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​ = 2 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​18 VR2​10 ΩAR4​2 ΩB

Cari resistansi ekuivalen Req yang dilihat sumber V1.

V1 = 18 VR1 = 2 ΩR2 = 10 ΩR3 = 10 ΩR4 = 2 Ω
Req = Ω
2.Resistor seri & paralelSulit
R1​ = 15 ΩR3​ = 8 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​18 VR2​6 ΩIR2​AR4​15 ΩBR6​6 Ω

Cari arus IR2 melalui R2.

V1 = 18 VR1 = 15 ΩR2 = 6 ΩR3 = 8 ΩR4 = 15 ΩR5 = 8 ΩR6 = 6 Ω
IR2 = A
3.Analisis simpulSedang
R1​20 Ω−+V1​15 VR2​3 Ω+−V2​6 VR3​20 Ω+−V3​15 VI3​A

Tiga cabang terhubung antara simpul A dan ground, seperti pada gambar. Gunakan analisis simpul untuk mencari arus I3 pada cabang 3, yang mengalir ke atas masuk ke simpul A searah panah.

V1 = 15 VR1 = 20 ΩV2 = 6 VR2 = 3 ΩV3 = 15 VR3 = 20 Ω
I3 = A
4.Analisis simpulSulit
R1​ = 2 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 2 ΩIR4​+−V1​6 VR3​5 ΩAR5​6 ΩBIs​4 A+−V2​5 V

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

V1 = 6 VIs = 4 AV2 = 5 VR1 = 2 ΩR2 = 4 ΩR3 = 5 ΩR4 = 2 ΩR5 = 6 Ω
IR4 = A
5.Analisis meshSedang
R1​ = 5 ΩR2​ = 20 Ω+−V1​18 VR3​3 ΩIR3​A+−V2​10 VI1​I2​

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

V1 = 18 VV2 = 10 VR1 = 5 ΩR2 = 20 ΩR3 = 3 Ω
IR3 = A
6.Analisis meshSulit
R1​ = 4 ΩR2​ = 8 ΩIR2​R3​ = 6 Ω+−V1​10 VR4​15 ΩAR5​4 ΩB+−V2​18 VI1​I2​I3​

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

V1 = 10 VV2 = 18 VR1 = 4 ΩR2 = 8 ΩR3 = 6 ΩR4 = 15 ΩR5 = 4 Ω
IR2 = A
7.SuperposisiSedang
rangkaian linearVs​Is​IRL​

Sebuah rangkaian resistif linear memuat satu sumber tegangan Vs dan satu sumber arus Is. Arus I melalui resistor beban diukur dua kali: dengan Vs = 6 V dan Is = 4 mA, I = 5,6 mA; dengan Vs = 5 V dan Is = 1 mA, I = 4,2 mA. Cari arus beban I ketika Vs = 4 V dan Is = 6 mA.

6 V, 4 mA → 5,6 mA5 V, 1 mA → 4,2 mAVs = 4 V, Is = 6 mA
I = mA
8.SuperposisiSulit
R1​ = 8 ΩR2​ = 12 ΩIR2​R4​ = 25 Ω+−V1​12 VR3​20 ΩAIs​0,5 AB+−V2​30 V

Gunakan superposisi untuk mencari arus IR2 melalui R2 searah panah.

V1 = 12 VIs = 0,5 AV2 = 30 VR1 = 8 ΩR2 = 12 ΩR3 = 20 ΩR4 = 25 Ω
IR2 = A
9.Thévenin & NortonSedang
R1​ = 20 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​24 VR2​6 ΩAab

Cari resistansi Thévenin Rth dilihat dari terminal a–b.

V1 = 24 VR1 = 20 ΩR2 = 6 ΩR3 = 10 Ω
Rth = Ω
10.Thévenin & NortonSulit
R1​ = 30 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​12 VR2​2 ΩAIs​2 ABab

Cari tegangan Thévenin Vth dilihat dari terminal a–b.

