Latihan ujian FE Electrical and Computer: paket kilat

Lembar rumus, langkah-langkah metode utama untuk setiap topik, dan 40 soal latihan, dengan pembahasan lengkap di bagian belakang.

Soal baruKembali ke mata kuliah

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

1Rumus dan metode

Resistor seri & paralel

Resistor seri
Req = R1 + R2 + …
Resistor paralel
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
Dua resistor paralel
Req = R1R2 / (R1 + R2)
Hukum Ohm
V = I·R
Daya
P = V·I = I²R = V²/R

Metode

  1. Mulailah dari ujung jaringan yang paling jauh dari terminal.
  2. Gabungkan resistor seri dengan menjumlahkannya, dan resistor paralel dengan 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
  3. Gambar ulang rangkaian setelah setiap langkah.
  4. Ulangi sampai tersisa satu resistor di antara terminal.

Analisis simpul

Hukum arus Kirchhoff
ΣIin = ΣIout
Arus cabang
I = (Va − Vb)/R
Simpul referensi
Vground = 0

Metode

  1. Pilih simpul referensi (ground) dan beri label tegangan simpul lainnya.
  2. Tulis hukum arus Kirchhoff di setiap simpul yang tidak diketahui: arus yang keluar melalui setiap cabang sama dengan arus yang masuk.
  3. Nyatakan setiap arus cabang sebagai (Va − Vb)/R.
  4. Selesaikan sistem persamaannya, lalu cari arus yang Anda perlukan.

Analisis mesh

Hukum tegangan Kirchhoff
ΣV = 0 di setiap loop
Resistor bersama
arus = I1 − I2
Sumber arus dalam mesh
menetapkan arus mesh tersebut

Metode

  1. Gambar arus searah jarum jam di setiap mesh (jendela) rangkaian.
  2. Terapkan hukum tegangan Kirchhoff di sekeliling setiap mesh: jumlah tegangan jatuh sama dengan nol.
  3. Pada resistor yang dipakai bersama oleh dua mesh, arusnya adalah selisih kedua arus mesh.
  4. Selesaikan persamaannya; hasil negatif berarti arus mengalir ke arah sebaliknya.

Superposisi

Superposisi
x = x1 + x2 + … (one source at a time)
Sumber tegangan dimatikan
hubung singkat (0 V)
Sumber arus dimatikan
rangkaian terbuka (0 A)
Pembagi tegangan
V2 = V·R2/(R1 + R2)
Pembagi arus
I1 = I·R2/(R1 + R2)

Metode

  1. Hitung jumlah sumber independen. Anda akan menyelesaikan satu rangkaian yang lebih sederhana untuk setiap sumber.
  2. Pertahankan satu sumber dan matikan yang lain: sumber tegangan menjadi hubung singkat (kawat), sumber arus menjadi rangkaian terbuka (celah).
  3. Selesaikan rangkaian yang lebih sederhana untuk tegangan atau arus yang Anda perlukan, dengan memperhatikan arahnya.
  4. Ulangi untuk setiap sumber, lalu jumlahkan kontribusinya beserta tandanya.

Thévenin & Norton

Tegangan Thévenin
Vth = Vopen circuit
Resistansi Thévenin
Rth: semua sumber dimatikan, dilihat dari a–b
Arus Norton
IN = Vth/Rth
Arus beban
IL = Vth/(Rth + RL)
Transfer daya maksimum
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

Metode

  1. Lepaskan beban dan tandai kedua terminal a dan b.
  2. Cari tegangan rangkaian terbuka antara a dan b: inilah Vth.
  3. Matikan semua sumber independen dan cari hambatan yang terlihat dari a–b: inilah Rth.
  4. Pasang kembali beban pada rangkaian ekuivalen: Vth seri dengan Rth.
  5. Untuk ekuivalen Norton, konversikan: IN = Vth/Rth, dengan RN = Rth secara paralel.

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; vC tidak dapat melompat
Induktor pada DC
hubung singkat; iL tidak dapat melompat
Keadaan tunak
t ≈ 5τ

Metode

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

Impedansi AC & fasor

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

Metode

  1. Ubah frekuensinya: ω = 2πf.
  2. Cari setiap reaktansi: XL = ωL dan XC = 1/(ωC).
  3. Jumlahkan impedansi seperti resistor, dengan Z = R + jX.
  4. 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
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(ωV²)

Daya tiga fasa

Hubungan Y
VL = √3·Vph, IL = Iph
Hubungan Δ
VL = Vph, IL = √3·Iph
Daya nyata total
P = √3·VL·IL·cos φ = 3·Iph²·R
Daya semu dan daya reaktif
S = √3·VL·IL, Q = P·tan φ
Kapasitor perbaikan faktor daya
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(3ωV²)
Tegangan pada setiap kapasitor
Δ: VL Y: VL/√3
Daya masukan motor
Pin = Pout/η

Transformator

Rasio lilitan
a = N1/N2 = V1/V2
Rasio arus
I1/I2 = N2/N1 = 1/a
Arus pengenal
I = S/V
Impedansi yang dirujuk
Z1′ = a²·ZL
Rugi tembaga pada beban parsial
Pcu = x²·Pcu,fl
Efisiensi
η = x·S·pf/(x·S·pf + Pcore + x²·Pcu,fl)
Efisiensi maksimum
x = √(Pcore/Pcu,fl)

Rangkaian op-amp

Penguat pembalik
Vout = −(Rf/Rin)·Vin
Penguat tak membalik
Vout = (1 + Rf/R1)·Vin
Penguat penjumlah
Vout = −Rf(V1/R1 + V2/R2)
Op-amp ideal
V+ = V−, Iin = 0

Dioda & transistor

Dioda (tegangan jatuh konstan)
VD = 0,7 V when conducting
Daerah aktif
VBE = 0,7 V, IC = β·IB, IE = (β + 1)·IB
Bias tetap
IB = (VCC − 0,7)/RB
Bias pembagi tegangan
IB = (VTH − 0,7)/(RTH + (β + 1)RE)
Thévenin dari pembagi tegangan
VTH = VCC·R2/(R1 + R2), RTH = R1∥R2
Loop kolektor
VCE = VCC − ICRC − IERE
Saturasi
IC(sat) = (VCC − VCE(sat))/RC, IB ≥ IC(sat)/β

Sistem bilangan

Nilai tempat
biner 2k, oktal 8k, heksadesimal 16k
Ke desimal
Σ dk·bk
Dari desimal
bagi dengan basis, baca sisanya dari bawah ke atas
Heksadesimal ↔ biner
satu digit heksadesimal = 4 bit
Komplemen dua
balik bitnya lalu tambahkan 1

Logika digital: gerbang, peta-K & flip-flop

Gerbang dasar
A·B, A + B, A′, (A·B)′, (A + B)′, A ⊕ B
Aturan Boolean
X + X′ = 1, X·X′ = 0, X + XY = X, XY + XY′ = X
De Morgan
(X·Y)′ = X′ + Y′, (X + Y)′ = X′·Y′
Urutan peta Karnaugh
00, 01, 11, 10 (Gray code)
Kelompok 2ᵏ sel
kehilangan k variabel
Multiplekser 4-ke-1
F = A′B′I0 + A′BI1 + AB′I2 + ABI3
Flip-flop
D: Q⁺ = D, T: Q⁺ = T ⊕ Q, JK: Q⁺ = JQ′ + K′Q
Pencacah
n bit: 2ⁿ keadaan; mod-N: n terkecil dengan 2ⁿ ≥ N; fout = fclk/N
Pencacah ripple
fmax = 1/(n·tpd)
Pencacah cincin dan Johnson
n dan 2n keadaan

Metode

  1. Untuk rangkaian, bekerjalah dari masukan ke keluaran satu gerbang demi satu gerbang dan tulis nilai pada setiap kawat, atau tulis ekspresinya dan isi tabel kebenaran.
  2. Untuk penyederhanaan, taruh angka 1 (dan don’t-care sebagai X) ke dalam peta Karnaugh dengan baris dan kolom kode Gray: 00, 01, 11, 10.
  3. Cakup angka 1 dengan kelompok sesedikit dan sebesar mungkin yang berisi 1, 2, 4, 8, atau 16 sel, melingkar melewati tepi; setiap kelompok adalah satu suku hasil kali yang tersusun dari variabel yang tetap konstan. Kelompokkan angka 0 untuk bentuk POS.
  4. Untuk flip-flop dan pencacah, baca masukan pada setiap tepi clock aktif, tulis keadaan setelah setiap tepi, dan ingat bahwa pencacah n bit berputar kembali setelah 2ⁿ keadaan.

