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 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​6 ΩAR4​3 ΩB

Cari resistansi ekuivalen Req yang dilihat sumber V1.

V1 = 24 VR1 = 8 ΩR2 = 6 ΩR3 = 20 ΩR4 = 3 Ω
Req = Ω
2.Resistor seri & paralelSulit
R1​ = 10 ΩR3​ = 4 ΩR5​ = 2 Ω+−V1​24 VR2​5 ΩIR2​AR4​10 ΩBR6​12 Ω

Cari arus IR2 melalui R2.

V1 = 24 VR1 = 10 ΩR2 = 5 ΩR3 = 4 ΩR4 = 10 ΩR5 = 2 ΩR6 = 12 Ω
IR2 = A
3.Analisis simpulSedang
R1​ = 8 ΩR3​ = 20 ΩIR3​+−V1​6 VR2​2 ΩAR4​3 ΩBIs​5 A

Gunakan analisis simpul untuk mencari arus IR3 melalui R3 searah panah.

V1 = 6 VIs = 5 AR1 = 8 ΩR2 = 2 ΩR3 = 20 ΩR4 = 3 Ω
IR3 = A
4.Analisis simpulSulit
R1​ = 15 ΩR2​ = 25 ΩIR2​R4​ = 12 Ω+−V1​36 VR3​25 ΩAR5​6 ΩBIs​2 A+−V2​24 V

Gunakan analisis simpul untuk mencari arus IR2 melalui R2 searah panah.

V1 = 36 VIs = 2 AV2 = 24 VR1 = 15 ΩR2 = 25 ΩR3 = 25 ΩR4 = 12 ΩR5 = 6 Ω
IR2 = A
5.Analisis meshSedang
R1​ = 8 ΩR2​ = 15 Ω+−V1​6 VR3​3 ΩA+−V2​12 VI1​I2​

Gunakan analisis mesh untuk mencari arus mesh I1 (searah jarum jam).

V1 = 6 VV2 = 12 VR1 = 8 ΩR2 = 15 ΩR3 = 3 Ω
I1 = A
6.Analisis meshSulit
R1​ = 30 ΩR2​ = 6 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​9 VR4​30 ΩAR5​12 ΩB+−V2​15 VI1​I2​I3​

Gunakan analisis mesh untuk mencari arus mesh I3 (searah jarum jam).

V1 = 9 VV2 = 15 VR1 = 30 ΩR2 = 6 ΩR3 = 15 ΩR4 = 30 ΩR5 = 12 Ω
I3 = A
7.SuperposisiSedang
R1​ = 3 ΩR3​ = 12 ΩIR3​+−V1​18 VR2​12 ΩAR4​4 ΩBIs​2 A

Gunakan superposisi untuk mencari arus IR3 melalui R3 searah panah.

V1 = 18 VIs = 2 AR1 = 3 ΩR2 = 12 ΩR3 = 12 ΩR4 = 4 Ω
IR3 = A
8.SuperposisiSulit
rangkaian linearV1​V2​Is​IRL​

Sebuah rangkaian resistif linear memuat tiga sumber bebas: V1, V2, dan Is. Arus I melalui beban diukur tiga kali. Dengan semua sumber pada nilai normalnya, I = 1 mA. Dengan V1 digandakan dan dua lainnya tidak berubah, I = −10 mA. Dengan arah Is dibalik dan dua lainnya tidak berubah, I = −1 mA. Cari arus beban I ketika V2 dimatikan dan V1 serta Is bernilai normal.

normal: I = 1 mA2·V1: I = −10 mA−Is: I = −1 mA
I = mA
9.Thévenin & NortonSedang
R1​ = 5 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​9 VR2​15 ΩAab

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

V1 = 9 VR1 = 5 ΩR2 = 15 ΩR3 = 4 Ω
IN = A
10.Thévenin & NortonSulit
R1​ = 8 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​6 VR2​30 ΩAIs​2 ABab

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

V1 = 6 VIs = 2 AR1 = 8 ΩR2 = 30 ΩR3 = 25 Ω
IN = A
11.Transien RC & RLSedang
+−Vs​12 Vt = 0R = 100 ΩL33 mHi(t)

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

Vs = 12 VR = 100 ΩL = 33 mHt = 1 ms
i = A
12.Transien RC & RLSulit
+−Vs​9 Vt = 0R = ?C47 µF+−vC​

Sebuah pewaktu mulai mengisi kapasitor yang tidak bermuatan melalui resistor dari catu 9 V pada t = 0. Pewaktu harus terpicu ketika tegangan kapasitor mencapai 5,4 V, tepat 100 ms setelah mulai. Dengan C = 47 µF, cari resistansi R yang diperlukan.

