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​ = 20 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​9 VR2​15 ΩAR4​20 ΩB

Cari resistansi ekuivalen Req yang dilihat sumber V1.

V1 = 9 VR1 = 20 ΩR2 = 15 ΩR3 = 12 ΩR4 = 20 Ω
Req = Ω
2.Resistor seri & paralelSulit
R1​ = 25 ΩR3​ = 2 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​12 VR2​3 ΩIR2​AR4​10 ΩBR6​25 Ω

Cari arus IR2 melalui R2.

V1 = 12 VR1 = 25 ΩR2 = 3 ΩR3 = 2 ΩR4 = 10 ΩR5 = 4 ΩR6 = 25 Ω
IR2 = A
3.Analisis simpulSedang
R1​ = 15 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​30 VR2​5 ΩAR4​10 ΩBIs​1 A

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

V1 = 30 VIs = 1 AR1 = 15 ΩR2 = 5 ΩR3 = 15 ΩR4 = 10 Ω
VA = V
4.Analisis simpulSulit
R1​ = 15 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​18 VR2​4 ΩAR4​4 ΩIR4​B0,25·VA​

Belah ketupat adalah sumber arus yang dikendalikan tegangan, yang mendorong arus sebesar 0,25·VA (dalam A, dengan VA dalam V) ke atas masuk ke simpul B. Gunakan analisis simpul untuk mencari arus IR4 melalui R4 searah panah.

V1 = 18 VR1 = 15 ΩR2 = 4 ΩR3 = 8 ΩR4 = 4 Ωg = 0,25 A/V
IR4 = A
5.Analisis meshSedang
R1​ = 3 ΩR2​ = 8 Ω+−V1​9 VR3​5 ΩA+−V2​18 VI1​I2​

Gunakan analisis mesh untuk mencari arus mesh I2 (searah jarum jam).

V1 = 9 VV2 = 18 VR1 = 3 ΩR2 = 8 ΩR3 = 5 Ω
I2 = A
6.Analisis meshSulit
R1​ = 8 ΩR2​ = 8 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​10 VR4​25 ΩAR5​2 ΩB+−V2​12 VI1​I2​I3​

Gunakan analisis mesh untuk mencari arus mesh I2 (searah jarum jam).

V1 = 10 VV2 = 12 VR1 = 8 ΩR2 = 8 ΩR3 = 8 ΩR4 = 25 ΩR5 = 2 Ω
I2 = A
7.SuperposisiSedang
R1​ = 4 ΩR3​ = 2 ΩIR3​+−V1​9 VR2​12 ΩAR4​12 ΩBIs​?

Cari nilai sumber arus Is (arah seperti pada gambar) yang membuat arus IR3 melalui R3 sama dengan nol.

V1 = 9 VR1 = 4 ΩR2 = 12 ΩR3 = 2 ΩR4 = 12 Ω
Is = A
8.SuperposisiSulit
R1​ = 30 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 6 Ω+−V1​24 VR3​3 ΩIR3​AIs​6 AB+−V2​?

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

V1 = 24 VIs = 6 AR1 = 30 ΩR2 = 4 ΩR3 = 3 ΩR4 = 6 Ω
V2 = V
9.Thévenin & NortonSedang
R1​ = 12 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​24 VR2​2 ΩAab

Cari resistansi Thévenin Rth dilihat dari terminal a–b.

V1 = 24 VR1 = 12 ΩR2 = 2 ΩR3 = 8 Ω
Rth = Ω
10.Thévenin & NortonSulit
R1​ = 2 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​36 VR2​25 ΩAIs​2,5 ABRL​12 ΩIL​

Beban RL = 12 Ω dipasang di a–b. Gunakan ekuivalen Thévenin untuk mencari daya PL yang diserap beban.

V1 = 36 VIs = 2,5 AR1 = 2 ΩR2 = 25 ΩR3 = 2 ΩRL = 12 Ω
PL = W
11.Transien RC & RLSedang
+−Vs​10 Vt = 0R1​ = 6,8 kΩR2​ = 10 kΩC22 µF+−vC​

Sumber Vₛ mengisi kapasitor melalui R₁, dan R₂ terhubung paralel dengan C. Kapasitor belum bermuatan saat sakelar ditutup pada t = 0. Cari konstanta waktu τ rangkaian setelah sakelar menutup.

Vs = 10 VR1 = 6,8 kΩR2 = 10 kΩC = 22 µF
τ = ms
12.Transien RC & RLSulit
+−Vs​20 VR1​ = 47 ΩR2​ = 33 Ωmenutup pada t = 0L150 mHi(t)

Sakelar yang paralel dengan R2 telah terbuka sejak lama, jadi arus induktor tunak. Pada t = 0 sakelar menutup dan menghubung singkat R2. Cari arus induktor i pada t = 5 ms.

