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​ = 15 ΩIR1​R3​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​4 ΩAR4​15 ΩB

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

V1 = 30 VR1 = 15 ΩR2 = 4 ΩR3 = 8 ΩR4 = 15 Ω
IR1 = A
2.Resistor seri & paralelSulit
R1​ = 10 ΩR3​ = 6 ΩR5​ = 10 Ω+−V1​5 VR2​10 ΩAR4​12 ΩBR6​2 Ω

Cari resistansi ekuivalen Req yang dilihat sumber V1.

V1 = 5 VR1 = 10 ΩR2 = 10 ΩR3 = 6 ΩR4 = 12 ΩR5 = 10 ΩR6 = 2 Ω
Req = Ω
3.Analisis simpulSedang
−+Vs​ = 4 VIs​1 AAR1​3 ΩR2​20 ΩB

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

Is = 1 AVs = 4 VR1 = 3 ΩR2 = 20 Ω
VB = V
4.Analisis simpulSulit
R1​ = 10 ΩR2​ = 10 ΩR4​ = 4 ΩIR4​+−V1​5 VR3​10 ΩAR5​3 ΩBIs​2 A−+V2​5 V

Gunakan analisis simpul untuk mencari arus IR4 melalui R4 searah panah.

V1 = 5 VIs = 2 AV2 = 5 VR1 = 10 ΩR2 = 10 ΩR3 = 10 ΩR4 = 4 ΩR5 = 3 Ω
IR4 = A
5.Analisis meshSedang
R1​ = 4 ΩR2​ = 10 Ω+−V1​30 VR3​2 ΩIR3​A+−V2​24 VI1​I2​

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

V1 = 30 VV2 = 24 VR1 = 4 ΩR2 = 10 ΩR3 = 2 Ω
IR3 = A
6.Analisis meshSulit
R1​ = 8 ΩR2​ = 2 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​15 VR4​5 Ω+−VR4​AR5​8 ΩB+−V2​15 VI1​I2​I3​

Gunakan analisis mesh untuk mencari tegangan VR4 pada R4 dengan polaritas yang ditunjukkan.

V1 = 15 VV2 = 15 VR1 = 8 ΩR2 = 2 ΩR3 = 30 ΩR4 = 5 ΩR5 = 8 Ω
VR4 = V
7.SuperposisiSedang
R1​ = 8 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​10 VR2​15 ΩAR4​12 ΩIR4​BIs​2 A

Gunakan superposisi untuk mencari daya PR4 yang diserap oleh R4.

V1 = 10 VIs = 2 AR1 = 8 ΩR2 = 15 ΩR3 = 12 ΩR4 = 12 Ω
PR4 = W
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 = 16,5 mA. Dengan V1 digandakan dan dua lainnya tidak berubah, I = 20 mA. Dengan arah Is dibalik dan dua lainnya tidak berubah, I = 10,5 mA. Cari arus beban I ketika V2 dimatikan dan V1 serta Is bernilai normal.

normal: I = 16,5 mA2·V1: I = 20 mA−Is: I = 10,5 mA
I = mA
9.Thévenin & NortonSedang
R1​ = 2 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​12 VR2​15 ΩAab

Cari tegangan Thévenin Vth dilihat dari terminal a–b.

V1 = 12 VR1 = 2 ΩR2 = 15 ΩR3 = 5 Ω
Vth = V
10.Thévenin & NortonSulit
R1​ = 8 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​30 VR2​30 ΩAIs​5 ABab

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

V1 = 30 VIs = 5 AR1 = 8 ΩR2 = 30 ΩR3 = 25 Ω
IN = A
11.Transien RC & RLSedang
+−Vs​12 Vt = 0R = 15 ΩL68 mHi(t)

Induktor tidak dialiri arus sebelum sakelar ditutup pada t = 0. Berapa lama setelah sakelar ditutup arus mencapai 75% dari nilai akhirnya? Cari t.

Vs = 12 VR = 15 ΩL = 68 mH
t = ms
12.Transien RC & RLSulit
+−Vs​24 VR1​ = 20 ΩR2​ = 22 Ωmembuka pada t = 0L100 mHi(t)

Sakelar yang paralel dengan R2 telah tertutup sejak lama, jadi arus induktor tunak. Pada t = 0 sakelar membuka. Berapa lama setelah t = 0 arus induktor mencapai 0,886 A? Cari t.