Vs = 9 VVth = 5,4 VT = 100 msC = 47 µF
R = kΩ
13.Impedansi AC & fasorSedang
50 V200 HzR = 40 ΩL = 150 mHC = 47 µFI

Rangkaian RLC seri dihubungkan ke sumber 50 V (rms), 200 Hz. Cari arus rms I.

V = 50 V (rms)f = 200 HzR = 40 ΩL = 150 mHC = 47 µF
I = A
14.Impedansi AC & fasorSulit
VfR = 2 ΩL = 10 mHC = 1 µF

Sebuah rangkaian RLC seri memiliki R = 2 Ω, L = 10 mH, dan C = 1 µF. Cari faktor kualitasnya Q pada resonansi.

R = 2 ΩL = 10 mHC = 1 µF
Q =
15.Daya AC & faktor dayaSedang
P = 21 kWQSφ

Motor satu fase menyerap 21 kW pada faktor daya 0,6 tertinggal dari sumber 240 V. Cari arus saluran I.

P = 21 kWpf = 0,6V = 240 V
I = A
16.Daya AC & faktor dayaSulit
P = 35 kWQ1​S1​φ1​QC​

Beban satu fase menyerap 35 kW pada faktor daya 0,75 tertinggal dari sumber 240 V, 50 Hz. Kapasitor yang dipasang paralel menaikkan faktor daya menjadi 0,98. Cari kapasitansi C yang diperlukan.

P = 35 kWpf1 = 0,75pf2 = 0,98V = 240 Vf = 50 Hz
C = µF
17.Daya tiga fasaSedang
ABCVL​ = 480 VZ = 12 + j5 Ωper fasa

Beban seimbang terhubung Δ dengan impedansi 12 + j5 Ω per fasa dihubungkan ke sumber tiga fasa seimbang dengan tegangan antarsaluran 480 V. Cari daya nyata total P yang diserap beban dalam kW.

VL = 480 VZ = 12 + j5 Ω per fasa
P = kW
18.Daya tiga fasaSulit
P = 300 kWφ1​S1​Q2​QC​

Beban tiga fasa seimbang menyerap 300 kW pada faktor daya 0,78 tertinggal dari sumber 690 V (antarsaluran), 60 Hz. Bank kapasitor tiga fasa yang diparalel dengan beban harus menaikkan faktor daya keseluruhan menjadi 0,98 tertinggal. Daya nyatanya tetap sama. Kapasitor dihubungkan secara Y. Cari kapasitansi Cph setiap kapasitor dalam µF.

P = 300 kWpf1 = 0,78pf2 = 0,98VL = 690 Vf = 60 Hz
Cph = µF
19.TransformatorSedang
RL​ = 60 Ω2014800 VV2​I1​ = ?I2​

Sebuah transformator ideal dengan rasio lilitan N₁:N₂ = 20:1 diberi tegangan 4800 V pada kumparan primernya. Resistor 60 Ω dihubungkan pada kumparan sekunder. Cari arus primer I1.

N1:N2 = 20:1V1 = 4800 VRL = 60 Ω
I1 = A
20.TransformatorSulit
500 kVA

Sebuah transformator satu fasa 500 kVA memiliki rugi inti 2500 W dan rugi tembaga 7500 W pada beban pengenal. Pada beban Sη,max berapa, dalam kVA, efisiensinya paling tinggi?

S = 500 kVAPcore = 2500 WPcu,fl = 7500 W
Sη,max = kVA
21.Rangkaian op-ampSedang
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 22 kΩVin​

Pilih resistor umpan balik Rf yang memberi penguat non-pembalik ini penguatan tegangan 2.

R1 = 22 kΩAv = 2
Rf = kΩ
22.Rangkaian op-ampSulit
−+Vout​Rf​ = 47 kΩV1​ = −0,1 VR1​ = 2 kΩV2​ = −1,9 VR2​ = 47 kΩIf​

Penguat penjumlah memakai op-amp ideal yang dicatu ±15 V. Cari arus If melalui resistor umpan balik, yang mengalir menuju keluaran.