Vs = 20 VR1 = 47 ΩR2 = 33 ΩL = 150 mHt = 5 ms
i = A
13.Impedansi AC & fasorSedang
100 V500 HzR = 60 ΩC = 2,2 µFI

Sebuah resistor dan sebuah kapasitor dihubungkan paralel ke sumber 100 V (rms), 500 Hz. Cari sudut fase φ impedansi, dalam derajat (positif bila arus tertinggal dari tegangan).

V = 100 V (rms)f = 500 HzR = 60 ΩC = 2,2 µF
φ = °
14.Impedansi AC & fasorSulit
10 V200 HzR = 25 ΩL = 50 mHC = 22 µF+−VC​

Rangkaian RLC seri dihubungkan ke sumber 10 V (rms), 200 Hz. Cari tegangan rms VC pada kapasitor.

V = 10 V (rms)f = 200 HzR = 25 ΩL = 50 mHC = 22 µF
VC = V
15.Daya AC & faktor dayaSedang
230 VR + jXP = 2852 W15,5 A

Sebuah beban induktif mengambil 15,5 A dan 2852 W dari sumber satu fase 230 V (rms). Modelkan sebagai resistansi R yang seri dengan reaktansi X. Cari X.

V = 230 VI = 15,5 AP = 2852 W
X = Ω
16.Daya AC & faktor dayaSulit
240 V60 Hzbeban12 kW, 0,8C100 µFI

Sebuah beban satu fase mengambil 12 kW pada faktor daya 0,8 tertinggal dari sumber 240 V, 60 Hz. Kapasitor 100 µF dihubungkan paralel dengan beban. Cari faktor daya baru cos φ yang dilihat sumber.

P = 12 kWpf1 = 0,8V = 240 Vf = 60 HzC = 100 µF
cos φ =
17.Daya tiga fasaSedang
ABCVL​ = 208 VIL​ = 15 Acos φ = 0,8tertinggal

Beban tiga fasa seimbang menarik arus saluran 15 A dari sumber dengan tegangan antarsaluran 208 V. Faktor dayanya 0,8 tertinggal. Cari daya nyata total P yang diserap beban dalam kW.

VL = 208 VIL = 15 Acos φ = 0,8
P = kW
18.Daya tiga fasaSulit
P = 100 kWφ1​S1​Q2​QC​

Beban tiga fasa seimbang menyerap 100 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 0,9 tertinggal. Daya nyatanya tetap sama. Kapasitor dihubungkan secara Δ. Cari kapasitansi Cph setiap kapasitor dalam µF.

P = 100 kWpf1 = 0,7pf2 = 0,9VL = 480 Vf = 60 Hz
Cph = µF
19.TransformatorSedang
50 ΩN1​N2​7200 Ω

Sebuah penguat dengan hambatan keluaran 7200 Ω menggerakkan pengeras suara 50 Ω melalui transformator ideal. Untuk transfer daya maksimum, pengeras suara harus terlihat sebagai 7200 Ω dari penguat. Cari rasio lilitan a = N₁/N₂.

Rs = 7200 ΩRL = 50 Ω
a =
20.TransformatorSulit
75 kVA

Sebuah transformator satu fasa 75 kVA memiliki rugi inti 300 W dan rugi tembaga 600 W pada beban pengenal. Pada beban Sη,max berapa, dalam kVA, efisiensinya paling tinggi?

S = 75 kVAPcore = 300 WPcu,fl = 600 W
Sη,max = kVA
21.Rangkaian op-ampSedang
−+Vout​Rf​ = 47 kΩR1​ = 22 kΩVin​ = −0,5 V

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

Vin = −0,5 VR1 = 22 kΩRf = 47 kΩ
Vout = V
22.Rangkaian op-ampSulit
−+Vout​R2​ = 22 kΩV1​ = 0,3 VR1​ = 22 kΩV2​ = 1,3 VR3​ = 2 kΩR4​ = 22 kΩ

Op-amp ideal dan dicatu ±15 V. Rasio resistornya tidak sepadan. Cari tegangan keluaran Vout.

V1 = 0,3 VV2 = 1,3 VR1 = 22 kΩR2 = 22 kΩR3 = 2 kΩR4 = 22 kΩ
Vout = V
23.Dioda & transistorSedang
RC​ = 1,5 kΩβ = 100IC​ = ?VCC​ = 12 VRB​ = 680 kΩ

Sebuah transistor NPN dengan β = 100 dibias oleh resistor basis RB = 680 kΩ dari sumber VCC = 12 V. Resistor kolektornya RC = 1,5 kΩ dan emitornya dihubungkan ke ground. Ambil VBE = 0,7 V dan asumsikan transistor berada di daerah aktif. Cari arus kolektor IC dalam mA.

VCC = 12 VRB = 680 kΩRC = 1,5 kΩβ = 100VBE = 0,7 V
IC = mA
24.Dioda & transistorSulit
RC​ = 680 Ωβ = 80VCC​ = 24 V3,3 VRB​ = ?