V1 = 12 VIs = 2 AR1 = 30 ΩR2 = 2 ΩR3 = 10 Ω
Vth = V
11.Transien RC & RLSedang
+−Vs​9 Vt = 0R = 20 ΩL10 mHi(t)

Induktor tidak dialiri arus sebelum sakelar ditutup pada t = 0. Cari energi W yang tersimpan dalam induktor pada t = 1 ms, dalam mJ.

Vs = 9 VR = 20 ΩL = 10 mHt = 1 ms
W = mJ
12.Transien RC & RLSulit
+−Vs​9 Vt = 0R = ?C1 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 6,75 V, tepat 250 ms setelah mulai. Dengan C = 1 µF, cari resistansi R yang diperlukan.

Vs = 9 VVth = 6,75 VT = 250 msC = 1 µF
R = kΩ
13.Impedansi AC & fasorSedang
120 V50 HzR = 25 ΩL = 50 mHC = 47 µFI

Rangkaian RLC seri dihubungkan ke sumber 120 V (rms), 50 Hz. Cari daya nyata P yang diambil dari sumber.

V = 120 V (rms)f = 50 HzR = 25 ΩL = 50 mHC = 47 µF
P = W
14.Impedansi AC & fasorSulit
12 V100 HzR = 25 ΩL = 250 mHC = 4,7 µF+−VC​

Rangkaian RLC seri dihubungkan ke sumber 12 V (rms), 100 Hz. Cari tegangan rms VC pada kapasitor.

V = 12 V (rms)f = 100 HzR = 25 ΩL = 250 mHC = 4,7 µF
VC = V
15.Daya AC & faktor dayaSedang
P = 15 kWQ = ?Sφ

Motor satu fase menyerap 15 kW pada faktor daya 0,85 tertinggal dari sumber 400 V. Cari daya reaktif Q yang ditariknya.

P = 15 kWpf = 0,85V = 400 V
Q = kvar
16.Daya AC & faktor dayaSulit
P1​ = 45 kWQ1​S1​φ

Sebuah transformator satu fase 100 kVA memasok beban 45 kW pada faktor daya 0,75 tertinggal. Berapa daya nyata tambahan ΔP yang dapat ditambahkan sebagai beban resistif (faktor daya satu) sebelum transformator mencapai rating kVA-nya?

Smax = 100 kVAP1 = 45 kWpf1 = 0,75
ΔP = kW
17.Daya tiga fasaSedang
ABCVL​ = 208 VZ = 24 + j18 Ωper fasa

Beban seimbang terhubung Δ dengan impedansi 24 + j18 Ω per fasa dihubungkan ke sumber tiga fasa seimbang dengan tegangan antarsaluran 208 V. Cari daya nyata total P yang diserap beban dalam kW.

VL = 208 VZ = 24 + j18 Ω per fasa
P = kW
18.Daya tiga fasaSulit
P = 50 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

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

P = 50 kWpf1 = 0,7pf2 = 0,98VL = 690 Vf = 60 Hz
QC = kvar
19.TransformatorSedang
6600 V230 VIHV​ = ?ILV​150 kVA

Sebuah transformator satu fasa 150 kVA, 6600/230 V bekerja pada beban pengenalnya. Anggap ideal. Cari arus IHV pada kumparan tegangan tinggi.

S = 150 kVAV1 = 6600 VV2 = 230 V
IHV = A
20.TransformatorSulit
200 kVA

Sebuah transformator satu fasa 200 kVA memiliki rugi inti 600 W dan rugi tembaga 900 W pada beban pengenal. Pada beban Sη,max berapa, dalam kVA, efisiensinya paling tinggi?

S = 200 kVAPcore = 600 WPcu,fl = 900 W
Sη,max = kVA
21.Rangkaian op-ampSedang
−+Vout​Rf​ = 4,7 kΩR1​ = 1 kΩVin​

Op-amp ideal dan dicatu ±15 V; keluarannya jenuh pada ±14 V. Penguat tak membalik diberi masukan gelombang sinus. Cari amplitudo masukan terbesar Vin,max (nilai puncak) agar keluaran tidak terpotong.