V1 = −0,1 VV2 = −1,9 VR1 = 2 kΩR2 = 47 kΩRf = 47 kΩ
If = mA
23.Dioda & transistorSedang
RC​ = 4,7 kΩβ = 100IC​ = ?RE​ = 1,2 kΩVCC​ = 20 VR1​ = 22 kΩR2​ = 4,7 kΩ

Sebuah transistor NPN dengan β = 100 dibias dengan pembagi tegangan dari VCC = 20 V: R₁ = 22 kΩ dari VCC ke basis dan R₂ = 4,7 kΩ dari basis ke ground. Resistor kolektornya RC = 4,7 kΩ dan resistor emitornya RE = 1,2 kΩ. Ambil VBE = 0,7 V dan gunakan ekivalen Thévenin dari pembagi tegangan (jangan abaikan arus basis). Cari arus kolektor IC dalam mA.

VCC = 20 VR1 = 22 kΩR2 = 4,7 kΩRC = 4,7 kΩRE = 1,2 kΩβ = 100
IC = mA
24.Dioda & transistorSulit
RC​ = 150 Ωβ = 100VCC​ = 12 V5 VRB​ = ?

Sebuah transistor NPN dengan β = 100 mengalihkan resistor beban 150 Ω yang terhubung antara VCC = 12 V dan kolektornya. Emitornya dihubungkan ke ground. Basis dikemudikan dari keluaran logika 5 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 = 12 VRC = 150 Ωβ = 100Vin = 5 VVBE = 0,7 VVCE(sat) = 0,2 V
RB = kΩ
25.Sistem bilanganSedang
Komplemen dua 8-bit0−12806403201608040201

Atur bit sehingga menyimpan −80 dalam komplemen dua 8-bit. Dibaca sebagai bilangan tak bertanda, berapa nilai pola U?

N = −808 bit
U =
26.Sistem bilanganSulit
8 bit1 px640 px480 pxM = ? KiB

Sebuah gambar tak terkompresi berukuran 640 × 480 piksel dengan 8 bit per piksel. Berapa memori M yang dipakainya, dalam KiB (1 KiB = 1024 byte)?

640 × 480 px8 bit/px1 KiB = 1024 B
M = KiB
27.Logika digital: gerbang, peta-K & flip-flopSedang
ABC00011110011001031204050716

Pakai peta Karnaugh untuk mencari bentuk jumlah dari hasil kali (SOP) minimal dari F(A, B, C) = Σm(0, 2, 6). Berapa literal L yang dimilikinya secara total (variabel beraksen dihitung satu literal)?

F(A, B, C) = Σm(0, 2, 6)
L =
28.Logika digital: gerbang, peta-K & flip-flopSulit
ABCD0001111000011110001103X2X4050706X1201311501418X9111110

Carilah bentuk SOP minimal dari F(A, B, C, D) = Σm(1, 8, 10, 11, 15) + d(2, 4, 9, 12), dengan d menandai kondisi don’t-care. Berapa literal L yang dimilikinya?

F(A, B, C, D) = Σm(1, 8, 10, 11, 15) + d(2, 4, 9, 12)
L =
29.Transformasi LaplaceSedang
t (s)f(t)t = 0,1f(0,1) = ?

Tentukan f(t) untuk F(s) = (2s + 33)/(s² + 8s + 16) dan hitung f(0,1).

F(s) = (2s + 33)/(s² + 8s + 16)t = 0,1 s
f(0.1) =
30.Transformasi LaplaceSulit
ReIm−0,5−1−1,5−2−2,5−30,51

Sebuah sistem dinyatakan oleh persamaan diferensial y″ + 4y′ + 3y = 5u, 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″ + 4y′ + 3y = 5ut = 0,2 s
g(0.2) =
31.Diagram blokSedang
R(s)+Ks(s + 16)G(s)C(s)−

Plant G(s) = K/(s(s + 16)) 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 + 16))umpan balik negatif satuan
K =
32.Diagram blokSulit
R(s)+Kpengendali+D(s)+3s + 7plantC(s)−

Pengendali proporsional K menggerakkan plant G(s) = 3/(s + 7) dalam loop umpan balik negatif satuan. Gangguan langkah berukuran 2 masuk di masukan plant sementara R = 0. Tentukan penguatan terkecil K yang menjaga keluaran keadaan tunak sama dengan atau di bawah 0,1714.

G(s) = 3/(s + 7)D = 2css ≤ 0,1714
K =
33.Respons langkahSedang
t (s)y(t)2

Sebuah sistem memiliki fungsi alih G(s) = 106/(s² + 5s + 53) dan menerima masukan langkah satuan. Cari rasio redaman ζ.