Sebuah transistor NPN dengan β = 80 mengalihkan resistor beban 680 Ω yang terhubung antara VCC = 24 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. Agar pengalihan andal, rancang arus basis 3 kali arus minimum yang diperlukan untuk saturasi. Cari RB dalam kΩ.

VCC = 24 VRC = 680 Ωβ = 80Vin = 3,3 VVBE = 0,7 VVCE(sat) = 0,2 Voverdrive = 3
RB = kΩ
25.Sistem bilanganSedang
Komplemen dua 8-bit0−12806403201608040201

Atur bit sehingga menyimpan −31 dalam komplemen dua 8-bit. Dibaca sebagai bilangan tak bertanda, berapa nilai pola U?

N = −318 bit
U =
26.Sistem bilanganSulit
3882 kode, b = ? bit?2ᵇ⁻¹…?4?2?1

Sebuah sistem harus memberi setiap 3882 item kode biner sendiri dengan panjang yang sama. Berapa jumlah bit b paling sedikit yang dibutuhkan?

3882
b = bit
27.Logika digital: gerbang, peta-K & flip-flopSedang
ABCD00011110000111101111111

Pada peta Karnaugh ini tepat satu angka 1 tidak memiliki angka 1 tetangga, sehingga tetap menjadi kelompok satu sel (minterm penuh berisi empat literal) dalam bentuk SOP minimal. Tetangga melewati tepi peta ikut dihitung. Klik sel itu.

F = Σm(0, 4, 7, 9, 11, 12, 14)
  1. 1AB = 00, CD = 00
  2. 2AB = 00, CD = 01
  3. 3AB = 00, CD = 11
  4. 4AB = 00, CD = 10
  5. 5AB = 01, CD = 00
  6. 6AB = 01, CD = 01
  7. 7AB = 01, CD = 11
  8. 8AB = 01, CD = 10
  9. 9AB = 11, CD = 00
  10. 10AB = 11, CD = 01
  11. 11AB = 11, CD = 11
  12. 12AB = 11, CD = 10
  13. 13AB = 10, CD = 00
  14. 14AB = 10, CD = 01
  15. 15AB = 10, CD = 11
  16. 16AB = 10, CD = 10
28.Logika digital: gerbang, peta-K & flip-flopSulit
DQ3​Q3​DQ2​Q2​DQ1​Q1​DQ0​Q0​CLKJOHNSON

Pencacah Johnson 4 bit Q₃Q₂Q₁Q₀ dimulai dari 0000. Pada setiap tepi clock bit bergeser satu tempat ke kanan (Q₃ → Q₂ → Q₁ → Q₀) dan Q₃ menerima kebalikan dari Q₀. Berikan keadaan Q = Q₃Q₂Q₁Q₀ sebagai bilangan desimal setelah 5 tepi clock.

Q₃Q₂Q₁Q₀ = 00005
Q =
29.Transformasi LaplaceSedang
ReIm−22

Tentukan f(t) untuk F(s) = 36/(s² + 4s + 13) dengan melengkapkan kuadrat, lalu hitung f(0,25).

F(s) = 36/(s² + 4s + 13)t = 0,25 s
f(0.25) =
30.Transformasi LaplaceSulit
ReIm−1−2−3−4−5−6−7−81

Sebuah sistem dinyatakan oleh persamaan diferensial y″ + 9y′ + 20y = 2u′ + 15u, 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″ + 9y′ + 20y = 2u′ + 15ut = 0,2 s
g(0.2) =
31.Diagram blokSedang
R(s)+Ks(s + 2)G(s)C(s)−

Plant G(s) = K/(s(s + 2)) berada dalam loop umpan balik negatif satuan. Tentukan penguatan K agar loop tertutup teredam kritis (dua kutub riil yang sama).

G(s) = K/(s(s + 2))umpan balik negatif satuan
K =
32.Diagram blokSulit
R(s)+64s(s + 9)G(s)C(s)2H−

Plant G(s) = 64/(s(s + 9)) berada dalam loop umpan balik negatif dengan penguatan sensor H = 2. Kutub loop tertutupnya kompleks. Tentukan bagian imajinernya ωd (nilai positif), dalam rad/s.

G(s) = 64/(s(s + 9))H = 2
ωd = rad/s
33.Respons langkahSedang
t (s)y(t)1

Sebuah sistem memiliki fungsi alih G(s) = 5/(s² + 3s + 5) dan menerima masukan langkah satuan. Tentukan frekuensi alami ωn dalam rad/s.

G(s) = 5/(s² + 3s + 5)
ωn = rad/s
34.Respons langkahSulit
+−12 VR = 200 ΩL = 500 mHC = 2 µFvC​

Rangkaian RLC seri dengan R = 200 Ω, L = 500 mH, dan C = 2 µF dihubungkan ke langkah 12 V pada t = 0. Kapasitor belum bermuatan dan tidak ada arus yang mengalir sebelum langkah. Tentukan waktu tp puncak tegangan pertama, dalam ms.