Vs = 24 VR1 = 20 ΩR2 = 22 ΩL = 100 mH
t = ms
13.Impedansi AC & fasorSedang
12 V60 HzR = 40 ΩL = 150 mHC = 10 µFI

Rangkaian RLC seri dihubungkan ke sumber 12 V (rms), 60 Hz. Cari daya nyata P yang diambil dari sumber.

V = 12 V (rms)f = 60 HzR = 40 ΩL = 150 mHC = 10 µF
P = W
14.Impedansi AC & fasorSulit
230 V200 HzR1​ = 25 ΩR2​ = 100 ΩC = 2,2 µF

Sebuah resistor R1 dihubungkan seri dengan gabungan paralel R2 dan kapasitor C, ke sumber 230 V (rms), 200 Hz. Cari besar impedansi |Z|.

V = 230 V (rms)f = 200 HzR1 = 25 ΩR2 = 100 ΩC = 2,2 µF
|Z| = Ω
15.Daya AC & faktor dayaSedang
120 VZ15 + j20 ΩI

Sebuah beban dengan impedansi Z = 15 + j20 Ω dihubungkan ke sumber satu fase 120 V (rms). Cari daya semu S.

V = 120 VZ = 15 + j20 Ω
S = VA
16.Daya AC & faktor dayaSulit
P = 10 kWQ1​S1​φ1​QC​

Beban satu fase menyerap 10 kW pada faktor daya 0,65 tertinggal dari sumber 230 V, 50 Hz. Kapasitor yang dipasang paralel menaikkan faktor daya menjadi 0,98. Cari arus saluran baru Inew.

P = 10 kWpf1 = 0,65pf2 = 0,98V = 230 Vf = 50 Hz
Inew = A
17.Daya tiga fasaSedang
ABCVL​ = 480 VZ = 9 + j12 Ωper fasa

Beban seimbang terhubung Δ dengan impedansi 9 + j12 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 = 9 + j12 Ω per fasa
P = kW
18.Daya tiga fasaSulit
P = 50 kWφ1​S1​Q2​QC​

Beban tiga fasa seimbang menyerap 50 kW pada faktor daya 0,65 tertinggal dari sumber 415 V (antarsaluran), 50 Hz. Bank kapasitor tiga fasa yang diparalel dengan beban harus menaikkan faktor daya keseluruhan menjadi 0,95 tertinggal. Daya nyatanya tetap sama. Kapasitor dihubungkan secara Y. Cari kapasitansi Cph setiap kapasitor dalam µF.

P = 50 kWpf1 = 0,65pf2 = 0,95VL = 415 Vf = 50 Hz
Cph = µF
19.TransformatorSedang
RL​ = 5 Ω21240 VV2​I1​ = ?I2​

Sebuah transformator ideal dengan rasio lilitan N₁:N₂ = 2:1 diberi tegangan 240 V pada kumparan primernya. Resistor 5 Ω dihubungkan pada kumparan sekunder. Cari arus primer I1.

N1:N2 = 2:1V1 = 240 VRL = 5 Ω
I1 = A
20.TransformatorSulit
250 kVA

Sebuah transformator satu fasa 250 kVA memiliki rugi inti 1250 W dan rugi tembaga 3750 W pada beban pengenal. Pada beban Sη,max berapa, dalam kVA, efisiensinya paling tinggi?

S = 250 kVAPcore = 1250 WPcu,fl = 3750 W
Sη,max = kVA
21.Rangkaian op-ampSedang
−+Vout​Rf​ = 10 kΩR1​ = 1 kΩVin​

Op-amp ideal dan dicatu ±15 V; keluarannya jenuh pada ±12 V. Penguat tak membalik diberi masukan gelombang sinus. Cari amplitudo masukan terbesar Vin,max (nilai puncak) agar keluaran tidak terpotong.

R1 = 1 kΩRf = 10 kΩVsat = ±12 V
Vin,max = V
22.Rangkaian op-ampSulit
−+Vout​Rf​ = 22 kΩV1​ = 0,7 VR1​ = 22 kΩV2​ = 1,3 VR2​ = 47 kΩ

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

V1 = 0,7 VV2 = 1,3 VR1 = 22 kΩR2 = 47 kΩRf = 22 kΩ
Vout = V
23.Dioda & transistorSedang
+−18 V680 Ω9,1 V2200 ΩIZ​ = ?

Regulator Zener 9,1 V dicatu dari 18 V melalui 680 Ω dan mencatu beban 2200 Ω. Cari arus Zener IZ.