G(s) = 106/(s² + 5s + 53)
ζ =
34.Respons langkahSulit
R(s)+165s(s + 10)G(s)C(s)−

Loop umpan balik negatif satuan memiliki G(s) = 165/(s(s + 10)). Tentukan waktu penetapan 2 % ts dari respons langkah loop tertutup, dengan ts ≈ 4/(ζωₙ).

G(s) = 165/(s(s + 10))
ts = s
35.Plot Bode dan marginSedang
|H| (dB)0,010,1110100−40−2002040ω (rad/s)ω = 0,5

Cari besar eksak |G(jω)| dari G(s) = 756/((s + 6)(s + 9)) pada ω = 0,5 rad/s, dalam dB.

G(s) = 756/((s + 6)(s + 9))ω = 0,5 rad/s
|G(jω)| = dB
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) = 260/(s(s + 5)(s + 8)). Cari frekuensi persilangan fasa ω180, tempat ∠L(jω) = −180°.

L(s) = 260/(s(s + 5)(s + 8))
ω180 = rad/s
37.Kestabilan: Routh–Hurwitz & tempat kedudukan akarSedang
R(s)+Ks + 6s(s + 1)(s + 2)C(s)−

Suatu loop umpan balik satuan memiliki L(s) = K(s + 6)/(s(s + 1)(s + 2)), dengan K > 0. Cari penguatan terbesar Kmax agar loop tertutup stabil.

L(s) = K(s + 6)/(s(s + 1)(s + 2))
Kmax =
38.Kestabilan: Routh–Hurwitz & tempat kedudukan akarSulit
ReImζ = 0,707−1−2−3−4−5j1j2

Tempat kedudukan akar dari L(s) = K/(s(s + 4)) ditampilkan. Cari penguatan K agar kutub loop tertutup memiliki rasio redaman ζ = 0,707.

L(s) = K/(s(s + 4))ζ = 0,707
K =
39.Galat keadaan tunak & kendali PIDSedang
R(s)+K(s + 4)(s + 10)C(s)−

Suatu loop umpan balik satuan memiliki G(s) = K/((s + 4)(s + 10)). Cari penguatan K yang memberikan galat keadaan tunak 2 % untuk masukan undak.

G(s) = K/((s + 4)(s + 10))ess = 2 %
K =
40.Galat keadaan tunak & kendali PIDSulit
R(s)+Kp​ + Ki​/s5s + 2C(s)−

Pengendali PI C(s) = Kp + Ki/s mengendalikan plant G(s) = 5/(s + 2) dalam loop umpan balik satuan. Loop tertutup harus memiliki ωₙ = 10 rad/s dan ζ = 0,8. Cari penguatan integral Ki.

G(s) = 5/(s + 2)ωₙ = 10 rad/sζ = 0,8
Ki =

3Larutan

1.Resistor seri & paralel

Jawaban: Req = 12,76 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​ = 8 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​6 ΩAR4​3 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 = 20 + 3 = 23 Ω
R2 ∥ 23 = 6·23/(6+23) = 4,759 Ω
Req = R1 + 4,759 = 8 + 4,759 = 12,76 Ω

Jawaban

Req = 12,76 Ω
2.Resistor seri & paralel

Jawaban: IR2 = 1,195 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​ = 10 ΩR3​ = 4 ΩR5​ = 2 Ω+−V1​24 VR2​5 ΩAR4​10 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 = 2 + 12 = 14 Ω
R4 ∥ 14 = 5,833 Ω
R3 + 5,833 = 9,833 Ω
R2 ∥ 9,833 = 3,315 Ω
Req = R1 + 3,315 = 10 + 3,315 = 13,31 Ω

Arus dari sumber

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

IR1 = V1/Req = 24/13,31 = 1,803 A

Arus melalui R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 24 − 1,803·10 = 5,975 V
IR2 = VA/R2 = 5,975/5 = 1,195 A

Jawaban

IR2 = 1,195 A
3.Analisis simpul

Jawaban: IR3 = −0,561 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.