R1 = 1 kΩRf = 4,7 kΩVsat = ±14 V
Vin,max = V
22.Rangkaian op-ampSulit
−+Vout​Rf​ = 10 kΩV1​ = −2 VR1​ = 4,7 kΩV2​ = 2 VR2​ = 47 kΩ

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

V1 = −2 VV2 = 2 VR1 = 4,7 kΩR2 = 47 kΩRf = 10 kΩ
Vout = V
23.Dioda & transistorSedang
+−24 VR = ?5 × 2,1 V20 mA

5 LED kuning (tegangan maju 2,1 V masing-masing) dihubungkan seri dengan resistor ke catu 24 V. Cari resistansi R yang menetapkan arus sebesar 20 mA.

Vs = 24 VVF = 2,1 Vn = 5I = 20 mA
R = Ω
24.Dioda & transistorSulit
+−≤ 19 V150 Ω3,3 V

Regulator Zener 3,3 V memiliki resistor seri 150 Ω. Masukan dapat naik hingga 19 V, dan beban mungkin terlepas. Cari daya terbesar PZ,max yang harus didisipasikan Zener.

Vin,max = 19 VVZ = 3,3 VR = 150 Ω
PZ,max = mW
25.Sistem bilanganSedang
Komplemen dua 8-bit0−12806403201608040201

Atur bit sehingga menyimpan −109 dalam komplemen dua 8-bit. Dibaca sebagai bilangan tak bertanda, berapa nilai pola U?

N = −1098 bit
U =
26.Sistem bilanganSulit
klik bit untuk mengaturnya012806403201608040201

Atur bit menjadi hasil 8-bit dari 1111 0100 OR 0101 0110. Berapa nilai hasil R dalam desimal?

1111 0100OR0101 0110
R =
27.Logika digital: gerbang, peta-K & flip-flopSedang
ABCD000111100001111000011312141517060121130150140809011010

Pakai peta Karnaugh untuk mencari bentuk jumlah dari hasil kali (SOP) minimal dari F(A, B, C, D) = Σm(2, 3, 4, 5, 7, 13). Berapa suku hasil kali N yang dimilikinya?

F(A, B, C, D) = Σm(2, 3, 4, 5, 7, 13)
N =
28.Logika digital: gerbang, peta-K & flip-flopSulit
ABCD000111100001111010111312040517X6112013015X141819111110

Carilah bentuk SOP minimal dari F(A, B, C, D) = Σm(0, 1, 2, 3, 7, 8, 9, 10, 11, 12) + d(6, 14), dengan d menandai kondisi don’t-care. Berapa suku hasil kali N yang dimilikinya?

F(A, B, C, D) = Σm(0, 1, 2, 3, 7, 8, 9, 10, 11, 12) + d(6, 14)
N =
29.Transformasi LaplaceSedang
t (s)f(t)t = 0,1f(0,1) = ?

Tentukan f(t) untuk F(s) = (s + 35)/(s² + 10s + 25) dan hitung f(0,1).

F(s) = (s + 35)/(s² + 10s + 25)t = 0,1 s
f(0.1) =
30.Transformasi LaplaceSulit
t (s)y(t)t = 0,25y(0,25) = ?

Sebuah sistem memenuhi y″ + 7y′ + 12y = 12·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(0,25).

y″ + 7y′ + 12y = 12·u(t)u(t) = 2y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,25 s
y(0.25) =
31.Diagram blokSedang
R(s)+6(s + 3)(s + 1)(s + 5)G(s)C(s)−

Loop umpan balik negatif satuan memiliki G(s) = 6(s + 3)/((s + 1)(s + 5)). Masukan langkah berukuran 10 diberikan pada referensi. Tentukan galat keadaan tunak ess.

G(s) = 6(s + 3)/((s + 1)(s + 5))R = 10
ess =
32.Diagram blokSulit
R(s)+32s(s + 7)G(s)C(s)1H−

Plant G(s) = 32/(s(s + 7)) berada dalam loop umpan balik negatif dengan penguatan sensor H = 1. Kutub loop tertutupnya kompleks. Tentukan bagian riilnya σ.