Kestabilan: Routh–Hurwitz & tempat kedudukan akar

Kestabilan
semua akar polinomial karakteristik berada di setengah bidang kiri
tabel Routh, entri s¹ dari polinomial kubik
b1 = (a2a1 − a3a0)/a2
Akar di setengah bidang kanan
jumlah perubahan tanda pada kolom pertama
Polinomial kubik s³ + a₂s² + a₁s + a₀
stabil bila semua a > 0 dan a₂·a₁ > a₀
K/(s(s + a)(s + b))
Kmax = ab(a + b), ω = √(ab)
Persamaan karakteristik
1 + K·G(s) = 0
Asimtot
σa = (Σp − Σz)/(n − m), θ = (2q + 1)·180°/(n − m)
Titik pencar dan titik temu
dK/ds = 0
Syarat besar
K = 1/|G(s)|
Sudut keberangkatan
θd = 180° − Σ∠(from other poles) + Σ∠(from zeros)

Metode

  1. Tulis polinomial karakteristik loop tertutup: penyebut dari 1 + K·G(s) = 0, setelah dijabarkan.
  2. Masukkan koefisien secara bergantian ke dua baris pertama tabel Routh lalu susun baris-baris sisanya.
  3. Hitung perubahan tanda pada kolom pertama: masing-masing adalah satu kutub di setengah bidang kanan. Dengan K dalam tabel, syaratkan bahwa setiap entri kolom pertama tetap positif.
  4. Untuk tempat kedudukan akar, tandai kutub dan nol, segmen sumbu real, asimtot dari titik berat, dan titik pisah di tempat dK/ds = 0. Gunakan K = 1/|G(s)| untuk penguatan di suatu titik.

Galat keadaan tunak & kendali PID

Tipe sistem
jumlah kutub G(s) di s = 0
Konstanta galat
Kp = lim G(s), Kv = lim s·G(s), Ka = lim s²·G(s) (s → 0)
Undak A
ess = A/(1 + Kp)
Ramp A·t
ess = A/Kv
Parabola A·t²/2
ess = A/Ka
Pengendali PID
C(s) = Kp + Ki/s + Kd·s
Target orde dua
s² + 2ζωns + ωn²
Lewatan dan waktu
%OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), tp = π/ωd, ts ≈ 4/(ζωn)

Metode

  1. Hitung kutub loop terbuka C(s)·G(s) di s = 0: itulah tipe sistem.
  2. Hitung konstanta galat yang sesuai dengan masukan: Kp untuk undak, Kv untuk ramp, Ka untuk parabola.
  3. Terapkan ess = A/(1 + Kp), A/Kv, atau A/Ka, atau selesaikan untuk penguatan yang Anda perlukan.
  4. Untuk spesifikasi redaman atau kecepatan, tulis polinomial karakteristik loop tertutup dan samakan dengan s² + 2ζω_n·s + ω_n².

2Soal latihan

1.Resistor seri & paralelSedang
R1​ = 8 ΩIR1​R3​ = 10 Ω+−V1​12 VR2​15 ΩAR4​20 ΩB

Cari arus IR1 yang dialirkan sumber, yang mengalir melalui R1.

V1 = 12 VR1 = 8 ΩR2 = 15 ΩR3 = 10 ΩR4 = 20 Ω
IR1 = A
2.Resistor seri & paralelSulit
R1​ = 15 ΩIR1​R3​ = 8 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​5 VR2​25 ΩAR4​8 ΩBR6​12 Ω

Cari arus IR1 yang dialirkan sumber, yang mengalir melalui R1.

V1 = 5 VR1 = 15 ΩR2 = 25 ΩR3 = 8 ΩR4 = 8 ΩR5 = 4 ΩR6 = 12 Ω
IR1 = A
3.Analisis simpulSedang
−+Vs​ = 8 VIs​4 AAR1​5 ΩR2​20 ΩB

Sumber tegangan Vₛ antara A dan B memiliki terminal + di B, jadi membuat VB − VA = Vₛ. Gunakan analisis simpul dengan supernode untuk mencari tegangan simpul VA (diukur terhadap ground).

Is = 4 AVs = 8 VR1 = 5 ΩR2 = 20 Ω
VA = V
4.Analisis simpulSulit
R1​ = 4 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​30 VR3​25 ΩAR5​20 ΩBIs​2,5 A+−V2​6 V

Gunakan analisis simpul untuk mencari tegangan simpul VB (diukur terhadap ground).

V1 = 30 VIs = 2,5 AV2 = 6 VR1 = 4 ΩR2 = 3 ΩR3 = 25 ΩR4 = 8 ΩR5 = 20 Ω
VB = V
5.Analisis meshSedang
R1​ = 4 ΩIR1​R2​ = 15 Ω+−V1​9 VR3​2 ΩA+−V2​6 VI1​I2​

Gunakan analisis mesh untuk mencari arus IR1 melalui R1 searah panah.

V1 = 9 VV2 = 6 VR1 = 4 ΩR2 = 15 ΩR3 = 2 Ω
IR1 = A
6.Analisis meshSulit
R1​ = 6 ΩIR1​R2​ = 25 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​12 VR4​3 ΩAR5​4 ΩB+−V2​30 VI1​I2​I3​

Gunakan analisis mesh untuk mencari arus IR1 melalui R1 searah panah.

V1 = 12 VV2 = 30 VR1 = 6 ΩR2 = 25 ΩR3 = 8 ΩR4 = 3 ΩR5 = 4 Ω
IR1 = A
7.SuperposisiSedang
R1​ = 6 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​18 VR2​12 ΩIR2​AR4​10 ΩBIs​1,5 A

Gunakan superposisi untuk mencari arus IR2 melalui R2 searah panah.

V1 = 18 VIs = 1,5 AR1 = 6 ΩR2 = 12 ΩR3 = 10 ΩR4 = 10 Ω
IR2 = A
8.SuperposisiSulit
R1​ = 15 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 4 Ω+−V1​30 VR3​4 ΩIR3​AIs​5 AB+−V2​?

Cari nilai sumber tegangan V2 (polaritas seperti pada gambar) yang membuat arus IR3 melalui R3 sama dengan nol.

V1 = 30 VIs = 5 AR1 = 15 ΩR2 = 3 ΩR3 = 4 ΩR4 = 4 Ω
V2 = V
9.Thévenin & NortonSedang
R1​ = 12 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​18 VR2​20 ΩAab

Cari resistansi Thévenin Rth dilihat dari terminal a–b.

V1 = 18 VR1 = 12 ΩR2 = 20 ΩR3 = 5 Ω
Rth = Ω
10.Thévenin & NortonSulit
R1​ = 5 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​36 VR2​6 ΩAIs​2,5 ABRL​5 ΩIL​

Beban RL = 5 Ω dipasang di a–b. Gunakan ekuivalen Thévenin untuk mencari daya PL yang diserap beban.

V1 = 36 VIs = 2,5 AR1 = 5 ΩR2 = 6 ΩR3 = 15 ΩRL = 5 Ω
PL = W
11.Transien RC & RLSedang
+−Vs​20 Vt = 0R = 100 ΩL100 mHi(t)

Induktor tidak dialiri arus sebelum sakelar ditutup pada t = 0. Cari tegangan vL pada induktor saat t = 1 ms.

Vs = 20 VR = 100 ΩL = 100 mHt = 1 ms
vL = V
12.Transien RC & RLSulit
+−Vs​9 Vt = 0R = 10 kΩC22 µF+−vC​vC​(0) = 12 V

Tepat sebelum sakelar ditutup pada t = 0, kapasitor bertegangan 12 V dengan polaritas yang ditunjukkan. Cari tegangan kapasitor vC pada t = 200 ms.

Vs = 9 VR = 10 kΩC = 22 µFvC(0) = 12 Vt = 200 ms
vC = V
13.Impedansi AC & fasorSedang
100 V50 HzR = 60 ΩL = 50 mHC = 10 µFI

Rangkaian RLC seri dihubungkan ke sumber 100 V (rms), 50 Hz. Cari faktor daya cos φ rangkaian.

V = 100 V (rms)f = 50 HzR = 60 ΩL = 50 mHC = 10 µF
cos φ =
14.Impedansi AC & fasorSulit
12 Vf0​R = 20 ΩL = 50 mHC = 0,1 µF

Sebuah rangkaian RLC seri dicatu oleh sumber 12 V (rms) yang frekuensinya diatur pada frekuensi resonansi rangkaian. Cari tegangan rms VL pada induktor.

V = 12 V (rms)R = 20 ΩL = 50 mHC = 0,1 µF
VL = V
15.Daya AC & faktor dayaSedang
400 V15 kW, 0,8214 kW, 1I

Dua beban dihubungkan paralel ke sumber satu fase 400 V: beban 5 kW dengan faktor daya 0,8 tertinggal dan pemanas 14 kW (faktor daya satu). Cari faktor daya total cos φ yang dilihat sumber.