R = 200 ΩL = 500 mHC = 2 µFV = 12 V
tp = ms
35.Plot Bode dan marginSedang
vin​L = 47 mHR = 1000 Ωvout​

Filter lolos rendah RL yang ditunjukkan memiliki R = 1000 Ω, L = 47 mH. Masukan sinusoidal 34 kHz diberikan. Cari pergeseran fasa φ dari vout relatif terhadap vin, dalam derajat.

R = 1000 ΩL = 47 mHf = 34 kHz
φ = °
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) = K/(s(s + 4)(s + 7)). Cari penguatan K yang memberi margin penguatan 8 dB.

L(s) = K/(s(s + 4)(s + 7))GM = 8 dB
K =
37.Kestabilan: Routh–Hurwitz & tempat kedudukan akarSedang
R(s)+K1s(s + 5)(s + 8)C(s)−

Loop pada diagram memiliki fungsi alih loop terbuka L(s) = K/(s(s + 5)(s + 8)). Cari penguatan terbesar Kmax agar loop tertutup stabil.

L(s) = K/(s(s + 5)(s + 8))
Kmax =
38.Kestabilan: Routh–Hurwitz & tempat kedudukan akarSulit
ReIm−0,5−1−1,5−2−2,5−3−3,5−40,5j0,5j1

Tempat kedudukan akar dari L(s) = K/(s(s + 1)(s + 3)) meninggalkan sumbu real di antara s = 0 dan s = −1. Cari titik pencar sb.

L(s) = K/(s(s + 1)(s + 3))
sb =
39.Galat keadaan tunak & kendali PIDSedang
r(t) = 1t+10(s + 2)s(s + 5)(s + 10)C(s)−

Ramp r(t) = 1t diberikan ke loop umpan balik satuan dengan G(s) = 10(s + 2)/(s(s + 5)(s + 10)). Cari galat keadaan tunak ess.

G(s) = 10(s + 2)/(s(s + 5)(s + 10))r(t) = 1t
ess =
40.Galat keadaan tunak & kendali PIDSulit
R(s)+K = 85s(s + 8)C(s)−

Pengendali proporsional K = 8 mengendalikan plant G(s) = 5/(s(s + 8)) dalam loop umpan balik satuan. Tentukan waktu penetapan 2 % ts dari respons langkah, dengan ts ≈ 4/(ζωₙ).

G(s) = 5/(s(s + 8))K = 8
ts = s

3Larutan

1.Resistor seri & paralel

Jawaban: Req = 30,21 Ω

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​ = 20 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​9 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 = 12 + 20 = 32 Ω
R2 ∥ 32 = 15·32/(15+32) = 10,21 Ω
Req = R1 + 10,21 = 20 + 10,21 = 30,21 Ω

Jawaban

Req = 30,21 Ω
2.Resistor seri & paralel

Jawaban: IR2 = 0,3338 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​ = 25 ΩR3​ = 2 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​12 VR2​3 ΩAR4​10 ΩBR6​25 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 + 25 = 29 Ω
R4 ∥ 29 = 7,436 Ω
R3 + 7,436 = 9,436 Ω
R2 ∥ 9,436 = 2,276 Ω
Req = R1 + 2,276 = 25 + 2,276 = 27,28 Ω

Arus dari sumber

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

IR1 = V1/Req = 12/27,28 = 0,4399 A

Arus melalui R₂

Kurangi jatuh tegangan pada R₁ untuk mendapat tegangan di simpul A, yaitu tegangan pada R₂.

VA = V1 − IR1·R1 = 12 − 0,4399·25 = 1,001 V
IR2 = VA/R2 = 1,001/3 = 0,3338 A

Jawaban

IR2 = 0,3338 A
3.Analisis simpul

Jawaban: VA = 7,826 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​ = 15 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​30 VR2​5 ΩAR4​10 ΩBIs​1 A

Tentukan simpul

Ground adalah kawat bawah. Tegangan simpul yang diketahui langsung berasal dari sumber (V1 = 30 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/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/5 + (VA − 30)/15 + (VA − VB)/15 = 0
0,3333·VA − 0,06667·VB = 2

KCL di simpul B

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

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/10 + (VB − VA)/15 = 1
−0,06667·VA + 0,1667·VB = 1

Selesaikan

Δ = (0,3333)(0,1667) − (−0,06667)(−0,06667) = 0,05111
VA = Δ1/Δ = 0,4/0,05111 = 7,826 V
VB = Δ2/Δ = 0,4667/0,05111 = 9,13 V

Jawaban

VA = 7,826 V
4.Analisis simpul

Jawaban: IR4 = 0,9474 A

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.

KCL di simpul A

Arus yang keluar dari A melalui resistor sama dengan arus yang didorong masuk ke A oleh sumber.