R1​ = 8 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​6 VR2​2 ΩAR4​3 ΩBIs​5 A

Tentukan simpul

Ground adalah kawat bawah. Tegangan simpul yang diketahui langsung berasal dari sumber (V1 = 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/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/2 + (VA − 6)/8 + (VA − VB)/20 = 0
0,675·VA − 0,05·VB = 0,75

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/3 + (VB − VA)/20 = 5
−0,05·VA + 0,3833·VB = 5

Selesaikan

Δ = (0,675)(0,3833) − (−0,05)(−0,05) = 0,2562
VA = Δ1/Δ = 0,5375/0,2562 = 2,098 V
VB = Δ2/Δ = 3,413/0,2562 = 13,32 V

Jawaban

IR3 = (VA − VB)/R3 = (2,098 − 13,32)/20 = −0,561 A
4.Analisis simpul

Jawaban: IR2 = 0,1694 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.

R1​ = 15 ΩR2​ = 25 ΩR4​ = 12 Ω+−V1​36 VR3​25 ΩAR5​6 ΩBIs​2 A+−V2​24 V

Tentukan simpul

Ground adalah kawat bawah. Tegangan simpul yang diketahui langsung berasal dari sumber (V1 = 36 V, V2 = 24 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 − 36)/15 + (VA − VB)/25 = 0
0,1467·VA − 0,04·VB = 2,4

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/6 + (VB − VA)/25 + (VB − 24)/12 = 2
−0,04·VA + 0,29·VB = 4

Selesaikan

Δ = (0,1467)(0,29) − (−0,04)(−0,04) = 0,04093
VA = Δ1/Δ = 0,856/0,04093 = 20,91 V
VB = Δ2/Δ = 0,6827/0,04093 = 16,68 V

Jawaban

IR2 = (VA − VB)/R2 = (20,91 − 16,68)/25 = 0,1694 A
5.Analisis mesh

Jawaban: I1 = 0,381 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​ = 15 Ω+−V1​6 VR3​3 ΩA+−V2​12 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
8·I1 + 3(I1 − I2) = 6
11·I1 − 3·I2 = 6

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 + 3(I2 − I1) = (−12)
−3·I1 + 18·I2 = −12

Selesaikan

Δ = (11)(18) − (−3)(−3) = 189
I1 = Δ1/Δ = 72/189 = 0,381 A
I2 = Δ2/Δ = −114/189 = −0,6032 A

Jawaban

I1 = 0,381 A

Arus mesh negatif mengalir berlawanan arah jarum jam.

6.Analisis mesh

Jawaban: I3 = −0,5904 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​ = 30 ΩR2​ = 6 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​9 VR4​30 ΩAR5​12 ΩB+−V2​15 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
30·I1 + 30(I1 − I2) = 9
60·I1 − 30·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 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
6·I2 + 30(I2 − I1) + 12(I2 − I3) = 0
−30·I1 + 48·I2 − 12·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
15·I3 + 12(I3 − I2) = (−15)
−12·I2 + 27·I3 = −15

Selesaikan

Δ = determinan matriks koefisien = 44820
I1 = Δ1/Δ = 4968/44820 = 0,1108 A
I2 = Δ2/Δ = −3510/44820 = −0,07831 A
I3 = Δ3/Δ = −26460/44820 = −0,5904 A

Jawaban

I3 = −0,5904 A

Arus mesh negatif mengalir berlawanan arah jarum jam.

7.Superposisi

Jawaban: IR3 = −0,3478 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​ = 3 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​18 VR2​12 ΩAR4​4 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 = 12+4 = 16 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 12·16/(12+16) = 6,857 Ω
VA = 18·6,857/(3+6,857) = 12,52 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 12,52·4/16 = 3,13 V
IR3′ = (VB − VA)/R3 = (3,13 − 12,52)/12 = −0,7826 A
R1​ = 3 ΩR3​ = 12 ΩHUBUNG SINGKATR2​12 ΩAR4​4 ΩBIs​2 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 = 3·12/(3+12) = 2,4 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 4 ∥ 14,4 = 3,13 Ω
VB = Is·Req = 2·3,13 = 6,261 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 6,261·2,4/14,4 = 1,043 V
IR3″ = (VB − VA)/R3 = (6,261 − 1,043)/12 = 0,4348 A

Jumlahkan kontribusinya

IR3 = IR3′ + IR3″
IR3 = (−0,7826) + 0,4348 = −0,3478 A

Hasil negatif berarti sebenarnya arus mengalir berlawanan dengan panah.

8.Superposisi

Jawaban: I = −10 mA

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.

Tulis pengukuran dalam bentuk kontribusi

Setiap kontribusi sebanding dengan sumbernya sendiri.