V = 400 VP1 = 5 kW, pf1 = 0,8 tertinggalP2 = 14 kW, pf2 = 1
cos φ =
16.Daya AC & faktor dayaSulit
P = 5 kWQ1​S1​φ1​QC​

Beban satu fase menyerap 5 kW pada faktor daya 0,75 tertinggal dari sumber 230 V, 60 Hz. Kapasitor yang dipasang paralel menaikkan faktor daya menjadi 0,98. Cari kapasitansi C yang diperlukan.

P = 5 kWpf1 = 0,75pf2 = 0,98V = 230 Vf = 60 Hz
C = µF
17.Daya tiga fasaSedang
ABCVL​ = 400 VNZ = 24 + j18 Ωper fasa

Beban seimbang terhubung Y dengan impedansi 24 + j18 Ω per fasa dihubungkan ke sumber tiga fasa seimbang dengan tegangan antarsaluran 400 V. Cari daya nyata total P yang diserap beban dalam kW.

VL = 400 VZ = 24 + j18 Ω per fasa
P = kW
18.Daya tiga fasaSulit
P = 50 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Beban tiga fasa seimbang menyerap 50 kW pada faktor daya 0,7 tertinggal dari sumber 480 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. Cari daya reaktif total QC yang harus disuplai bank kapasitor, dalam kvar.

P = 50 kWpf1 = 0,7pf2 = 0,95VL = 480 Vf = 60 Hz
QC = kvar
19.TransformatorSedang
4800 V240 VIHV​ILV​ = ?25 kVA

Sebuah transformator satu fasa 25 kVA, 4800/240 V bekerja pada beban pengenalnya. Anggap ideal. Cari arus ILV pada kumparan tegangan rendah.

S = 25 kVAV1 = 4800 VV2 = 240 V
ILV = A
20.TransformatorSulit
pf 0,9500 kVA, 75% beban

Sebuah transformator satu fasa 500 kVA memiliki rugi inti 2500 W dan rugi tembaga 3750 W pada beban pengenal. Transformator menyuplai 75% dari kVA pengenalnya pada faktor daya 0,9 tertinggal. Cari rugi total Ploss dalam watt pada beban ini.

S = 500 kVAPcore = 2500 WPcu,fl = 3750 Wx = 0,75pf = 0,9
Ploss = W
21.Rangkaian op-ampSedang
−+Vout​Rf​ = 4,7 kΩR1​ = 1 kΩVin​ = −1,5 VRa​ = 4,7 kΩRb​ = 1 kΩ

Op-amp ideal dan dicatu ±15 V. Cari tegangan keluaran Vout.

Vin = −1,5 VRa = 4,7 kΩRb = 1 kΩR1 = 1 kΩRf = 4,7 kΩ
Vout = V
22.Rangkaian op-ampSulit
−+Vout​Rf​ = 10 kΩV1​ = 1,6 VR1​ = 2 kΩV2​ = 0,9 VR2​ = 10 kΩ

Penguat penjumlah memakai op-amp ideal yang dicatu ±15 V. Cari tegangan keluaran Vout.

V1 = 1,6 VV2 = 0,9 VR1 = 2 kΩR2 = 10 kΩRf = 10 kΩ
Vout = V
23.Dioda & transistorSedang
RC​ = 5,6 kΩβ = 120IC​ = ?RE​ = 1,5 kΩVCC​ = 12 VR1​ = 33 kΩR2​ = 6,8 kΩ

Sebuah transistor NPN dengan β = 120 dibias dengan pembagi tegangan dari VCC = 12 V: R₁ = 33 kΩ dari VCC ke basis dan R₂ = 6,8 kΩ dari basis ke ground. Resistor kolektornya RC = 5,6 kΩ dan resistor emitornya RE = 1,5 kΩ. Ambil VBE = 0,7 V dan gunakan ekivalen Thévenin dari pembagi tegangan (jangan abaikan arus basis). Cari arus kolektor IC dalam mA.

VCC = 12 VR1 = 33 kΩR2 = 6,8 kΩRC = 5,6 kΩRE = 1,5 kΩβ = 120
IC = mA
24.Dioda & transistorSulit
RC​ = 150 Ωβ = 200VCC​ = 9 V3,3 VRB​ = ?

Sebuah transistor NPN dengan β = 200 mengalihkan resistor beban 150 Ω yang terhubung antara VCC = 9 V dan kolektornya. Emitornya dihubungkan ke ground. Basis dikemudikan dari keluaran logika 3,3 V melalui resistor basis RB. Ambil VBE = 0,7 V dan VCE(sat) = 0,2 V. Cari resistor basis terbesar RB, dalam kΩ, yang masih mengemudikan transistor tepat ke saturasi.

VCC = 9 VRC = 150 Ωβ = 200Vin = 3,3 VVBE = 0,7 VVCE(sat) = 0,2 V
RB = kΩ
25.Sistem bilanganSedang
nilai posisi dalam komplemen dua1−12816403201618040201

Pola 8-bit 1100 1000 menyimpan bilangan bulat bertanda dalam komplemen dua. Berapa nilainya N dalam desimal?

1100 10008 bit
N =
26.Sistem bilanganSulit
20 bit, tak bertanda, N = ?????????????????????

Berapa bilangan bulat tak bertanda terbesar N yang muat dalam 20 bit?

20 bit
N =
27.Logika digital: gerbang, peta-K & flip-flopSedang
MUX1I0​CI1​CI2​1I3​ABS1​S0​F

Sebuah multiplekser 4-ke-1 memiliki masukan pemilih S₁ = A dan S₀ = B, dan masukan datanya dihubungkan ke I₀ = 1, I₁ = C, I₂ = C, I₃ = 1. Pada berapa dari 8 kombinasi A, B, dan C keluaran F = 1? Carilah N.

I₀ = 1I₁ = CI₂ = CI₃ = 1
N =
28.Logika digital: gerbang, peta-K & flip-flopSulit
TQ0​Q0​TQ1​Q1​TQ2​Q2​TQ3​Q3​CLKMOD-10

Sebuah pencacah dekade (mod-10) sinkron menghitung 0, 1, …, 9 lalu kembali ke 0. Pencacah dimulai dari 1. Berapa hitungan Q (dalam desimal) yang ditunjukkannya setelah 30 pulsa clock?

Q0 = 130N = 10
Q =
29.Transformasi LaplaceSedang
t (s)f(t)t = 0,3f(0,3) = ?

Tentukan f(t) untuk F(s) = 45/(s(s + 4)(s + 5)) dengan pecahan parsial, lalu hitung f(0,3).

F(s) = 45/(s(s + 4)(s + 5))t = 0,3 s
f(0.3) =
30.Transformasi LaplaceSulit
ReIm−0,5−1−1,5−2−2,5−3−3,5−4−4,50,51

Sebuah sistem dinyatakan oleh persamaan diferensial y″ + 7y′ + 12y = 2u′ + 6u, dengan masukan u(t) dan keluaran y(t). Tentukan fungsi alihnya G(s) = Y(s)/U(s) (syarat awal nol) dan hitung respons impuls g(t) pada t = 0,2 s. Tentukan g(0,2).

y″ + 7y′ + 12y = 2u′ + 6ut = 0,2 s
g(0.2) =
31.Diagram blokSedang
R(s)+18K+7s + 3G(s)C(s)2H₁−−

Plant G(s) = 7/(s + 3) memiliki loop umpan balik negatif dalam (minor) dengan penguatan H₁ = 2. Penguatan pengendali K = 18 dan loop umpan balik negatif satuan luar menutup sistem. Tentukan kutub loop tertutup p.

G(s) = 7/(s + 3)H₁ = 2K = 18
p =
32.Diagram blokSulit
R(s)+16s + 4G₁+1s + 1G₂C(s)0,5H₁−0,1H₂−

Reduksi diagram blok dengan G₁ = 16/(s + 4), G₂ = 1/(s + 1), umpan balik negatif dalam H₁ = 0,5 di sekitar G₂ dan umpan balik negatif luar H₂ = 0,1. Tentukan penguatan DC T(0) dari C(s)/R(s).

G₁ = 16/(s + 4)G₂ = 1/(s + 1)H₁ = 0,5H₂ = 0,1
T(0) =
33.Respons langkahSedang
t (s)y(t)1

Sebuah sistem memiliki fungsi alih G(s) = 69/(s² + 5s + 69) dan menerima masukan langkah satuan. Kutubnya s = σ ± jωd. Tentukan bagian riil σ.

G(s) = 69/(s² + 5s + 69)
σ =
34.Respons langkahSulit
R(s)+95s(s + 4)G(s)C(s)−

Loop umpan balik negatif satuan memiliki G(s) = 95/(s(s + 4)). Tentukan waktu penetapan 2 % ts dari respons langkah loop tertutup, dengan ts ≈ 4/(ζωₙ).