Vin = 18 VVZ = 9,1 VR = 680 ΩRL = 2200 Ω
IZ = mA
24.Dioda & transistorSulit
V (V)I (mA)0,7550Q = ?

Sebuah dioda dimodelkan sebagai 0,7 V yang diseri dengan 20 Ω (ia menghantar di atas 0,7 V). Dioda itu diseri dengan resistor 100 Ω melintasi catu 5 V. Cari arus kerja ID di tempat garis dioda bertemu garis beban.

Vs = 5 VR = 100 ΩV0 = 0,7 Vrd = 20 Ω
ID = mA
25.Sistem bilanganSedang
Komplemen dua 8-bit0−12806403201608040201

Atur bit sehingga menyimpan −3 dalam komplemen dua 8-bit. Dibaca sebagai bilangan tak bertanda, berapa nilai pola U?

N = −38 bit
U =
26.Sistem bilanganSulit
klik bit untuk mengaturnya012806403201608040201

Atur bit menjadi hasil 8-bit dari 0011 0011 AND 1010 1100. Berapa nilai hasil R dalam desimal?

0011 0011AND1010 1100
R =
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(4, 5, 8, 9, 10, 12, 15)
  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
ABCD0001111000011110X011131204X517X60121131150141809X11X10

Carilah bentuk SOP minimal dari F(A, B, C, D) = Σm(1, 2, 3, 7, 8, 13, 15) + d(0, 5, 6, 10, 11), dengan d menandai kondisi don’t-care. Berapa suku hasil kali N yang dimilikinya?

F(A, B, C, D) = Σm(1, 2, 3, 7, 8, 13, 15) + d(0, 5, 6, 10, 11)
N =
29.Transformasi LaplaceSedang
ReIm−1−2−3−4−51

Tentukan f(t) untuk F(s) = (4s + 18)/(s² + 6s + 10) dengan melengkapkan kuadrat, lalu hitung f(0,1).

F(s) = (4s + 18)/(s² + 6s + 10)t = 0,1 s
f(0.1) =
30.Transformasi LaplaceSulit
t (s)y(t)t = 1,2y(1,2) = ?

Sebuah sistem memenuhi y″ + 6y′ + 5y = 15·u(t). Sistem mulai dari keadaan diam (y(0) = 0, y′(0) = 0) dan masukannya adalah fungsi langkah u(t) = 2 untuk t ≥ 0. Gunakan transformasi Laplace untuk mencari keluaran y(1,2).

y″ + 6y′ + 5y = 15·u(t)u(t) = 2y(0) = 0, y′(0) = 0t = 1,2 s
y(1.2) =
31.Diagram blokSedang
R(s)+4(s + 2)(s + 1)(s + 5)G(s)C(s)−

Loop umpan balik negatif satuan memiliki G(s) = 4(s + 2)/((s + 1)(s + 5)). Masukan langkah berukuran 2 diberikan pada referensi. Tentukan galat keadaan tunak ess.

G(s) = 4(s + 2)/((s + 1)(s + 5))R = 2
ess =
32.Diagram blokSulit
R(s)+Kpengendali+D(s)+3s + 4plantC(s)−

Pengendali proporsional K menggerakkan plant G(s) = 3/(s + 4) dalam loop umpan balik negatif satuan. Gangguan langkah berukuran 10 masuk di masukan plant sementara R = 0. Tentukan penguatan terkecil K yang menjaga keluaran keadaan tunak sama dengan atau di bawah 0,15.

G(s) = 3/(s + 4)D = 10css ≤ 0,15
K =
33.Respons langkahSedang
t (s)y(t)1?

Sebuah sistem memiliki fungsi alih G(s) = 56/(s² + 9s + 56) dan menerima masukan langkah satuan. Tentukan persen overshoot %OS dari respons langkah.

G(s) = 56/(s² + 9s + 56)
%OS = %
34.Respons langkahSulit
+−24 VR = 8 ΩL = 20 mHC = 47 µFvC​

Rangkaian RLC seri dengan R = 8 Ω, L = 20 mH, dan C = 47 µF dihubungkan ke langkah 24 V pada t = 0. Kapasitor belum bermuatan dan tidak ada arus yang mengalir sebelum langkah. Tentukan persen overshoot %OS dari tegangan kapasitor.