I₁ + I₂ + I₃ = 1
2·I₁ + I₂ + I₃ = −10
I₁ + I₂ − I₃ = −1

Selesaikan kontribusinya

I₁ = −10 − 1 = −11 mA
I₃ = (1 − (−1))/2 = 1 mA
I₂ = 1 − (−11) − 1 = 11 mA

Matikan V₂

I = I₁ + I₃ = (−11) + 1 = −10 mA

Jawaban

I = −10 mA
9.Thévenin & Norton

Jawaban: IN = 0,871 A

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​ = 4 ΩHUBUNG SINGKATR2​15 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 = 5·15/(5+15) = 3,75 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,75 + 4 = 7,75 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​9 VR2​15 ΩAab+−Vth​

Cari Vth, tegangan rangkaian terbuka

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

Vth = V1·R2/(R1+R2) = 9·15/(5+15) = 6,75 V
IN​0,871 ARth​7,75 Ωab

Ekuivalen Norton

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

IN = Vth/Rth = 6,75/7,75 = 0,871 A
10.Thévenin & Norton

Jawaban: IN = −1,849 A

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​ = 8 ΩR3​ = 25 ΩHUBUNG SINGKATR2​30 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 = 8·30/(8+30) = 6,316 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6,316 + 25 = 31,32 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​6 VR2​30 ΩAIs​2 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) = 4,737 + (−2)·6,316 = −7,895 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −7,895 + (−2)·25 = −57,89 V
IN​1,849 ARth​31,32 Ωab

Ekuivalen Norton

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

IN = Vth/Rth = −57,89/31,32 = −1,849 A
11.Transien RC & RL

Jawaban: i = 0,1142 A

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

Konstanta waktu dan arus akhir

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

τ = L/R = 33 mH / 100 Ω = 0,33 ms
i(∞) = Vs/R = 12/100 = 0,12 A

Arus pada waktu tertentu

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0,12·(1 − e−1/0,33) = 0,1142 A

Jawaban

i = 0,1142 A
12.Transien RC & RL

Jawaban: R = 2,322 kΩ

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 yang diperlukan

5,4 = 9·(1 − e−100/τ) → τ = 100/ln(9/(9 − 5,4))
τ = 100/0,9163 = 109,1 ms

Hambatan

kΩ dikali µF menghasilkan milidetik.

R = τ/C = 109,1/47 = 2,322 kΩ

Jawaban

R = 2,322 kΩ
13.Impedansi AC & fasor

Jawaban: I = 0,2838 A

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 = 1257·0,15 = 188,5 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(1257·47·10⁻⁶) = 16,93 Ω

Impedansi

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

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(40² + (171,6)²) = 176,2 Ω

Arus

Arus yang sama mengalir melalui setiap elemen rangkaian seri.

I = V/|Z| = 50/176,2 = 0,2838 A

Jawaban

I = 0,2838 A
14.Impedansi AC & fasor

Jawaban: Q = 50

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|.

Frekuensi resonansi

f0 = 1/(2π·√(0,01·1·10⁻⁶)) = 1592 Hz

Faktor kualitas

Q membandingkan reaktansi pada resonansi dengan resistansi: Q = ω₀L/R.

Q = (1/R)·√(L/C) = (1/2)·√(0,01/(1·10⁻⁶)) = 50

Jawaban

Q = 50
15.Daya AC & faktor daya

Jawaban: I = 145,8 A

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

Arus saluran

Hanya bagian nyata dari daya yang melakukan kerja, jadi bagi dengan faktor daya.

I = P/(V·cos φ) = 21000/(240·0,6) = 145,8 A

Jawaban

I = 145,8 A
16.Daya AC & faktor daya

Jawaban: C = 1313 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 = 35·tan(41,41°) = 30,87 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 35·tan(11,48°) = 7,107 kvar
QC = Q1 − Q2 = 23,76 kvar

Kapasitansi

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

C = QC/(2πf·V²) = 23760/(2π·50·240²) = 1313 µF

Jawaban

C = 1313 µF
17.Daya tiga fasa

Jawaban: P = 49,08 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 = VL = 480 V

Arus fasa

|Z| = √(12² + 5²) = 13 Ω
Iph = 480/13 = 36,92 A

Daya nyata total

Hanya bagian resistif dari setiap impedansi yang menyerap daya nyata.

P = 3·Iph²·R = 3·36,92²·12 = 49,08 kW

Jawaban

P = 49,08 kW

Periksa: cos φ = R/|Z| = 0,9231, dan √3·VL·IL·cos φ memberikan daya yang sama.