G(s) = 95/(s(s + 4))
ts = s
35.Plot Bode dan marginSedang
vin​L = 50 mHC = 0,47 µFR = 20 Ωvout​

Pada filter lolos pita RLC seri yang ditunjukkan, keluaran diambil di seberang R = 20 Ω, dengan L = 50 mH dan C = 0,47 µF. Cari faktor kualitas Q.

R = 20 ΩL = 50 mHC = 0,47 µF
Q =
36.Plot Bode dan marginSulit
|H| (dB)0,10,1111010100100−80−60−40−2002040ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−270−180−900ω180​ = ?

Lingkar umpan balik satuan memiliki fungsi alih lingkar terbuka L(s) = 314/(s(s + 4)(s + 10)). Cari frekuensi persilangan fasa ω180, tempat ∠L(jω) = −180°.

L(s) = 314/(s(s + 4)(s + 10))
ω180 = rad/s
37.Kestabilan: Routh–Hurwitz & tempat kedudukan akarSedang
R(s)+Ks + 11s(s + 3)(s + 4)C(s)−

Suatu loop umpan balik satuan memiliki L(s) = K(s + 11)/(s(s + 3)(s + 4)), dengan K > 0. Cari penguatan terbesar Kmax agar loop tertutup stabil.

L(s) = K(s + 11)/(s(s + 3)(s + 4))
Kmax =
38.Kestabilan: Routh–Hurwitz & tempat kedudukan akarSulit
ReIm−1−2−3−4−5−6−7−8−9−101j1j2

Suatu loop umpan balik satuan memiliki L(s) = K/(s(s + 5)(s + 8)(s + 1)). Cari titik σa tempat asimtot tempat kedudukan akar memotong sumbu real.

L(s) = K/(s(s + 5)(s + 8)(s + 1))
σa =
39.Galat keadaan tunak & kendali PIDSedang
r(t) = 0,5t+2(s + 1)s(s + 4)C(s)−

Ramp r(t) = 0,5t diberikan ke loop umpan balik satuan dengan G(s) = 2(s + 1)/(s(s + 4)). Cari galat keadaan tunak ess.

G(s) = 2(s + 1)/(s(s + 4))r(t) = 0,5t
ess =
40.Galat keadaan tunak & kendali PIDSulit
R(s)+20 + Kd​s10s(s + 3)C(s)−

Pengendali PD C(s) = 20 + Kd·s mengendalikan plant G(s) = 10/(s(s + 3)) dalam loop umpan balik satuan. Cari penguatan turunan Kd yang memberi loop tertutup rasio redaman ζ = 0,707.

G(s) = 10/(s(s + 3))Kp = 20ζ = 0,707
Kd = s

3Larutan

1.Resistor seri & paralel

Jawaban: IR1 = 0,6667 A

Resistor seri dan paralel: dalam seri, arus yang sama mengalir di setiap resistor dan R = R₁ + R₂ + …. Dalam paralel, setiap resistor punya tegangan yang sama dan 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Jaringan tangga disederhanakan satu pasang demi satu pasang hingga tersisa satu resistansi ekuivalen.

R1​ = 8 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​12 VR2​15 ΩAR4​20 ΩB

Gabungkan resistor dari ujung terjauh

Mulai dari ujung yang paling jauh dari sumber dan bergerak kembali ke arahnya. Resistor yang dialiri arus sama terhubung seri; resistor di antara dua simpul yang sama terhubung paralel.

R3 + R4 = 10 + 20 = 30 Ω
R2 ∥ 30 = 15·30/(15+30) = 10 Ω
Req = R1 + 10 = 8 + 10 = 18 Ω

Arus dari sumber

Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberi arus yang dialirkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.

IR1 = V1/Req = 12/18 = 0,6667 A

Jawaban

IR1 = 0,6667 A
2.Resistor seri & paralel

Jawaban: IR1 = 0,211 A

Resistor seri dan paralel: dalam seri, arus yang sama mengalir di setiap resistor dan R = R₁ + R₂ + …. Dalam paralel, setiap resistor punya tegangan yang sama dan 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Jaringan tangga disederhanakan satu pasang demi satu pasang hingga tersisa satu resistansi ekuivalen.

R1​ = 15 ΩR3​ = 8 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​5 VR2​25 ΩAR4​8 ΩBR6​12 Ω

Gabungkan resistor dari ujung terjauh

Mulai dari ujung yang paling jauh dari sumber dan bergerak kembali ke arahnya. Resistor yang dialiri arus sama terhubung seri; resistor di antara dua simpul yang sama terhubung paralel.

R5 + R6 = 4 + 12 = 16 Ω
R4 ∥ 16 = 5,333 Ω
R3 + 5,333 = 13,33 Ω
R2 ∥ 13,33 = 8,696 Ω
Req = R1 + 8,696 = 15 + 8,696 = 23,7 Ω

Arus dari sumber

Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberi arus yang dialirkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.

IR1 = V1/Req = 5/23,7 = 0,211 A

Jawaban

IR1 = 0,211 A
3.Analisis simpul

Jawaban: VA = 14,4 V

Analisis simpul: pilih simpul referensi, beri nama tegangan simpul yang tidak diketahui, tulis hukum arus Kirchhoff di setiap simpul tersebut memakai hukum Ohm (I = ΔV/R), lalu selesaikan persamaannya.

Bentuk supernode

Sumber tegangan antara A dan B mengalirkan arus yang tidak diketahui, jadi KCL tidak dapat ditulis di A atau B secara terpisah. Lingkupi A, B, dan sumber dalam satu supernode: arus yang masuk sama dengan arus yang keluar.

VB = VA + Vs = VA + 8
VA/R1 + VB/R2 = Is

Selesaikan

VA/5 + (VA + 8)/20 = 4
VA = (4 − 8/20)/(1/5 + 1/20) = 14,4 V
VB = 14,4 + 8 = 22,4 V

Jawaban

VA = 14,4 V
4.Analisis simpul

Jawaban: VB = 6,849 V

Analisis simpul: pilih simpul referensi, beri nama tegangan simpul yang tidak diketahui, tulis hukum arus Kirchhoff di setiap simpul tersebut memakai hukum Ohm (I = ΔV/R), lalu selesaikan persamaannya.

R1​ = 4 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​30 VR3​25 ΩAR5​20 ΩBIs​2,5 A+−V2​6 V

Tentukan simpul

Ground adalah kawat bawah. Tegangan simpul yang diketahui langsung berasal dari sumber (V1 = 30 V, V2 = 6 V). Yang tidak diketahui: VA, VB.

KCL di simpul A

Arus yang keluar dari A melalui resistor sama dengan arus yang dimasukkan sumber ke A.

VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/25 + (VA − 30)/4 + (VA − VB)/3 = 0
0,6233·VA − 0,3333·VB = 7,5

KCL di simpul B

Arus yang keluar dari B melalui resistor sama dengan arus yang dimasukkan sumber ke B.

VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/20 + (VB − VA)/3 + (VB − 6)/8 = (−2,5)
−0,3333·VA + 0,5083·VB = −1,75

Selesaikan

Δ = (0,6233)(0,5083) − (−0,3333)(−0,3333) = 0,2057
VA = Δ1/Δ = 3,229/0,2057 = 15,69 V
VB = Δ2/Δ = 1,409/0,2057 = 6,849 V

Jawaban

VB = 6,849 V
5.Analisis mesh

Jawaban: IR1 = 1,439 A

Analisis mesh: beri setiap jendela rangkaian planar arus loop sendiri, tulis hukum tegangan Kirchhoff di setiap loop (jumlah jatuh = jumlah kenaikan), lalu selesaikan. Arus cabang adalah arus mesh, atau selisih dua arus mesh pada cabang bersama.

R1​ = 4 ΩR2​ = 15 Ω+−V1​9 VR3​2 ΩA+−V2​6 VI1​I2​

Tetapkan arus mesh

Gambar arus searah jarum jam di setiap jendela: I1, I2. Resistor yang dipakai bersama dua mesh membawa selisih arus keduanya.

KVL di sekitar mesh 1

Searah jarum jam, jatuh tegangan pada resistor sama dengan kenaikan tegangan sumber (dari − ke + searah lintasan).

R1·I1 + R3(I1 − I2) = V1
4·I1 + 2(I1 − I2) = 9
6·I1 − 2·I2 = 9

KVL di sekitar mesh 2

Searah jarum jam, jatuh tegangan pada resistor sama dengan kenaikan tegangan sumber (dari − ke + searah lintasan).

R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
15·I2 + 2(I2 − I1) = (−6)
−2·I1 + 17·I2 = −6

Selesaikan

Δ = (6)(17) − (−2)(−2) = 98
I1 = Δ1/Δ = 141/98 = 1,439 A
I2 = Δ2/Δ = −18/98 = −0,1837 A

Jawaban

IR1 = I1 = 1,439 A

Arus mesh negatif mengalir berlawanan arah jarum jam.