R = 8 ΩL = 20 mHC = 47 µFV = 24 V
%OS = %
35.Plot Bode dan marginSedang
vin​R = 47 ΩL = 22 mHvout​

Filter lolos tinggi RL yang ditunjukkan memiliki R = 47 Ω, L = 22 mH. Masukan sinusoidal 1,4 kHz diberikan. Cari pergeseran fasa φ dari vout relatif terhadap vin, dalam derajat.

R = 47 ΩL = 22 mHf = 1,4 kHz
φ = °
36.Plot Bode dan marginSulit
|H| (dB)0,010,010,10,1111010100100−80−60−40−2002040ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−180−135−90−450ωc​

Lingkar umpan balik satuan memiliki fungsi alih lingkar terbuka L(s) = 2/(s(s + 2)). Cari margin fasa PM dalam derajat.

L(s) = 2/(s(s + 2))
PM = °
37.Kestabilan: Routh–Hurwitz & tempat kedudukan akarSedang
R(s)+Ks + 8(s − 2)(s + 5)C(s)−

Plant G(s) = (s + 8)/((s − 2)(s + 5)) memiliki kutub tidak stabil di s = 2. Penguatan proporsional K menutup loop umpan balik satuan di sekelilingnya. Cari penguatan terkecil Kmin yang membuat loop tertutup stabil.

G(s) = (s + 8)/((s − 2)(s + 5))
Kmin =
38.Kestabilan: Routh–Hurwitz & tempat kedudukan akarSulit
ReIm−2−4−6−8−10−12j2−1

Untuk loop L(s) = K/(s(s + 3)(s + 10)), cari penguatan K yang menempatkan kutub loop tertutup di s = −1.

L(s) = K/(s(s + 3)(s + 10))s = −1
K =
39.Galat keadaan tunak & kendali PIDSedang
R(s)+K = 20,510s + 1C(s)−

Suatu proses G(s) = 0,5/(10s + 1) dikendalikan oleh penguatan proporsional K = 2 dalam loop umpan balik satuan. Cari galat keadaan tunak ess untuk undak, sebagai persentase dari ukuran undak.

G(s) = 0,5/(10s + 1)K = 2
ess = %
40.Galat keadaan tunak & kendali PIDSulit
R(s)+25 + Kd​s1s(s + 4)C(s)−

Pengendali PD C(s) = 25 + Kd·s mengendalikan plant G(s) = 1/(s(s + 4)) dalam loop umpan balik satuan. Cari penguatan turunan Kd yang memberi loop tertutup rasio redaman ζ = 0,6.

G(s) = 1/(s(s + 4))Kp = 25ζ = 0,6
Kd = s

3Larutan

1.Resistor seri & paralel

Jawaban: IR1 = 1,63 A

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

R1​ = 15 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​4 ΩAR4​15 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 = 8 + 15 = 23 Ω
R2 ∥ 23 = 4·23/(4+23) = 3,407 Ω
Req = R1 + 3,407 = 15 + 3,407 = 18,41 Ω

Arus dari sumber

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

IR1 = V1/Req = 30/18,41 = 1,63 A

Jawaban

IR1 = 1,63 A
2.Resistor seri & paralel

Jawaban: Req = 15,45 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​ = 10 ΩR3​ = 6 ΩR5​ = 10 Ω+−V1​5 VR2​10 ΩAR4​12 ΩBR6​2 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 = 10 + 2 = 12 Ω
R4 ∥ 12 = 6 Ω
R3 + 6 = 12 Ω
R2 ∥ 12 = 5,455 Ω
Req = R1 + 5,455 = 10 + 5,455 = 15,45 Ω

Jawaban

Req = 15,45 Ω
3.Analisis simpul

Jawaban: VB = 6,087 V

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

Bentuk supernode

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

VB = VA + Vs = VA + 4
VA/R1 + VB/R2 = Is

Selesaikan

VA/3 + (VA + 4)/20 = 1
VA = (1 − 4/20)/(1/3 + 1/20) = 2,087 V
VB = 2,087 + 4 = 6,087 V

Jawaban

VB = 6,087 V
4.Analisis simpul

Jawaban: IR4 = 0,0641 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​ = 10 ΩR2​ = 10 ΩR4​ = 4 Ω+−V1​5 VR3​10 ΩAR5​3 ΩBIs​2 A−+V2​5 V

Tentukan simpul

Ground adalah kawat bawah. Tegangan simpul yang diketahui langsung berasal dari sumber (V1 = 5 V, V2 = −5 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/10 + (VA − 5)/10 + (VA − VB)/10 = 0
0,3·VA − 0,1·VB = 0,5