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
0,4417·VA − 0,125·VB = 1,2

KCL di simpul B

Sumber tak bebas mendorong g·VA masuk ke simpul B. Perlakukan seperti sumber bebas, lalu pindahkan suku VA ke ruas kiri.

(VB − VA)/R3 + VB/R4 = 0,25·VA
−0,375·VA + 0,375·VB = 0

Selesaikan

Δ = (0,4417)(0,375) − (−0,125)(−0,375) = 0,1187
VA = Δ1/Δ = 0,45/0,1187 = 3,789 V
VB = Δ2/Δ = 0,45/0,1187 = 3,789 V

Arus melalui R₄

IR4 = VB/R4 = 3,789/4 = 0,9474 A

Jawaban

IR4 = 0,9474 A
5.Analisis mesh

Jawaban: I2 = −1,253 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​ = 3 ΩR2​ = 8 Ω+−V1​9 VR3​5 ΩA+−V2​18 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
3·I1 + 5(I1 − I2) = 9
8·I1 − 5·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
8·I2 + 5(I2 − I1) = (−18)
−5·I1 + 13·I2 = −18

Selesaikan

Δ = (8)(13) − (−5)(−5) = 79
I1 = Δ1/Δ = 27/79 = 0,3418 A
I2 = Δ2/Δ = −99/79 = −1,253 A

Jawaban

I2 = −1,253 A

Arus mesh negatif mengalir berlawanan arah jarum jam.

6.Analisis mesh

Jawaban: I2 = 0,3305 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​ = 8 ΩR2​ = 8 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​10 VR4​25 ΩAR5​2 ΩB+−V2​12 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
8·I1 + 25(I1 − I2) = 10
33·I1 − 25·I2 = 10

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
8·I2 + 25(I2 − I1) + 2(I2 − I3) = 0
−25·I1 + 35·I2 − 2·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 + 2(I3 − I2) = (−12)
−2·I2 + 10·I3 = −12

Selesaikan

Δ = determinan matriks koefisien = 5168
I1 = Δ1/Δ = 2860/5168 = 0,5534 A
I2 = Δ2/Δ = 1708/5168 = 0,3305 A
I3 = Δ3/Δ = −5860/5168 = −1,134 A

Jawaban

I2 = 0,3305 A

Arus mesh negatif mengalir berlawanan arah jarum jam.

7.Superposisi

Jawaban: Is = 0,5625 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​ = 4 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​9 VR2​12 ΩAR4​12 ΩBTERBUKA

Kasus 1 · V1 bekerja sendiri

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

R3+R4 = 2+12 = 14 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 12·14/(12+14) = 6,462 Ω
VA = 9·6,462/(4+6,462) = 5,559 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 5,559·12/14 = 4,765 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (5,559 − 4,765)/2 = 0,3971 A

Kasus 2 · Is bekerja sendiri

V₁ menjadi hubung singkat, jadi R₁ ∥ R₂ terhubung dari A ke ground. Iₛ terbagi di B antara R₄ dan jalur R₃ + R₁∥R₂; bagian yang melalui R₃ mengalir dari B ke A, berlawanan dengan panah.

R1 ∥ R2 = 3 Ω
IR3″ = −Is·R4/(R4 + R3 + R1∥R2) = −Is·12/17 = −0,7059·Is

Samakan total dengan nol

IR3′ + IR3″ = 0,3971 − 0,7059·Is = 0
Is = 0,3971/0,7059 = 0,5625 A

Jawaban

Is = 0,5625 A
8.Superposisi

Jawaban: V2 = 28 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​ = 30 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 6 Ω+−V1​24 VR3​3 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) = 3 ∥ 10 = 2,308 Ω
VA = 24·2,308/(30+2,308) = 1,714 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 1,714·6/10 = 1,029 V
R1​ = 30 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 6 ΩHUBUNG SINGKATR3​3 ΩAIs​6 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 = 2,727 Ω, jadi jalur kiri adalah R2+2,727 = 6,727 Ω
Req = R4 ∥ 6,727 = 3,171 Ω
VB = −Is·Req = −6·3,171 = −19,03 V
VA = VB·2,727/6,727 = −7,714 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 = 2,727 Ω
VA‴ = V2·2,727/(6 + 4 + 2,727) = 0,2143·V2

Samakan VA dengan nol

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

VA′ + VA″ + VA‴ = 1,714 + (−7,714) + 0,2143·V2 = 0
V2 = 6/0,2143 = 28 V

Jawaban

V2 = 28 V
9.Thévenin & Norton

Jawaban: Rth = 9,714 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​ = 8 ΩHUBUNG SINGKATR2​2 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 = 12·2/(12+2) = 1,714 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,714 + 8 = 9,714 Ω
10.Thévenin & Norton

Jawaban: PL = 88,15 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​ = 2 ΩR3​ = 2 ΩHUBUNG SINGKATR2​25 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 = 2·25/(2+25) = 1,852 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,852 + 2 = 3,852 Ω
R1​ = 2 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​36 VR2​25 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) = 33,33 + 2,5·1,852 = 37,96 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 37,96 + 2,5·2 = 42,96 V
Rth​ = 3,852 Ω+−Vth​42,96 VRL​12 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) = 42,96/(3,852 + 12) = 2,71 A
PL = IL²·RL = 2,71²·12 = 88,15 W
11.Transien RC & RL

Jawaban: τ = 89,05 ms

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.