6.Analisis mesh

Jawaban: IR1 = 1,266 A

Analisis mesh: beri setiap jendela rangkaian planar arus loop sendiri, tulis hukum tegangan Kirchhoff di setiap loop (jumlah jatuh = jumlah kenaikan), lalu selesaikan. Arus cabang adalah arus mesh, atau selisih dua arus mesh pada cabang bersama.

R1​ = 6 ΩR2​ = 25 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​12 VR4​3 ΩAR5​4 ΩB+−V2​30 VI1​I2​I3​

Tetapkan arus mesh

Gambar arus searah jarum jam di setiap jendela: I1, I2, I3. Resistor yang dipakai bersama dua mesh membawa selisih arus keduanya.

KVL di sekitar mesh 1

Searah jarum jam, jatuh tegangan pada resistor sama dengan kenaikan tegangan sumber (dari − ke + searah lintasan).

R1·I1 + R4(I1 − I2) = V1
6·I1 + 3(I1 − I2) = 12
9·I1 − 3·I2 = 12

KVL di sekitar mesh 2

Searah jarum jam, jatuh tegangan pada resistor sama dengan kenaikan tegangan sumber (dari − ke + searah lintasan).

R2·I2 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
25·I2 + 3(I2 − I1) + 4(I2 − I3) = 0
−3·I1 + 32·I2 − 4·I3 = 0

KVL di sekitar mesh 3

Searah jarum jam, jatuh tegangan pada resistor sama dengan kenaikan tegangan sumber (dari − ke + searah lintasan).

R3·I3 + R5(I3 − I2) = −V2
8·I3 + 4(I3 − I2) = (−30)
−4·I2 + 12·I3 = −30

Selesaikan

Δ = determinan matriks koefisien = 3204
I1 = Δ1/Δ = 4056/3204 = 1,266 A
I2 = Δ2/Δ = −648/3204 = −0,2022 A
I3 = Δ3/Δ = −8226/3204 = −2,567 A

Jawaban

IR1 = I1 = 1,266 A

Arus mesh negatif mengalir berlawanan arah jarum jam.

7.Superposisi

Jawaban: IR2 = −1,042 A

Superposisi: dalam rangkaian linear, setiap tegangan atau arus adalah jumlah respons terhadap masing-masing sumber independen yang bekerja sendiri. Untuk mematikan sumber, ganti sumber tegangan ideal dengan hubung singkat dan sumber arus ideal dengan rangkaian terbuka. Resistor tetap di tempatnya.

R1​ = 6 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​18 VR2​12 ΩAR4​10 ΩBTERBUKA

Kasus 1 · hanya V1

Iₛ menjadi rangkaian terbuka, jadi R₃ dan R₄ membentuk satu cabang seri dari A ke ground, paralel dengan R₂.

R3+R4 = 10+10 = 20 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 12·20/(12+20) = 7,5 Ω
VA = 18·7,5/(6+7,5) = 10 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 10·10/20 = 5 V
IR2′ = (0 − VA)/R2 = (0 − 10)/12 = −0,8333 A
R1​ = 6 ΩR3​ = 10 ΩHUBUNG SINGKATR2​12 ΩAR4​10 ΩBIs​1,5 A

Kasus 2 · hanya Is

V₁ menjadi hubung singkat, jadi R₁ paralel dengan R₂. Iₛ terbagi di B antara R₄ dan jalur melalui R₃.

R1 ∥ R2 = 6·12/(6+12) = 4 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 10 ∥ 14 = 5,833 Ω
VB = Is·Req = 1,5·5,833 = 8,75 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 8,75·4/14 = 2,5 V
IR2″ = (0 − VA)/R2 = (0 − 2,5)/12 = −0,2083 A

Jumlahkan kontribusinya

IR2 = IR2′ + IR2″
IR2 = (−0,8333) + (−0,2083) = −1,042 A

Hasil negatif berarti sebenarnya arus mengalir berlawanan dengan panah.

8.Superposisi

Jawaban: V2 = 6 V

Superposisi: dalam rangkaian linear, setiap tegangan atau arus adalah jumlah respons terhadap masing-masing sumber independen yang bekerja sendiri. Untuk mematikan sumber, ganti sumber tegangan ideal dengan hubung singkat dan sumber arus ideal dengan rangkaian terbuka. Resistor tetap di tempatnya.

R1​ = 15 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 4 Ω+−V1​30 VR3​4 ΩATERBUKABHUBUNG SINGKAT

Kasus 1 · V1 bekerja sendiri

V₂ menjadi hubung singkat dan Iₛ rangkaian terbuka. Dilihat dari A, R₃ paralel dengan pasangan seri R₂+R₄.

R3 ∥ (R2+R4) = 4 ∥ 7 = 2,545 Ω
VA = 30·2,545/(15+2,545) = 4,352 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 4,352·4/7 = 2,487 V
R1​ = 15 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 4 ΩHUBUNG SINGKATR3​4 ΩAIs​5 ABHUBUNG SINGKAT

Kasus 2 · Is bekerja sendiri

Kedua sumber tegangan menjadi hubung singkat. Iₛ terbagi di B antara R₄ (kini ke ground) dan R₂ yang seri dengan R₁ ∥ R₃. Panah Iₛ mengarah ke bawah, menjauhi simpulnya, jadi Iₛ menarik arus keluar dari simpul itu: sukunya masuk dengan tanda minus.

R1 ∥ R3 = 3,158 Ω, jadi jalur kiri adalah R2+3,158 = 6,158 Ω
Req = R4 ∥ 6,158 = 2,425 Ω
VB = −Is·Req = −5·2,425 = −12,12 V
VA = VB·3,158/6,158 = −6,218 V

Kasus 3 · V2 bekerja sendiri, per volt

V₁ menjadi hubung singkat dan Iₛ rangkaian terbuka. R₁ ∥ R₃ tergantung dari A, seri dengan R₂ kembali ke B.

R1 ∥ R3 = 3,158 Ω
VA‴ = V2·3,158/(4 + 3 + 3,158) = 0,3109·V2

Samakan VA dengan nol

Dengan VA = 0 tidak ada tegangan pada R₃, jadi arusnya nol.

VA′ + VA″ + VA‴ = 4,352 + (−6,218) + 0,3109·V2 = 0
V2 = 1,865/0,3109 = 6 V

Jawaban

V2 = 6 V
9.Thévenin & Norton

Jawaban: Rth = 12,5 Ω

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

R1​ = 12 ΩR3​ = 5 ΩHUBUNG SINGKATR2​20 ΩAabRth​

Cari Rth dengan semua sumber dimatikan

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

R1 ∥ R2 = 12·20/(12+20) = 7,5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 7,5 + 5 = 12,5 Ω
10.Thévenin & Norton

Jawaban: PL = 39,59 W

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

R1​ = 5 ΩR3​ = 15 ΩHUBUNG SINGKATR2​6 ΩATERBUKABabRth​

Cari Rth 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
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,727 + 15 = 17,73 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​36 VR2​6 ΩAIs​2,5 ABab+−Vth​

Cari Vth, 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.

VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 19,64 + 2,5·2,727 = 26,45 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 26,45 + 2,5·15 = 63,95 V
Rth​ = 17,73 Ω+−Vth​63,95 VRL​5 ΩIL​

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.

IL = Vth/(Rth + RL) = 63,95/(17,73 + 5) = 2,814 A
PL = IL²·RL = 2,814²·5 = 39,59 W
11.Transien RC & RL

Jawaban: vL = 7,358 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 dan arus akhir

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

τ = L/R = 100 mH / 100 Ω = 1 ms
i(∞) = Vs/R = 20/100 = 0,2 A

Tegangan induktor

Pada t = 0 seluruh tegangan sumber muncul pada induktor; kemudian meluruh ke nol.

vL(t) = Vs·e−t/τ = 20·e−1/1 = 7,358 V

Jawaban

vL = 7,358 V
12.Transien RC & RL

Jawaban: vC = 10,21 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.

Nilai awal, nilai akhir, konstanta waktu

Tegangan kapasitor tidak dapat melompat, jadi dimulai dari nilai tersimpannya dan menuju tegangan sumber.

vC(0) = 12 V, vC(∞) = Vs = 9 V
τ = R·C = 10 kΩ · 22 µF = 220 ms
vC(t) = 9 + (12 − 9)·e−t/τ

Tegangan pada waktu tertentu

vC(200) = 9 + (3)·e−200/220 = 10,21 V

Jawaban

vC = 10,21 V
13.Impedansi AC & fasor

Jawaban: cos φ = 0,1945

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

XL = 15,71 Ω, XC = 318,3 Ω

Impedansi

|Z| = √(60² + (−302,6)²) = 308,5 Ω

Faktor daya

cos φ = R/|Z| = 60/308,5 = 0,1945
Rangkaiannya kapasitif, jadi faktor dayanya mendahului.