KCL di simpul B

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

VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/3 + (VB − VA)/10 + (VB − (−5))/4 = (−2)
−0,1·VA + 0,6833·VB = −3,25

Selesaikan

Δ = (0,3)(0,6833) − (−0,1)(−0,1) = 0,195
VA = Δ1/Δ = 0,01667/0,195 = 0,08547 V
VB = Δ2/Δ = −0,925/0,195 = −4,744 V

Jawaban

IR4 = (VB − V2)/R4 = (−4,744 − −5)/4 = 0,0641 A
5.Analisis mesh

Jawaban: IR3 = 5,824 A

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

R1​ = 4 ΩR2​ = 10 Ω+−V1​30 VR3​2 ΩA+−V2​24 VI1​I2​

Tetapkan arus mesh

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

KVL di sekitar mesh 1

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

R1·I1 + R3(I1 − I2) = V1
4·I1 + 2(I1 − I2) = 30
6·I1 − 2·I2 = 30

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
10·I2 + 2(I2 − I1) = (−24)
−2·I1 + 12·I2 = −24

Selesaikan

Δ = (6)(12) − (−2)(−2) = 68
I1 = Δ1/Δ = 312/68 = 4,588 A
I2 = Δ2/Δ = −84/68 = −1,235 A

Jawaban

IR3 = I1 − I2 = 5,824 A

Arus mesh negatif mengalir berlawanan arah jarum jam.

6.Analisis mesh

Jawaban: VR4 = 5,064 V

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​ = 2 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​15 VR4​5 ΩAR5​8 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
8·I1 + 5(I1 − I2) = 15
13·I1 − 5·I2 = 15

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
2·I2 + 5(I2 − I1) + 8(I2 − I3) = 0
−5·I1 + 15·I2 − 8·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
30·I3 + 8(I3 − I2) = (−15)
−8·I2 + 38·I3 = −15

Selesaikan

Δ = determinan matriks koefisien = 5628
I1 = Δ1/Δ = 6990/5628 = 1,242 A
I2 = Δ2/Δ = 1290/5628 = 0,2292 A
I3 = Δ3/Δ = −1950/5628 = −0,3465 A

Jawaban

IR4 = I1 − I2 = 1,013 A
VR4 = IR4·R4 = 1,013·5 = 5,064 V

Arus mesh negatif mengalir berlawanan arah jarum jam.

7.Superposisi

Jawaban: PR4 = 23,58 W

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​ = 8 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​10 VR2​15 ΩAR4​12 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+12 = 24 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 15·24/(15+24) = 9,231 Ω
VA = 10·9,231/(8+9,231) = 5,357 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 5,357·12/24 = 2,679 V
IR4′ = (VB − 0)/R4 = (2,679 − 0)/12 = 0,2232 A
R1​ = 8 ΩR3​ = 12 ΩHUBUNG SINGKATR2​15 ΩAR4​12 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 = 8·15/(8+15) = 5,217 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 12 ∥ 17,22 = 7,071 Ω
VB = Is·Req = 2·7,071 = 14,14 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 14,14·5,217/17,22 = 4,286 V
IR4″ = (VB − 0)/R4 = (14,14 − 0)/12 = 1,179 A

Jumlahkan kontribusi arus

IR4 = IR4′ + IR4″ = 0,2232 + 1,179 = 1,402 A

Daya pada resistor

Daya bergantung pada kuadrat arus, jadi tidak mengikuti superposisi: jumlahkan dulu arusnya, lalu kuadratkan.

PR4 = IR4²·R4 = 1,402²·12 = 23,58 W

Jawaban

PR4 = 23,58 W

Menjumlahkan daya dari kasus-kasus terpisah akan memberi 17,27 W, dan itu salah.

8.Superposisi

Jawaban: I = 6,5 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 = 16,5
2·I₁ + I₂ + I₃ = 20
I₁ + I₂ − I₃ = 10,5

Selesaikan kontribusinya

I₁ = 20 − 16,5 = 3,5 mA
I₃ = (16,5 − 10,5)/2 = 3 mA
I₂ = 16,5 − 3,5 − 3 = 10 mA

Matikan V₂

I = I₁ + I₃ = 3,5 + 3 = 6,5 mA

Jawaban

I = 6,5 mA
9.Thévenin & Norton

Jawaban: Vth = 10,59 V

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​ = 5 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 = 2·15/(2+15) = 1,765 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,765 + 5 = 6,765 Ω
R1​ = 2 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​12 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) = 12·15/(2+15) = 10,59 V
10.Thévenin & Norton

Jawaban: IN = −4,244 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​30 VR2​30 ΩAIs​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) = 23,68 + (−5)·6,316 = −7,895 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −7,895 + (−5)·25 = −132,9 V
IN​4,244 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 = −132,9/31,32 = −4,244 A
11.Transien RC & RL

Jawaban: t = 6,285 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.