Ekuivalen Thévenin yang dilihat kapasitor

Hubung singkatkan sumber untuk mencari Rth; buka kapasitor untuk mencari tegangan akhirnya.

Rth = R1 ∥ R2 = 6,8·10/(6,8 + 10) = 4,048 kΩ
vC(∞) = 10·10/(6,8 + 10) = 5,952 V

Konstanta waktu

τ = Rth·C = 4,048·22 = 89,05 ms

Jawaban

τ = 89,05 ms
12.Transien RC & RL

Jawaban: i = 0,3889 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.

Nilai awal, nilai akhir, konstanta waktu

Sebelum t = 0 kedua resistor berada dalam loop; sesudahnya sakelar yang tertutup memintas R₂.

i(0) = 20/(47 + 33) = 0,25 A
i(∞) = 20/47 = 0,4255 A
τ = L/R = 150/47 = 3,191 ms
i(t) = 0,4255 + (0,25 − 0,4255)·e−t/τ

Arus pada waktu tertentu

i(5) = 0,4255 + (−0,1755)·e−5/3,191 = 0,3889 A

Jawaban

i = 0,3889 A
13.Impedansi AC & fasor

Jawaban: φ = −22,52 °

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

XC = 1/(ωC) = 1/(2π·500·2,2·10⁻⁶) = 144,7 Ω

Arus cabang

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

IR = V/R = 100/60 = 1,667 A
IX = V/XC = 100/144,7 = 0,6912 A

Arus total

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

I = √(IR² + IX²) = √(1,667² + 0,6912²) = 1,804 A

Sudut fase

Arus kapasitor mendahului V, jadi arus total mendahului dan sudutnya negatif.

φ = −arctan(IX/IR) = −arctan(0,6912/1,667) = −22,52°

Jawaban

φ = −22,52°
14.Impedansi AC & fasor

Jawaban: VC = 9,897 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|.

Reaktansi

ω = 2πf = 2π·200 = 1257 rad/s
XL = ωL = 1257·0,05 = 62,83 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(1257·22·10⁻⁶) = 36,17 Ω

Impedansi

Dalam seri, impedansi dijumlahkan sebagai bilangan kompleks: Z = R + j(XL − XC).

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(25² + (26,66)²) = 36,55 Ω

Arus

Arus yang sama mengalir melalui setiap elemen rangkaian seri.

I = V/|Z| = 10/36,55 = 0,2736 A

Tegangan pada kapasitor

VC = I·XC = 0,2736·36,17 = 9,897 V

Jawaban

VC = 9,897 V
15.Daya AC & faktor daya

Jawaban: X = 8,903 Ω

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.

Resistansi dari daya nyata

R = P/I² = 2852/15,5² = 11,87 Ω

Reaktansi dari impedansi

|Z| = V/I = 230/15,5 = 14,84 Ω
X = √(|Z|² − R²) = √(14,84² − 11,87²) = 8,903 Ω

Jawaban

X = 8,903 Ω
16.Daya AC & faktor daya

Jawaban: cos φ = 0,8691

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 = 12·tan(arccos 0,8) = 9 kvar
QC = V²·2πf·C = 240²·2π·60·100·10⁻⁶ = 2171 var = 2,171 kvar
Q2 = 9 − 2,171 = 6,829 kvar

Daya semu baru

S2 = √(12² + 6,829²) = 13,81 kVA

Faktor daya baru

cos φ = P/S2 = 12/13,81 = 0,8691

Jawaban

cos φ = 0,8691
17.Daya tiga fasa

Jawaban: P = 4,323 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.

Daya semu

S = √3·VL·IL = √3·208·15 = 5,404 kVA

Daya nyata

P = S·cos φ = 5,404·0,8 = 4,323 kW

Jawaban

P = 4,323 kW
18.Daya tiga fasa

Jawaban: Cph = 205,7 µF

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 = 100·tan(acos 0,7) = 100·1,02 = 102 kvar
Q2 = 100·tan(acos 0,9) = 100·0,4843 = 48,43 kvar

Daya reaktif dari kapasitor

QC = Q1 − Q2 = 53,59 kvar

Kapasitansi per fasa

Pada bank Δ, setiap kapasitor terhubung di antara dua saluran.

V = 480 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 17863/(377·480²) = 205,7 µF

Jawaban

Cph = 205,7 µF
19.Transformator

Jawaban: a = 12

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.