Jawaban

cos φ = 0,1945
14.Impedansi AC & fasor

Jawaban: VL = 424,3 V

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|.

Resonansi

Pada resonansi reaktansi saling meniadakan, jadi impedansinya hanya R.

ω₀ = 1/√(LC) = 1/√(0,05·0,1·10⁻⁶) = 14142 rad/s
I = V/R = 12/20 = 0,6 A

Tegangan pada induktor

XL = ω₀L = 14142·0,05 = 707,1 Ω
VL = I·XL = 0,6·707,1 = 424,3 V

Jawaban

VL = 424,3 V

Ini Q = 35,36 kali tegangan sumber.

15.Daya AC & faktor daya

Jawaban: cos φ = 0,9811

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 = 5·tan(arccos 0,8) = 3,75 kvar
Q2 = 0 = 0 kvar

Total

P = 5 + 14 = 19 kW
Q = 3,75 + 0 = 3,75 kvar
S = √(19² + 3,75²) = 19,37 kVA

Faktor daya total

cos φ = P/S = 19/19,37 = 0,9811 tertinggal

Jawaban

cos φ = 0,9811
16.Daya AC & faktor daya

Jawaban: C = 170,2 µF

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 sebelum dan sesudah

Daya nyata P tidak berubah; hanya daya reaktif yang ditarik dari sumber yang berubah.

Q1 = P·tan φ1 = 5·tan(41,41°) = 4,41 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 5·tan(11,48°) = 1,015 kvar
QC = Q1 − Q2 = 3,394 kvar

Kapasitansi

Kapasitor yang dipasang pada sumber memasok Q = V²·ωC.

C = QC/(2πf·V²) = 3394/(2π·60·230²) = 170,2 µF

Jawaban

C = 170,2 µF
17.Daya tiga fasa

Jawaban: P = 4,267 kW

Sistem tiga fasa seimbang: pada hubungan Y (bintang) tegangan antarsaluran adalah √3 kali tegangan fasa, VL = √3·Vph, 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, IL = √3·Iph. Daya total adalah tiga kali daya satu fasa: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ.

Tegangan fasa

Vph = 400/√3 = 230,9 V

Arus fasa

|Z| = √(24² + 18²) = 30 Ω
Iph = 230,9/30 = 7,698 A

Daya nyata total

Hanya bagian resistif dari setiap impedansi yang menyerap daya nyata.

P = 3·Iph²·R = 3·7,698²·24 = 4,267 kW

Jawaban

P = 4,267 kW

Periksa: cos φ = R/|Z| = 0,8, dan √3·VL·IL·cos φ memberikan daya yang sama.

18.Daya tiga fasa

Jawaban: QC = 34,58 kvar

Sistem tiga fasa seimbang: pada hubungan Y (bintang) tegangan antarsaluran adalah √3 kali tegangan fasa, VL = √3·Vph, 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, IL = √3·Iph. Daya total adalah tiga kali daya satu fasa: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ. Perbaikan faktor daya: kapasitor menyuplai daya reaktif secara lokal, QC = P·(tan φ1 − tan φ2). Masing-masing dari ketiga kapasitor menyuplai QC/3 = V²·ω·C, dengan V tegangan pada kapasitor tersebut: VL pada bank Δ, VL/√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 0,7) = 50·1,02 = 51,01 kvar
Q2 = 50·tan(acos 0,95) = 50·0,3287 = 16,43 kvar

Daya reaktif dari kapasitor

QC = Q1 − Q2 = 34,58 kvar

Jawaban

QC = 34,58 kvar
19.Transformator

Jawaban: ILV = 104,2 A

Transformator ideal: tegangan sebanding dengan jumlah lilitan dan arus berbanding terbalik: V₁/V₂ = N₁/N₂ = a dan I₁/I₂ = N₂/N₁ = 1/a, sehingga daya masuk sama dengan daya keluar, V₁·I₁ = V₂·I₂. Impedansi beban Z di sisi sekunder terlihat sebagai a²·Z dari sisi primer.

Arus pengenal

Kedua kumparan membawa daya semu yang sama.

ILV = S/V = 25000/240 = 104,2 A

Jawaban

ILV = 104,2 A
20.Transformator

Jawaban: Ploss = 4609 W

Rugi-rugi transformator: rugi inti (histeresis dan arus pusar) bergantung pada tegangan dan sama pada beban berapa pun. Rugi tembaga pada kumparan sebanding dengan kuadrat arus, sehingga pada fraksi x dari beban pengenal besarnya x²·Pcu,fl. Efisiensi η = Pout/(Pout + Pcore + Pcu), dengan Pout = x·S·pf. Efisiensi paling tinggi pada beban saat rugi tembaga sama dengan rugi inti.

Rugi tembaga pada beban ini

Pcu = x²·Pcu,fl = 0,5625·3750 = 2109 W

Rugi total

Rugi inti sama pada beban berapa pun.

Ploss = 2500 + 2109 = 4609 W

Jawaban

Ploss = 4609 W

Efisiensi pada beban ini adalah η = 98,65%.

21.Rangkaian op-amp

Jawaban: Vout = −1,5 V

Aturan op-amp ideal: dengan umpan balik negatif, op-amp mengatur keluarannya sehingga kedua masukan berada pada tegangan yang sama (V₋ = V₊), dan tidak ada arus yang masuk ke masukan mana pun. Menulis KCL di masukan pembalik dengan dua fakta ini memberi keluarannya.

Tegangan di masukan +

V₊ = Vin·Rb/(Ra + Rb) = −1,5·1/(4,7 + 1) = −0,2632 V

Penguatan tak membalik

V₋ = V₊, dan arus melalui R₁ juga mengalir melalui Rf.

Vout = V₊·(1 + Rf/R1) = −0,2632·(1 + 4,7/1) = −1,5 V

Jawaban

Vout = −1,5 V
22.Rangkaian op-amp

Jawaban: Vout = −8,9 V

Aturan op-amp ideal: dengan umpan balik negatif, op-amp mengatur keluarannya sehingga kedua masukan berada pada tegangan yang sama (V₋ = V₊), dan tidak ada arus yang masuk ke masukan mana pun. Menulis KCL di masukan pembalik dengan dua fakta ini memberi keluarannya.

Arus masukan

V₋ = 0, jadi setiap resistor masukan menanggung seluruh tegangan masukannya.

I1 = V1/R1 = 1,6/2 = 0,8 mA
I2 = V2/R2 = 0,9/10 = 0,09 mA
If = I1 + I2 = 0,89 mA

Tegangan keluaran

Vout = −Rf·If = −10·0,89 = −8,9 V

Jawaban

Vout = −8,9 V
23.Dioda & transistor

Jawaban: IC = 0,8658 mA

Titik kerja BJT: di daerah aktif VBE = 0,7 V, IC = β·IB dan IE = (β + 1)·IB. Cari IB dari loop basis dengan KVL, lalu IC, lalu VCE dari loop kolektor–emitor. Pembagi tegangan di basis diganti dengan ekivalen Théveninnya VTH = VCC·R₂/(R₁ + R₂), RTH = R₁∥R₂; resistor emitor tampak (β + 1) kali lebih besar di loop basis.

Ekivalen Thévenin dari pembagi tegangan

VTH = 12·6,8/(33 + 6,8) = 2,05 V
RTH = 33·6,8/(33 + 6,8) = 5,638 kΩ

Arus basis

KVL di sekeliling loop basis; arus emitor adalah (β + 1)·IB.

IB = (2,05 − 0,7)/(5,638 + 121·1,5) = 7,215 µA

Arus kolektor

IC = 120·7,215 µA = 0,8658 mA
IE = 121·7,215 µA = 0,873 mA

Jawaban

IC = 0,8658 mA
24.Dioda & transistor

Jawaban: RB = 8,864 kΩ

BJT sebagai sakelar: untuk menyalakan beban sepenuhnya, transistor dikemudikan ke saturasi, dengan VCE = VCE(sat) dan arus kolektor ditentukan oleh beban: IC(sat) = (VCC − VCE(sat))/RC. Saturasi memerlukan paling sedikit IB = IC(sat)/β. Jika arus basis lebih kecil, transistor tetap aktif dan IC = β·IB.

Arus kolektor saat saturasi

IC(sat) = (9 − 0,2)/150 = 58,67 mA

Arus basis minimum

IB(min) = IC(sat)/β = 58,67/200 = 293,3 µA

Resistor basis

RB = (3,3 − 0,7)/IB = 2,6 V/0,2933 mA = 8,864 kΩ

Jawaban

RB = 8,864 kΩ

Resistor basis yang lebih kecil juga menyaturasi transistor; dalam praktik Anda memilih yang beberapa kali lebih kecil.