Konstanta waktu dan arus akhir

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

τ = L/R = 68 mH / 15 Ω = 4,533 ms
i(∞) = Vs/R = 12/15 = 0,8 A

Selesaikan untuk waktu

0,75 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0,75)
t = −4,533·ln(0,25) = 6,285 ms

Jawaban

t = 6,285 ms
12.Transien RC & RL

Jawaban: t = 1,648 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.

Nilai awal, nilai akhir, konstanta waktu

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

i(0) = 24/20 = 1,2 A
i(∞) = 24/(20 + 22) = 0,5714 A
τ = L/R = 100/42 = 2,381 ms
i(t) = 0,5714 + (1,2 − 0,5714)·e−t/τ

Selesaikan untuk waktu

e−t/τ = (0,886 − 0,5714)/(1,2 − 0,5714) = 0,5005
t = 2,381·ln(1,998) = 1,648 ms

Jawaban

t = 1,648 ms
13.Impedansi AC & fasor

Jawaban: P = 0,1275 W

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

Reaktansi

XL = 56,55 Ω, XC = 265,3 Ω

Impedansi

|Z| = √(40² + (−208,7)²) = 212,5 Ω

Daya nyata

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

I = 12/212,5 = 0,05647 A
P = I²·R = 0,05647²·40 = 0,1275 W

Jawaban

P = 0,1275 W
14.Impedansi AC & fasor

Jawaban: |Z| = 120,7 Ω

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

Reaktansi

XC = 1/(2π·200·2,2·10⁻⁶) = 361,7 Ω

Gabungan paralel

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

Zp = R₂·(−jXC)/(R₂ − jXC) = (R₂·XC² − jR₂²·XC)/(R₂² + XC²)
Zp = 92,9 − j25,68 Ω

Impedansi total

Z = 25 + 92,9 − j25,68 = 117,9 − j25,68 Ω
|Z| = √(117,9² + 25,68²) = 120,7 Ω

Jawaban

|Z| = 120,7 Ω
15.Daya AC & faktor daya

Jawaban: S = 576 VA

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

Arus

|Z| = √(15² + 20²) = 25 Ω
I = V/|Z| = 120/25 = 4,8 A

Daya semu

S = V·I = 120·4,8 = 576 VA

Jawaban

S = 576 VA
16.Daya AC & faktor daya

Jawaban: Inew = 44,37 A

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

Daya reaktif sebelum dan sesudah

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

Q1 = P·tan φ1 = 10·tan(49,46°) = 11,69 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 10·tan(11,48°) = 2,031 kvar
QC = Q1 − Q2 = 9,661 kvar

Arus saluran baru

Inew = P/(V·cos φ2) = 10000/(230·0,98) = 44,37 A

Jawaban

Inew = 44,37 A
17.Daya tiga fasa

Jawaban: P = 27,65 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| = √(9² + 12²) = 15 Ω
Iph = 480/15 = 32 A

Daya nyata total

Hanya bagian resistif dari setiap impedansi yang menyerap daya nyata.

P = 3·Iph²·R = 3·32²·9 = 27,65 kW

Jawaban

P = 27,65 kW

Periksa: cos φ = R/|Z| = 0,6, dan √3·VL·IL·cos φ memberikan daya yang sama.

18.Daya tiga fasa

Jawaban: Cph = 776,7 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 = 50·tan(acos 0,65) = 50·1,169 = 58,46 kvar
Q2 = 50·tan(acos 0,95) = 50·0,3287 = 16,43 kvar

Daya reaktif dari kapasitor

QC = Q1 − Q2 = 42,02 kvar

Kapasitansi per fasa

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

V = 415/√3 = 239,6 V, ω = 2π·50 = 314,2 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 14007/(314,2·239,6²) = 776,7 µF

Jawaban

Cph = 776,7 µF
19.Transformator

Jawaban: I1 = 12 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 = 240/2 = 120 V
I2 = 120/5 = 24 A

Arus primer

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

I1 = I2/2 = 12 A

Jawaban

I1 = 12 A

Periksa: beban yang terlihat dari sisi primer adalah a²·RL = 20 Ω, dan 240/20 memberikan arus yang sama.