18.Daya tiga fasa

Jawaban: Cph = 1002 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 = 300·tan(acos 0,78) = 300·0,8023 = 240,7 kvar
Q2 = 300·tan(acos 0,98) = 300·0,2031 = 60,92 kvar

Daya reaktif dari kapasitor

QC = Q1 − Q2 = 179,8 kvar

Kapasitansi per fasa

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

V = 690/√3 = 398,4 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 59922/(377·398,4²) = 1002 µF

Jawaban

Cph = 1002 µF
19.Transformator

Jawaban: I1 = 0,2 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.

Tegangan dan arus sekunder

V2 = 4800/20 = 240 V
I2 = 240/60 = 4 A

Arus primer

Transformator ideal tidak memiliki rugi-rugi: V₁·I₁ = V₂·I₂.

I1 = I2/20 = 0,2 A

Jawaban

I1 = 0,2 A

Periksa: beban yang terlihat dari sisi primer adalah a²·RL = 24000 Ω, dan 4800/24000 memberikan arus yang sama.

20.Transformator

Jawaban: Sη,max = 288,7 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

x²·7500 = 2500 → x = √(2500/7500) = 0,5774

Beban pada efisiensi maksimum

Sη,max = x·S = 0,5774·500 = 288,7 kVA

Jawaban

Sη,max = 288,7 kVA
21.Rangkaian op-amp

Jawaban: Rf = 22 kΩ

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.

Penguatan penguat non-pembalik

V₋ = V₊ = Vin, dan arus melalui R₁ juga mengalir melalui Rf, jadi Vout = Vin·(1 + Rf/R₁).

Av = 1 + Rf/R1
Rf = (2 − 1)·22 = 22 kΩ

Jawaban

Rf = 22 kΩ
22.Rangkaian op-amp

Jawaban: If = −0,09043 mA

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 = −0,1/2 = −0,05 mA
I2 = V2/R2 = −1,9/47 = −0,04043 mA
If = I1 + I2 = −0,09043 mA

Jawaban

If = −0,09043 mA
23.Dioda & transistor

Jawaban: IC = 2,255 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 = 20·4,7/(22 + 4,7) = 3,521 V
RTH = 22·4,7/(22 + 4,7) = 3,873 kΩ

Arus basis

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

IB = (3,521 − 0,7)/(3,873 + 101·1,2) = 22,55 µA

Arus kolektor

IC = 100·22,55 µA = 2,255 mA
IE = 101·22,55 µA = 2,278 mA

Jawaban

IC = 2,255 mA
24.Dioda & transistor

Jawaban: RB = 5,466 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) = (12 − 0,2)/150 = 78,67 mA

Arus basis minimum

IB(min) = IC(sat)/β = 78,67/100 = 786,7 µA

Resistor basis

RB = (5 − 0,7)/IB = 4,3 V/0,7867 mA = 5,466 kΩ

Jawaban

RB = 5,466 kΩ

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

25.Sistem bilangan

Jawaban: U = 176

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

80 = 0101 0000
dibalik: 1010 1111
+1 → 1011 0000

Baca sebagai tak bertanda

1011 0000₂ = 256 − 80 = 176

Jawaban

U = 176
26.Sistem bilangan

Jawaban: M = 300 KiB

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.

Bit dan byte

640·480·8 = 2457600 bit = 307200 B

Ubah ke KiB

307200/1024 = 300 KiB

Jawaban

M = 300 KiB
27.Logika digital: gerbang, peta-K & flip-flop

Jawaban: L = 4

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.

ABC00011110011001031204050716

Kelompokkan angka 1

Setiap kelompok adalah persegi panjang berisi 2ᵏ sel; sel di tepi bertetangga dengan sel di tepi seberangnya.

BC′
A′C′

Bentuk SOP minimal

F = BC′ + A′C′
L = 4

Jawaban

L = 4
28.Logika digital: gerbang, peta-K & flip-flop

Jawaban: L = 8

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.

Implikan prima

Kelompok terbesar yang dapat dibentuk dari angka 1 dan X.

B′C′D, B′CD′, AC′D′, ACD, AB′
ABCD0001111000011110001103X2X4050706X1201311501418X9111110

Cakupan minimal

F = B′C′D + ACD + AB′
L = 8

Jawaban

L = 8
29.Transformasi Laplace

Jawaban: f(0.1) = 3,016

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).