Sesuaikan beban yang dirujuk

a²·50 = 7200
a = √(7200/50) = √144 = 12

Jawaban

a = 12
20.Transformator

Jawaban: Sη,max = 53,03 kVA

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 sama dengan rugi inti

x²·600 = 300 → x = √(300/600) = 0,7071

Beban pada efisiensi maksimum

Sη,max = x·S = 0,7071·75 = 53,03 kVA

Jawaban

Sη,max = 53,03 kVA
21.Rangkaian op-amp

Jawaban: Vout = −1,568 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.

Masukan pembalik mengikuti masukan

V₋ = V₊ = −0,5 V
I = V₋/R1 = −0,5/22 = −0,02273 mA

Tegangan keluaran

Arus melalui R₁ juga mengalir melalui Rf.

Vout = V₋ + I·Rf = −0,5 + (−0,02273)·47 = −1,568 V

Jawaban

Vout = −1,568 V
22.Rangkaian op-amp

Jawaban: Vout = 2,083 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₊ = V2·R4/(R3 + R4) = 1,3·22/(2 + 22) = 1,192 V

Superposisikan kedua masukan

Dengan V₂ = 0, V₁ melihat penguat membalik. Dengan V₁ = 0, V₊ diperkuat dengan penguatan tak membalik 1 + R₂/R₁.

Vout = −(22/22)·0,3 + (1 + 22/22)·1,192 = −0,3 + 2,383 = 2,083 V

Jawaban

Vout = 2,083 V
23.Dioda & transistor

Jawaban: IC = 1,662 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.

Arus basis

IB = (VCC − VBE)/RB = (12 − 0,7)/680 kΩ = 16,62 µA

Arus kolektor

IC = β·IB = 100·16,62 µA = 1,662 mA

Jawaban

IC = 1,662 mA

Periksa: VCE = 9,507 V jauh di atas 0,2 V, sehingga transistor memang aktif.

24.Dioda & transistor

Jawaban: RB = 1,981 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) = (24 − 0,2)/680 = 35 mA

Arus basis minimum

IB(min) = IC(sat)/β = 35/80 = 437,5 µA

Arus basis rancangan

IB = 3·437,5 µA = 1313 µA

Resistor basis

RB = (3,3 − 0,7)/IB = 2,6 V/1,313 mA = 1,981 kΩ

Jawaban

RB = 1,981 kΩ
25.Sistem bilangan

Jawaban: U = 225

Mengatur bit: setiap bit bernilai pangkat dua (128, 64, …, 1). Satu digit heksa tepat empat bit, dan pada komplemen dua 8-bit bit paling kiri bernilai −128. Operasi bitwise bekerja pada setiap posisi bit secara terpisah.

Balik dan tambah satu

31 = 0001 1111
dibalik: 1110 0000
+1 → 1110 0001

Baca sebagai tak bertanda

1110 0001₂ = 256 − 31 = 225

Jawaban

U = 225
26.Sistem bilangan

Jawaban: b = 12 bit

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.

Pangkat dua

211 = 2048 < 3882
212 = 4096 ≥ 3882

Jawaban

b = 12
27.Logika digital: gerbang, peta-K & flip-flop

Jawaban: AB = 01, CD = 11

Peta Karnaugh: sel-sel diurutkan dalam kode Gray (00, 01, 11, 10), sehingga sel bertetangga, termasuk yang melewati tepi, berbeda tepat pada satu variabel. Kelompokkan angka 1 dalam persegi panjang berisi 1, 2, 4, 8, atau 16 sel, sebesar mungkin dan sesedikit mungkin, sampai setiap angka 1 tercakup. Setiap kelompok adalah satu suku hasil kali: variabel yang tetap konstan di dalamnya. Kelompok 2ᵏ sel kehilangan k variabel. Don’t-care (X) boleh dipakai untuk memperbesar kelompok tetapi tidak harus dicakup. Mengelompokkan angka 0 sebagai gantinya menghasilkan bentuk POS minimal.

Tetangga setiap angka 1

Angka 1 dengan tetangga angka 1 dapat bergabung dalam kelompok dua atau lebih.

m7: m6, m5, m3, m15 → 0
ABCD00011110000111101111111

Angka 1 yang terisolasi

m7 = A′BCD → AB = 01, CD = 11

Jawaban

AB = 01, CD = 11
28.Logika digital: gerbang, peta-K & flip-flop

Jawaban: Q = 7

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.

Keadaan setelah setiap tepi

0000 → 1000 → 1100 → 1110 → 1111 → 0111

Nilai desimal

0111₂ = 7

Jawaban

Q = 7
29.Transformasi Laplace

Jawaban: f(0.25) = 4,961

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).