25.Sistem bilangan

Jawaban: N = −56

Sistem bilangan posisional: setiap digit bernilai digit itu dikali pangkat dari basis. Dalam biner, posisinya bernilai 1, 2, 4, 8, 16, …; dalam heksadesimal 1, 16, 256, …, dengan A–F mewakili 10–15. Dalam komplemen dua 8-bit, bit paling kiri bernilai −128, bukan +128; begitulah bilangan negatif disimpan.

Jumlahkan nilai posisi

Bit lainnya tetap bernilai positif seperti biasa.

−128 + 64 + 8 = −56

Jawaban

N = −56
26.Sistem bilangan

Jawaban: N = 1,049 × 10⁶

Sistem bilangan posisional: setiap digit bernilai digit itu dikali pangkat dari basis. Dalam biner, posisinya bernilai 1, 2, 4, 8, 16, …; dalam heksadesimal 1, 16, 256, …, dengan A–F mewakili 10–15. Dalam komplemen dua 8-bit, bit paling kiri bernilai −128, bukan +128; begitulah bilangan negatif disimpan.

Nilai terbesar

220 − 1 = 1048575

Jawaban

N = 1048575
27.Logika digital: gerbang, peta-K & flip-flop

Jawaban: N = 6

Multiplekser: multiplekser 2ⁿ-ke-1 meneruskan salah satu masukan datanya ke keluaran; saluran pemilih, yang dibaca sebagai bilangan biner, menentukan yang mana. Untuk MUX 4-ke-1 dengan pemilih S₁S₀ = AB, F = A′B′·I₀ + A′B·I₁ + AB′·I₂ + AB·I₃. Menghubungkan masukan data ke 0, 1, C, atau C′ membuat MUX menghasilkan fungsi apa pun dari A, B, dan C, yang merupakan cara umum membangun logika dengan satu chip.

Ekspresi keluaran

F = A′B′ + A′BC + AB′C + AB

Baris dengan F = 1

ABC = 000, 001, 011, 101, 110, 111
N = 6

Jawaban

N = 6
28.Logika digital: gerbang, peta-K & flip-flop

Jawaban: Q = 1

Flip-flop dan pencacah: flip-flop hanya berubah pada tepi clock aktif. D menyalin masukannya (Q⁺ = D); T berbalik jika T = 1; JK bertahan untuk 00, reset untuk 01, set untuk 10, dan berbalik untuk 11. Pencacah biner n bit memiliki 2ⁿ keadaan dan menghitung modulo 2ⁿ; pencacah mod-N berurutan 0, 1, …, N − 1 lalu kembali ke 0, dan memerlukan flip-flop sebanyak n terkecil dengan 2ⁿ ≥ N. Setiap tahap pencacah ripple membagi dua frekuensi, sehingga keluaran terakhir pencacah mod-N berjalan pada fclk/N. Pencacah Johnson dari n flip-flop memiliki 2n keadaan, pencacah cincin n.

Siklus penuh

Setiap 10 pulsa mengembalikan pencacah ke keadaan yang sama.

30 = 3·10 + 0

Hitungan setelah pulsa yang tersisa

Q = (1 + 0) mod 10 = 1
Q = 0001₂

Jawaban

Q = 1
29.Transformasi Laplace

Jawaban: f(0.3) = 0,8697

Transformasi Laplace: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt mengubah turunan menjadi perkalian dengan s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Pasangan baku: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), dan pergeseran s → s + σ mengalikan fungsi waktu dengan e−σt. Untuk membalik F(s) rasional, uraikan menjadi pecahan parsial: residu sebuah kutub tunggal p adalah A = [(s − p)·F(s)] pada s = p. Teorema nilai akhir: f(∞) = lims→0 s·F(s), hanya berlaku jika semua kutub s·F(s) berada di setengah bidang kiri. Teorema nilai awal: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Pecahan parsial

F(s) = A/s + B/(s + 4) + C/(s + 5)
A = 45/(4·5) = 2,25
B = 45/((−4)·1) = −11,25
C = 45/((−5)·(−1)) = 9

Transformasi balik

f(t) = 2,25 − 11,25·e−4t + 9·e−5t

Hitung nilainya

f(0,3) = 2,25 − 11,25·e−4·0,3 + 9·e−5·0,3 = 0,8697

Jawaban

f(0,3) = 0,8697
30.Transformasi Laplace

Jawaban: g(0.2) = 0,8987

Transformasi Laplace: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt mengubah turunan menjadi perkalian dengan s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Pasangan baku: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), dan pergeseran s → s + σ mengalikan fungsi waktu dengan e−σt. Untuk membalik F(s) rasional, uraikan menjadi pecahan parsial: residu sebuah kutub tunggal p adalah A = [(s − p)·F(s)] pada s = p. Teorema nilai akhir: f(∞) = lims→0 s·F(s), hanya berlaku jika semua kutub s·F(s) berada di setengah bidang kiri. Teorema nilai awal: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Fungsi alih

G(s) = Y(s)/U(s) = (2s + 6)/(s² + 7s + 12)

Pecahan parsial

s² + 7s + 12 = (s + 3)(s + 4)
A = 0, B = 2

Respons impuls

g(t) = 2·e−4t
g(0,2) = 0,8987

Jawaban

g(0,2) = 0,8987
31.Diagram blok

Jawaban: p = −143

Aljabar diagram blok: blok yang seri dikalikan (G₁·G₂), blok yang paralel dijumlahkan (G₁ + G₂), dan loop dengan lintasan maju G dan lintasan umpan balik H direduksi menjadi T = G/(1 + G·H) untuk umpan balik negatif dan G/(1 − G·H) untuk umpan balik positif. Reduksi loop dalam terlebih dahulu, lalu bekerja ke luar. Kutub loop tertutup adalah akar persamaan karakteristik 1 + G(s)H(s) = 0. Untuk loop yang stabil, masukan langkah berukuran A memberi keluaran keadaan tunak A·T(0); dengan umpan balik satuan, galat keadaan tunak terhadap langkah adalah A/(1 + Kp) dengan Kp = G(0).

Loop dalam

Gᵢ = G/(1 + G·H₁) = 7/(s + 3 + 7·2) = 7/(s + 17)

Loop luar

T(s) = K·Gᵢ/(1 + K·Gᵢ) = 126/(s + 17 + 126) = 126/(s + 143)

Hasil

p = −143

Jawaban

p = −143
32.Diagram blok

Jawaban: T(0) = 2,105

Aljabar diagram blok: blok yang seri dikalikan (G₁·G₂), blok yang paralel dijumlahkan (G₁ + G₂), dan loop dengan lintasan maju G dan lintasan umpan balik H direduksi menjadi T = G/(1 + G·H) untuk umpan balik negatif dan G/(1 − G·H) untuk umpan balik positif. Reduksi loop dalam terlebih dahulu, lalu bekerja ke luar. Kutub loop tertutup adalah akar persamaan karakteristik 1 + G(s)H(s) = 0. Untuk loop yang stabil, masukan langkah berukuran A memberi keluaran keadaan tunak A·T(0); dengan umpan balik satuan, galat keadaan tunak terhadap langkah adalah A/(1 + Kp) dengan Kp = G(0).

Loop dalam

Gᵢ = G₂/(1 + G₂H₁) = 1/(s + 1,5)

Loop luar

T(s) = G₁Gᵢ/(1 + G₁GᵢH₂) = 16/((s + 4)(s + 1,5) + 1,6)

Penguatan DC

T(0) = 16/(4·1,5 + 1,6) = 16/7,6 = 2,105

Jawaban

T(0) = 2,105
33.Respons langkah

Jawaban: σ = −2,5

Respons langkah: sistem orde satu G(s) = K/(τs + 1) menjawab masukan langkah berukuran U dengan y(t) = K·U·(1 − e−t/τ): mencapai 63,2 % dari nilai akhir K·U setelah satu konstanta waktu τ dan 98 % setelah 4τ. Sistem orde dua G(s) = K·ωₙ²/(s² + 2ζωₙs + ωₙ²) memiliki kutub s = −ζωₙ ± jωd dengan ωd = ωₙ√(1 − ζ²). Untuk 0 < ζ < 1 respons langkahnya melampaui (overshoot): persen overshoot %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), waktu puncak tp = π/ωd, dan waktu penetapan 2 % ts ≈ 4/(ζωₙ). Bandingkan penyebut dengan s² + 2ζωₙs + ωₙ² untuk membaca ωₙ dan ζ. Untuk massa–pegas–peredam ωₙ = √(k/m) dan ζ = c/(2√(km)); untuk rangkaian RLC seri ωₙ = 1/√(LC) dan ζ = (R/2)·√(C/L).

Bandingkan dengan bentuk baku

Penyebut harus cocok dengan s² + 2ζωₙs + ωₙ².