Faktorkan penyebut

s² + 8s + 16 = (s + 4)²

Pecahan parsial

2s + 33 = 2(s + 4) + 25
F(s) = 2/(s + 4) + 25/(s + 4)²

Transformasi balik

f(t) = 2·e−4t + 25·t·e−4t
f(0,1) = (2 + 25·0,1)·e−4·0,1 = 3,016

Jawaban

f(0,1) = 3,016
30.Transformasi Laplace

Jawaban: g(0.2) = 0,6748

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) = 5/(s² + 4s + 3)

Pecahan parsial

s² + 4s + 3 = (s + 1)(s + 3)
A = 2,5, B = −2,5

Respons impuls

g(t) = 2,5·e−t − 2,5·e−3t
g(0,2) = 0,6748

Jawaban

g(0,2) = 0,6748
31.Diagram blok

Jawaban: K = 64

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 + 16)) = 0 → s² + 16s + K = 0

Akar kembar

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

16² = 4K → K = 256/4 = 64

Jawaban

K = 64
Kedua kutub loop tertutup lalu berada di s = −8.
32.Diagram blok

Jawaban: K = 9,333

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).

Respons gangguan

css = D·G(0)/(1 + K·G(0)) = 2·3/(7 + 3K)

Selesaikan untuk K

7 + 3K = 2·3/0,1714 = 35
K = (35 − 7)/3 = 9,333

Jawaban

K = 9,333
33.Respons langkah

Jawaban: ζ = 0,3434

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 = 53 → ωₙ = 7,28 rad/s
2ζωₙ = 5 → ζ = 5/(2·7,28) = 0,3434

Hasil

ζ = 0,3434

Jawaban

ζ = 0,3434
34.Respons langkah

Jawaban: ts = 0,8 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) = 165/(s² + 10s + 165): ωₙ = 12,85 rad/s, ζ = 0,3892

Waktu penetapan

ζωₙ = 10/2 = 5
ts ≈ 4/(ζωₙ) = 0,8 s

Jawaban

ts = 0,8 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: |G(jω)| = 22,88 dB

Respons frekuensi: substitusikan s = jω ke fungsi alih. Besar dalam desibel adalah 20·log₁₀|H(jω)| dan fasa adalah jumlah sudut faktor pembilang dikurangi sudut faktor penyebut. Filter RC atau RL orde pertama memiliki frekuensi sudut (−3 dB) pada 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.

Kalikan besar

|G(j0,5)| = 756/(√(0,5² + 6²)·√(0,5² + 9²)) = 756/(6,021·9,014) = 13,93

Hasil

20·log₁₀(13,93) = 22,88 dB

Jawaban

|G(jω)| = 22,88 dB
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/5)·(ω/8) = 1 → ω180 = √(5·8) = 6,325 rad/s

Jawaban

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

Jawaban: Kmax = 2

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 + 1)(s + 2) + K(s + 6) = s³ + 3s² + (2 + K)s + 6K

Larik Routh

s³: 1, 2 + K
s²: 3, 6K
s¹: (3·(2 + K) − 6K)/3
s⁰: 6K

Syarat

6 − 3K > 0
K < 6/3 = 2

Jawaban

Kmax = 2

Bila nol berada di sebelah kanan s = −3, loop akan tetap stabil untuk setiap K > 0.

38.Kestabilan: Routh–Hurwitz & tempat kedudukan akar

Jawaban: K = 8,002

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.

Bandingkan dengan bentuk baku

s² + 4s + K = s² + 2ζωₙs + ωₙ²
2·0,707·ωₙ = 4 → ωₙ = 2,829 rad/s

Penguatan

K = ωₙ² = 2,829² = 8,002

Jawaban

K = 8,002

Kutub loop tertutup berada di tempat garis ζ memotong cabang vertikal di s = −2.

39.Galat keadaan tunak & kendali PID

Jawaban: K = 1960

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 galat yang diperlukan

1/(1 + Kp) = 0,02 → Kp = 49

Penguatan

K/40 = 49 → K = 1960

Jawaban

K = 1960

Periksa juga kestabilan loop tertutup: untuk loop orde dua ini, setiap K > 0 stabil.

40.Galat keadaan tunak & kendali PID

Jawaban: Ki = 20

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

1 + C(s)G(s) = 0, dikalikan dengan s(s + 2).

s² + (2 + 5Kp)s + 5Ki

Polinomial target

s² + 2·0,8·10s + 10² = s² + 16s + 100

Samakan koefisien-koefisiennya

5Ki = 100 → Ki = 20

Jawaban

Ki = 20

Suku integral membuat loop bertipe 1, sehingga undak diikuti tanpa galat keadaan tunak.

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