Lengkapkan kuadrat

s² + 4s + 13 = (s + 2)² + 9 = (s + 2)² + 3²

Cocokkan pembilangnya

F(s) = (36/3)·3/((s + 2)² + 3²)

Transformasi balik

f(t) = e−2t·(12·sin 3t)
f(0,25) = e−2·0,25·(12·sin(3·0,25)) = 4,961

Jawaban

f(0,25) = 4,961
30.Transformasi Laplace

Jawaban: g(0.2) = 1,306

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 + 15)/(s² + 9s + 20)

Pecahan parsial

s² + 9s + 20 = (s + 4)(s + 5)
A = 7, B = −5

Respons impuls

g(t) = 7·e−4t − 5·e−5t
g(0,2) = 1,306

Jawaban

g(0,2) = 1,306
31.Diagram blok

Jawaban: K = 1

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).

Persamaan karakteristik

1 + K/(s(s + 2)) = 0 → s² + 2s + K = 0

Akar kembar

Kuadrat s² + βs + γ memiliki akar ganda jika β² = 4γ.

2² = 4K → K = 4/4 = 1

Jawaban

K = 1
Kedua kutub loop tertutup lalu berada di s = −1.
32.Diagram blok

Jawaban: ωd = 10,38 rad/s

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).

Persamaan karakteristik

s(s + 9) + 64·2 = 0 → s² + 9s + 128 = 0

Akar

s = −4,5 ± j·√(128 − 20,25) = −4,5 ± j10,38
ωd = 10,38 rad/s

Jawaban

ωd = 10,38 rad/s
33.Respons langkah

Jawaban: ωn = 2,236 rad/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).

Bandingkan dengan bentuk baku

Penyebut harus cocok dengan s² + 2ζωₙs + ωₙ².

ωₙ² = 5 → ωₙ = 2,236 rad/s
2ζωₙ = 3 → ζ = 3/(2·2,236) = 0,6708

Hasil

ωₙ = 2,236 rad/s

Jawaban

ωn = 2,236 rad/s
34.Respons langkah

Jawaban: tp = 3,206 ms

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).

Frekuensi alami dan rasio redaman

ωₙ = 1/√(LC) = 1/√(0,5·2 × 10⁻⁶) = 1000 rad/s
ζ = (R/2)·√(C/L) = (200/2)·√(2 × 10⁻⁶/0,5) = 0,2

Hasil

ωd = 979,8 rad/s
tp = π/ωd = 3,206 ms

Jawaban

tp = 3,206 ms
35.Plot Bode dan margin

Jawaban: φ = −84,31 °

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 sudut

ωc = R/L = 1000/0,047 = 21277 rad/s
fc = 3386 Hz → f/fc = 34000/3386 = 10,04

Fasa

φ = − atan(10,04) = −84,31°

Jawaban

φ = −84,31°
36.Plot Bode dan margin

Jawaban: K = 122,6

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/7) = 1 → ω180 = √(4·7) = 5,292 rad/s

Besar pada persilangan fasa

|L(jω180)| = K/(ω·√(ω² + 16)·√(ω² + 49)) = K/(4·7·(4 + 7)) = K/308

Penguatan yang diperlukan

308/K = 108/20 = 2,512
K = 308/2,512 = 122,6

Jawaban

K = 122,6
37.Kestabilan: Routh–Hurwitz & tempat kedudukan akar

Jawaban: Kmax = 520

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.

Persamaan karakteristik

s³ + 13s² + 40s + K = 0

Larik Routh

s³: 1, 40
s²: 13, K
s¹: (13·40 − K)/13
s⁰: K

Syarat

Setiap entri kolom pertama harus positif.

K > 0
13·40 − K > 0 → K < 520

Jawaban

Kmax = 520

Pada K = 520 loop tertutup berosilasi pada ω = √40 = 6,325 rad/s.

38.Kestabilan: Routh–Hurwitz & tempat kedudukan akar

Jawaban: sb = −0,4514

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.

Penguatan sepanjang sumbu real

K(s) = −s(s + 1)(s + 3) = −(s³ + 4s² + 3s)

Titik stasioner

dK/ds = −(3s² + 8s + 3) = 0
s = (−8 ± √(64 − 36))/6 = −0,4514, −2,215

Pilih titik pada tempat kedudukan

Tempat kedudukan terletak pada sumbu real di antara 0 dan −1; akar yang lain bukan bagian dari tempat kedudukan.

sb = −0,4514

Jawaban

sb = −0,4514
39.Galat keadaan tunak & kendali PID

Jawaban: ess = 2,5

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) = 0,4

Galat ramp

ess = 1/0,4 = 2,5

Jawaban

ess = 2,5
40.Galat keadaan tunak & kendali PID

Jawaban: ts = 1 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 + 8) + 8·5 = s² + 8s + 40

ωₙ dan ζ

ωₙ = √40 = 6,325 rad/s
ζ = 8/(2·6,325) = 0,6325

Waktu penetapan

ζωₙ = 8/2 = 4
ts ≈ 4/4 = 1 s

Jawaban

ts = 1 s

Waktu penetapan di sini tidak bergantung pada K: menaikkan K hanya membuat respons berosilasi lebih cepat.

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