ωₙ² = 69 → ωₙ = 8,307 rad/s
2ζωₙ = 5 → ζ = 5/(2·8,307) = 0,301

Hasil

σ = −ζωₙ = −5/2 = −2,5

Jawaban

σ = −2,5
34.Respons langkah

Jawaban: ts = 2 s

Respons langkah: sistem orde satu G(s) = K/(τs + 1) menjawab masukan langkah berukuran U dengan y(t) = K·U·(1 − e−t/τ): mencapai 63,2 % dari nilai akhir K·U setelah satu konstanta waktu τ dan 98 % setelah 4τ. Sistem orde dua G(s) = K·ωₙ²/(s² + 2ζωₙs + ωₙ²) memiliki kutub s = −ζωₙ ± jωd dengan ωd = ωₙ√(1 − ζ²). Untuk 0 < ζ < 1 respons langkahnya melampaui (overshoot): persen overshoot %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), waktu puncak tp = π/ωd, dan waktu penetapan 2 % ts ≈ 4/(ζωₙ). Bandingkan penyebut dengan s² + 2ζωₙs + ωₙ² untuk membaca ωₙ dan ζ. Untuk massa–pegas–peredam ωₙ = √(k/m) dan ζ = c/(2√(km)); untuk rangkaian RLC seri ωₙ = 1/√(LC) dan ζ = (R/2)·√(C/L).

Fungsi alih loop tertutup

T(s) = 95/(s² + 4s + 95): ωₙ = 9,747 rad/s, ζ = 0,2052

Waktu penetapan

ζωₙ = 4/2 = 2
ts ≈ 4/(ζωₙ) = 2 s

Jawaban

ts = 2 s

Untuk loop ini ζωₙ = a/2 berapa pun K: menaikkan K menambah overshoot tetapi tidak memperpendek waktu penetapan.

35.Plot Bode dan margin

Jawaban: Q = 16,31

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 ωc = 1/(RC) atau R/L, dan fc = ωc/(2π); filter lolos rendah memberi |H| = 1/√(1 + (ω/ωc)²) dan φ = −atan(ω/ωc). 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 ωc: |L(jω)| = 1 (0 dB); margin fasa PM = 180° + ∠L(jωc). Persilangan fasa ω180: ∠L(jω) = −180°; margin penguatan GM = −20·log₁₀|L(jω180)| dB. Lingkar tertutup stabil bila kedua margin positif.

Frekuensi resonansi

ω₀ = 1/√(LC) = 1/√(0,05·4,7 × 10⁻⁷) = 6523 rad/s
f₀ = ω₀/(2π) = 1038 Hz

Faktor kualitas

BW = R/L = 20/0,05 = 400 rad/s = 63,66 Hz
Q = ω₀/BW = 6523/400 = 16,31

Jawaban

Q = 16,31
36.Plot Bode dan margin

Jawaban: ω180 = 6,325 rad/s

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 ωc = 1/(RC) atau R/L, dan fc = ωc/(2π); filter lolos rendah memberi |H| = 1/√(1 + (ω/ωc)²) dan φ = −atan(ω/ωc). 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 ωc: |L(jω)| = 1 (0 dB); margin fasa PM = 180° + ∠L(jωc). Persilangan fasa ω180: ∠L(jω) = −180°; margin penguatan GM = −20·log₁₀|L(jω180)| dB. Lingkar tertutup stabil bila kedua margin positif.

Persilangan fasa

(ω/4)·(ω/10) = 1 → ω180 = √(4·10) = 6,325 rad/s

Jawaban

ω180 = 6,325 rad/s
37.Kestabilan: Routh–Hurwitz & tempat kedudukan akar

Jawaban: Kmax = 21

Kriteria Routh–Hurwitz: sistem linear stabil bila setiap akar polinomial karakteristiknya terletak di setengah bidang kiri pada bidang-s. Tulis koefisien secara bergantian ke dua baris pertama tabel Routh. Setiap entri baris baru berasal dari dua baris di atasnya; untuk polinomial kubik a₃s³ + a₂s² + a₁s + a₀ entri s¹ adalah b₁ = (a₂·a₁ − a₃·a₀)/a₂. Jumlah perubahan tanda pada kolom pertama sama dengan jumlah akar di setengah bidang kanan. Dengan penguatan K pada koefisien, setiap entri kolom pertama harus tetap positif: penguatan yang membuat entri s¹ sama dengan nol adalah batas kestabilan, dan baris s² kemudian memberikan frekuensi osilasi yang terus-menerus.

Polinomial karakteristik

s(s + 3)(s + 4) + K(s + 11) = s³ + 7s² + (12 + K)s + 11K

Larik Routh

s³: 1, 12 + K
s²: 7, 11K
s¹: (7·(12 + K) − 11K)/7
s⁰: 11K

Syarat

84 − 4K > 0
K < 84/4 = 21

Jawaban

Kmax = 21

Bila nol berada di sebelah kanan s = −7, loop akan tetap stabil untuk setiap K > 0.

38.Kestabilan: Routh–Hurwitz & tempat kedudukan akar

Jawaban: σa = −3,5

Tempat kedudukan akar: saat penguatan K bergerak dari 0 ke ∞, kutub loop tertutup, yaitu akar 1 + K·G(s) = 0, bergerak dari kutub loop terbuka menuju nol loop terbuka atau menuju tak hingga. Suatu titik pada sumbu real termasuk dalam tempat kedudukan bila jumlah kutub dan nol real di sebelah kanannya ganjil. n − m cabang yang menuju tak hingga mengikuti asimtot pada sudut (2q + 1)·180°/(n − m), yang berawal dari titik berat σₐ = (Σ kutub − Σ nol)/(n − m). Cabang meninggalkan atau bergabung dengan sumbu real di tempat dK/ds = 0. Syarat sudut ∠G(s) = 180° menentukan bentuknya, dan syarat besar K = 1/|G(s)| memberikan penguatan di titik mana pun pada tempat kedudukan.

Kutub dan nol

kutub: 0, −5, −8, −1
n − m = 4 − 0 = 4

Titik berat

σa = (−14)/4 = −3,5

Jawaban

σa = −3,5

4 asimtot berangkat dari titik berat pada sudut 45°, 135°, 225°, 315°.

39.Galat keadaan tunak & kendali PID

Jawaban: ess = 1

Galat keadaan tunak: dalam loop umpan balik satuan dengan fungsi alih loop terbuka G(s), galatnya adalah E(s) = R(s)/(1 + G(s)), dan menurut teorema nilai akhir ess = lims→0 s·E(s). Tipe sistem adalah jumlah kutub G(s) di s = 0. Konstanta galat adalah Kp = lim G(s), Kv = lim s·G(s) dan Ka = lim s²·G(s), semuanya untuk s → 0. Masukan undak berukuran A memberikan ess = A/(1 + Kp), ramp A·t memberikan A/Kv dan parabola A·t²/2 memberikan A/Ka. Loop tipe 0 mengikuti undak dengan galat terhingga, loop tipe 1 mengikutinya dengan tepat dan mengikuti ramp dengan galat terhingga.

Konstanta kecepatan

Kv = lim s·G(s) = 0,5

Galat ramp

ess = 0,5/0,5 = 1

Jawaban

ess = 1
40.Galat keadaan tunak & kendali PID

Jawaban: Kd = 1,7 s

Kendali P, PI, dan PID: pengendali C(s) = Kp + Ki/s + Kd·s bekerja pada galat. Penguatan proporsional membuat loop lebih cepat dan mengurangi galat plant tipe 0, tetapi tidak pernah menghilangkannya. Suku integral menambahkan kutub di s = 0: tipe sistem naik satu, dan undak diikuti tanpa galat. Suku turunan menambah redaman. Untuk memilih penguatan, tulis polinomial karakteristik loop tertutup dan bandingkan dengan s² + 2ζωns + ωn². Maka %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), tp = π/ωd dengan ωd = ωn√(1 − ζ²), dan ts ≈ 4/(ζωn).

Polinomial karakteristik

s(s + 3) + 10(20 + Kds) = s² + (3 + 10Kd)s + 200

Frekuensi alami

ωₙ = √200 = 14,14 rad/s

Penguatan turunan

3 + 10Kd = 2·0,707·14,14 = 20
Kd = 1,7 s

Jawaban

Kd = 1,7 s

Suku turunan menambah redaman tanpa mengubah ωₙ.

Ini adalah materi latihan independen. ExamProblems tidak berafiliasi dengan atau didukung oleh organisasi penyelenggara ujian ini, dan nama ujian hanya digunakan untuk menggambarkan isinya. FE exam diselenggarakan oleh NCEES, yang tidak berafiliasi dengan ExamProblems dan tidak mendukungnya.

ExamProblems · examproblems.com/courses/fe-exam-electrical