20.Transformator

Jawaban: Sη,max = 144,3 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

x²·3750 = 1250 → x = √(1250/3750) = 0,5774

Beban pada efisiensi maksimum

Sη,max = x·S = 0,5774·250 = 144,3 kVA

Jawaban

Sη,max = 144,3 kVA
21.Rangkaian op-amp

Jawaban: Vin,max = 1,091 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.

Penguatan

Av = 1 + Rf/R1 = 1 + 10/1 = 11

Masukan terbesar sebelum terpotong

Vin,max = Vsat/|Av| = 12/11 = 1,091 V

Jawaban

Vin,max = 1,091 V
22.Rangkaian op-amp

Jawaban: Vout = −1,309 V

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

Arus masukan

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

I1 = V1/R1 = 0,7/22 = 0,03182 mA
I2 = V2/R2 = 1,3/47 = 0,02766 mA
If = I1 + I2 = 0,05948 mA

Tegangan keluaran

Vout = −Rf·If = −22·0,05948 = −1,309 V

Jawaban

Vout = −1,309 V
23.Dioda & transistor

Jawaban: IZ = 8,952 mA

Regulator Zener: dioda Zener bias mundur mempertahankan tegangannya VZ selama arusnya tetap di atas minimum IZ,min. Resistor seri R menanggung selisih antara masukan dan keluaran: IR = (Vin − VZ)/R. Arus itu terbagi antara beban, IL = VZ/RL, dan Zener: IZ = IR − IL. Rancang untuk kasus terburuk: masukan terendah dengan beban terbesar tetap harus menyisakan IZ,min, dan masukan tertinggi tanpa beban memberi daya Zener terbesar PZ = VZ·IZ.

Arus resistor

IR = 8,9/680 = 13,09 mA

Arus beban

IL = 9,1/2200 = 4,136 mA

Arus Zener

IZ = 13,09 − 4,136 = 8,952 mA

Jawaban

IZ = 8,952 mA
24.Dioda & transistor

Jawaban: ID = 35,83 mA

Rangkaian LED dan dioda: LED bias maju menjatuhkan tegangan sekitar tegangan majunya VF (sekitar 2 V untuk merah, 3 V untuk biru atau putih), berapa pun arusnya. Resistor seri menentukan arus: R = (Vs − n·VF)/I untuk n LED seri. Dengan model dioda yang lebih eksak V = V₀ + I·rd, titik kerja berada di tempat garis dioda berpotongan dengan garis beban I = (Vs − V)/R, sehingga I = (Vs − V₀)/(R + rd).

Gabungkan kedua persamaan

5 = 0,7 + I·(100 + 20)

Arus kerja

ID = 4,3/120 = 35,83 mA
VD = 0,7 + 0,03583·20 = 1,417 V

Jawaban

ID = 35,83 mA
25.Sistem bilangan

Jawaban: U = 253

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

3 = 0000 0011
dibalik: 1111 1100
+1 → 1111 1101

Baca sebagai tak bertanda

1111 1101₂ = 256 − 3 = 253

Jawaban

U = 253
26.Sistem bilangan

Jawaban: R = 32

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.

Bit demi bit

AND menghasilkan 1 hanya jika kedua bit adalah 1.

0011 0011
AND 1010 1100
= 0010 0000

Nilai hasil

0010 0000₂ = 32

Jawaban

R = 32
27.Logika digital: gerbang, peta-K & flip-flop

Jawaban: AB = 11, 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.

m15: m14, m13, m11, m7 → 0
ABCD00011110000111101111111

Angka 1 yang terisolasi

m15 = ABCD → AB = 11, CD = 11

Jawaban

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

Jawaban: N = 3

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.

CD, B′D′, BD, B′C, A′D, A′C, A′B′
ABCD0001111000011110X011131204X517X60121131150141809X11X10

Cakupan minimal

F = B′D′ + BD + A′D
N = 3

Jawaban

N = 3

Ada pengelompokan lain dengan ukuran sama; banyaknya suku dan literalnya sama.

