

Jawaban: I = 0,4079 A

Reaktansi

X_C = 1/(2π·100·100·10⁻⁶) = 15,92 Ω

Gabungan paralel

Kalikan pembilang dan penyebut dengan sekawan kompleksnya untuk memisahkan Z_p menjadi bagian real dan imajiner.

Z_p = R₂·(−jX_C)/(R₂ − jX_C) = (R₂·X_C² − jR₂²·X_C)/(R₂² + X_C²)

Z_p = 7,755 − j9,745 Ω

Impedansi total

Z = 20 + 7,755 − j9,745 = 27,75 − j9,745 Ω

|Z| = √(27,75² + 9,745²) = 29,42 Ω

Arus

I = V/|Z| = 12/29,42 = 0,4079 A

Jawaban

I = 0,4079 A

5.Daya AC & faktor daya

Jawaban: S = 5290 VA

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.

Arus

|Z| = √(8² + 6²) = 10 Ω

I = V/|Z| = 230/10 = 23 A

Daya semu

S = V·I = 230·23 = 5290 VA

Jawaban

S = 5290 VA

6.Daya AC & faktor daya

Jawaban: C = 10,61 µF

Penyesuaian sekawan

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

Z_L = Z_s* = 4 − j15 Ω

Kapasitansi

X_C = 15 Ω → C = 1/(2π·1000·15) = 10,61 µF

Jawaban

C = 10,61 µF

7.Resonansi LC, faktor Q & lebar pita

Jawaban: W_L = 5,922 µJ

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.

Energi total

½·4,7 × 10⁻⁸·24² = 1,354 × 10⁻⁵ J

Energi yang tersisa di kapasitor

½·4,7 × 10⁻⁸·18² = 7,614 × 10⁻⁶ J

Energi di induktor

W_L = 5,922 × 10⁻⁶ J = 5,922 µJ

Jawaban

W_L = 5,922 µJ

8.Resonansi LC, faktor Q & lebar pita

Jawaban: R_D = 2273 kΩ

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).

Resistansi dinamis

R_D = 0,1/(2,2 × 10⁻⁹·20) = 2,273 × 10⁶ Ω = 2273 kΩ

Periksa dengan Q

Q = (1/r)·√(L/C) = 337,1, Q²·r = 2,273 × 10⁶ Ω

Jawaban

R_D = 2273 kΩ

9.Daya tiga fasa

Jawaban: P = 5,095 kW

Tegangan fasa

V_ph = 415/√3 = 239,6 V

Arus fasa

|Z| = √(5² + 12²) = 13 Ω

I_ph = 239,6/13 = 18,43 A

Daya nyata total

Hanya bagian resistif dari setiap impedansi yang menyerap daya nyata.

P = 3·I_ph²·R = 3·18,43²·5 = 5,095 kW

Jawaban

P = 5,095 kW

Periksa: cos φ = R/|Z| = 0,3846, dan √3·V_L·I_L·cos φ memberikan daya yang sama.

10.Daya tiga fasa

Jawaban: C_ph = 3776 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 = 300·tan(acos 0,7) = 300·1,02 = 306,1 kvar

Q₂ = 300·tan(acos 0,98) = 300·0,2031 = 60,92 kvar

Daya reaktif dari kapasitor

Q_C = Q₁ − Q₂ = 245,1 kvar

Kapasitansi per fasa

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

V = 415/√3 = 239,6 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s

C_ph = (Q_C/3)/(ω·V²) = 81715/(377·239,6²) = 3776 µF

Jawaban

C_ph = 3776 µF

11.Transien RC & RL

Jawaban: i = 0,06416 A

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 dan arus akhir

Lama setelah sakelar ditutup, induktor berperilaku seperti hubung singkat, jadi arus akhir hanya ditentukan oleh R.

τ = L/R = 33 mH / 68 Ω = 0,4853 ms

i(∞) = V_s/R = 5/68 = 0,07353 A

Arus pada waktu tertentu

i(t) = i(∞)·(1 − e^−t/τ) = 0,07353·(1 − e^−1/0,4853) = 0,06416 A

Jawaban

i = 0,06416 A

12.Transien RC & RL

Jawaban: i = 0,1621 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) = 6/33 = 0,1818 A

i(∞) = 6/(33 + 5) = 0,1579 A

τ = L/R = 220/38 = 5,789 ms

i(t) = 0,1579 + (0,1818 − 0,1579)·e^−t/τ

Arus pada waktu tertentu

i(10) = 0,1579 + (0,02392)·e^−10/5,789 = 0,1621 A

Jawaban

i = 0,1621 A

13.Thévenin & Norton

Jawaban: I_N = 1,44 A

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 = 4·15/(4+15) = 3,158 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 3,158 + 10 = 13,16 Ω

Cari V_th, tegangan rangkaian terbuka

Dengan a–b terbuka, tidak ada arus yang mengalir di R₃, jadi tidak ada jatuh tegangan dan V_b = V_A. R₁ dan R₂ membentuk pembagi tegangan.

V_th = V₁·R₂/(R₁+R₂) = 24·15/(4+15) = 18,95 V

Ekuivalen Norton

Sumber Norton adalah rangkaian yang sama dilihat sebagai sumber arus paralel dengan R_th. Arusnya adalah arus hubung singkat di a–b.

I_N = V_th/R_th = 18,95/13,16 = 1,44 A

14.Thévenin & Norton

Jawaban: V_th = −2,5 V

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 = 30·10/(30+10) = 7,5 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 7,5 + 5 = 12,5 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) = 3,75 + (−0,5)·7,5 = 0 V

V_th = V_B = V_A + I_s·R₃ = 0 + (−0,5)·5 = −2,5 V

15.Plot Bode dan margin

Jawaban: |G(jω)| = 0,8708 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(j20)| = 616/(√(20² + 11²)·√(20² + 14²)) = 616/(22,83·24,41) = 1,105

Hasil

20·log₁₀(1,105) = 0,8708 dB

Jawaban

|G(jω)| = 0,8708 dB

16.Plot Bode dan margin

Jawaban: ω_c = 8,151 rad/s

Persilangan penguatan

ω⁴ + 16ω² − 5476 = 0

ω² = (−16 + √(256 + 4·5476))/2 = 66,43

ω_c = 8,151 rad/s

Jawaban

ω_c = 8,151 rad/s

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

Impedansi

Daya nyata

Jawaban

Reaktansi

Gabungan paralel

Impedansi total

Arus

Jawaban

Arus

Daya semu

Jawaban

Penyesuaian sekawan

Kapasitansi

Jawaban

Energi total

Energi yang tersisa di kapasitor

Energi di induktor

Jawaban

Resistansi dinamis

Periksa dengan Q

Jawaban

Tegangan fasa

Arus fasa

Daya nyata total

Jawaban

Daya reaktif sebelum dan sesudah

Daya reaktif dari kapasitor

Kapasitansi per fasa

Jawaban

Konstanta waktu dan arus akhir

Arus pada waktu tertentu

Jawaban

Nilai awal, nilai akhir, konstanta waktu

Arus pada waktu tertentu

Jawaban

Cari Rth dengan semua sumber dimatikan

Cari Vth, tegangan rangkaian terbuka

Ekuivalen Norton

Cari Rth dengan semua sumber dimatikan

Cari Vth, tegangan rangkaian terbuka

Kalikan besar

Hasil

Jawaban

Persilangan penguatan

Jawaban

Cari R_th dengan semua sumber dimatikan

Cari V_th, tegangan rangkaian terbuka

Cari R_th dengan semua sumber dimatikan

Cari V_th, tegangan rangkaian terbuka