29.Transformasi Laplace

Jawaban: f(0.1) = 3,392

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 + 6s + 10 = (s + 3)² + 1 = (s + 3)² + 1²

Cocokkan pembilangnya

F(s) = 4·(s + 3)/((s + 3)² + 1²) + (6/1)·1/((s + 3)² + 1²)

Transformasi balik

f(t) = e−3t·(4·cos 1t + 6·sin 1t)
f(0,1) = e−3·0,1·(4·cos(1·0,1) + 6·sin(1·0,1)) = 3,392

Jawaban

f(0,1) = 3,392
30.Transformasi Laplace

Jawaban: y(1.2) = 3,745

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).

Transformasikan persamaannya

Y(s) = 30/(s(s + 1)(s + 5))

Pecahan parsial

A = 30/(1·5) = 6
B = 30/((−1)·4) = −7,5
C = 30/((−5)·(−4)) = 1,5

Haluaran

y(t) = 6 − 7,5·e−t + 1,5·e−5t
y(1,2) = 3,745

Jawaban

y(1,2) = 3,745
31.Diagram blok

Jawaban: ess = 0,7692

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).

Konstanta galat posisi

Kₚ = G(0) = 4·2/(1·5) = 1,6

Galat keadaan tunak

ess = A/(1 + Kₚ) = 2/(1 + 1,6) = 0,7692

Jawaban

ess = 0,7692
32.Diagram blok

Jawaban: K = 65,33

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)) = 10·3/(4 + 3K)

Selesaikan untuk K

4 + 3K = 10·3/0,15 = 200
K = (200 − 4)/3 = 65,33

Jawaban

K = 65,33
33.Respons langkah

Jawaban: %OS = 9,4 %

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 = 56 → ωₙ = 7,483 rad/s
2ζωₙ = 9 → ζ = 9/(2·7,483) = 0,6013

Hasil

%OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²) = 100·e−2,364 = 9,4 %

Jawaban

%OS = 9,4 %
34.Respons langkah

Jawaban: %OS = 53,74 %

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/√(0,02·4,7 × 10⁻⁵) = 1031 rad/s
ζ = (R/2)·√(C/L) = (8/2)·√(4,7 × 10⁻⁵/0,02) = 0,1939

Hasil

%OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²) = 53,74 %

Jawaban

%OS = 53,74 %
35.Plot Bode dan margin

Jawaban: φ = 13,65 °

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 = 47/0,022 = 2136 rad/s
fc = 340 Hz → f/fc = 1400/340 = 4,117

Fasa

φ = 90° − atan(4,117) = 13,65°

Jawaban

φ = 13,65°
36.Plot Bode dan margin

Jawaban: PM = 65,53 °

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 penguatan

ω⁴ + 4ω² − 4 = 0
ω² = (−4 + √(16 + 4·4))/2 = 0,8284
ωc = 0,9102 rad/s

Margin fasa

∠L(jωc) = −90° − atan(0,9102/2) = −114,5°
PM = 180° + ∠L = 65,53°

Jawaban

PM = 65,53°
37.Kestabilan: Routh–Hurwitz & tempat kedudukan akar

Jawaban: Kmin = 1,25

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 − 2)(s + 5) + K(s + 8) = s² + (3 + K)s + (8K − 10)

Syarat

Untuk s² + c₁s + c₀ semua akar terletak di setengah bidang kiri tepat ketika c₁ > 0 dan c₀ > 0.

3 + K > 0 → K > −3
8K − 10 > 0 → K > 1,25
Kmin = 1,25

Jawaban

Kmin = 1,25
38.Kestabilan: Routh–Hurwitz & tempat kedudukan akar

Jawaban: K = 18

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.

Syarat besar

K = |s|·|s + 3|·|s + 10|

Hitung di titik tersebut

K = 1·2·9 = 18

Jawaban

K = 18

Periksa: s(s + 3)(s + 10) + K bernilai nol di s = −1.

39.Galat keadaan tunak & kendali PID

Jawaban: ess = 50 %

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 posisi

Kp = 2·0,5 = 1

Galat undak

ess = 100/(1 + 1) = 50 %

Jawaban

ess = 50 %
40.Galat keadaan tunak & kendali PID

Jawaban: Kd = 2 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 + 4) + 1(25 + Kds) = s² + (4 + 1Kd)s + 25

Frekuensi alami

ωₙ = √25 = 5 rad/s

Penguatan turunan

4 + 1Kd = 2·0,6·5 = 6
Kd = 2 s

Jawaban

Kd = 2 s

Suku turunan menambah redaman tanpa mengubah ωₙ.

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

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