G(s) = 32/(s(s + 7))H = 1
σ =
33.Respons langkahSedang
t (s)y(t)2

Sebuah sistem memiliki fungsi alih G(s) = 156/(s² + 12s + 78) dan menerima masukan langkah satuan. Cari rasio redaman ζ.

G(s) = 156/(s² + 12s + 78)
ζ =
34.Respons langkahSulit
+−12 VR = 45 ΩL = 50 mHC = 1 µFvC​

Rangkaian RLC seri dengan R = 45 Ω, L = 50 mH, dan C = 1 µF dihubungkan ke langkah 12 V pada t = 0. Kapasitor belum bermuatan dan tidak ada arus yang mengalir sebelum langkah. Tentukan persen overshoot %OS dari tegangan kapasitor.

R = 45 ΩL = 50 mHC = 1 µFV = 12 V
%OS = %
35.Plot Bode dan marginSedang
vin​C = 10 nFR = 47 kΩvout​

Filter lolos tinggi RC yang ditunjukkan memiliki R = 47 kΩ, C = 10 nF. Masukan sinusoidal 680 Hz diberikan. Cari penguatan |H| = |vout/vin| dalam dB.

R = 47 kΩC = 10 nFf = 680 Hz
|H| = dB
36.Plot Bode dan marginSulit
|H| (dB)0,10,1111010100100−60−40−2002040ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−180−135−90−450ωc​ = ?

Lingkar umpan balik satuan memiliki fungsi alih lingkar terbuka L(s) = 56/(s(s + 8)). Cari frekuensi persilangan penguatan ωc, tempat |L(jω)| = 1.

L(s) = 56/(s(s + 8))
ωc = rad/s
37.Kestabilan: Routh–Hurwitz & tempat kedudukan akarSedang
R(s)+Ks + 1(s − 1)(s + 1)C(s)−

Plant G(s) = (s + 1)/((s − 1)(s + 1)) memiliki kutub tidak stabil di s = 1. Penguatan proporsional K menutup loop umpan balik satuan di sekelilingnya. Cari penguatan terkecil Kmin yang membuat loop tertutup stabil.

G(s) = (s + 1)/((s − 1)(s + 1))
Kmin =
38.Kestabilan: Routh–Hurwitz & tempat kedudukan akarSulit
ReIm−0,5−1−1,5−2−2,5−3−3,5−4−4,5−50,5j0,5j1sb​

Tempat kedudukan akar dari L(s) = K/((s + 2)(s + 4)) ditampilkan. Cari penguatan K di titik pencar sb, tempat kedua kutub loop tertutup bertemu pada sumbu real.

L(s) = K/((s + 2)(s + 4))
K =
39.Galat keadaan tunak & kendali PIDSedang
R(s)+K(s + 4)(s + 5)C(s)−

Suatu loop umpan balik satuan memiliki G(s) = K/((s + 4)(s + 5)). Cari penguatan K yang memberikan galat keadaan tunak 4 % untuk masukan undak.

G(s) = K/((s + 4)(s + 5))ess = 4 %
K =
40.Galat keadaan tunak & kendali PIDSulit
R(s)+20 + Kd​s5s(s + 1)C(s)−

Pengendali PD C(s) = 20 + Kd·s mengendalikan plant G(s) = 5/(s(s + 1)) dalam loop umpan balik satuan. Cari penguatan turunan Kd yang memberi loop tertutup rasio redaman ζ = 0,707.

G(s) = 5/(s(s + 1))Kp = 20ζ = 0,707
Kd = s

3Larutan

1.Resistor seri & paralel

Jawaban: Req = 7,455 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​ = 2 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​18 VR2​10 ΩAR4​2 ΩB

Gabungkan resistor dari ujung terjauh

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

R3 + R4 = 10 + 2 = 12 Ω
R2 ∥ 12 = 10·12/(10+12) = 5,455 Ω
Req = R1 + 5,455 = 2 + 5,455 = 7,455 Ω

Jawaban

Req = 7,455 Ω
2.Resistor seri & paralel

Jawaban: IR2 = 0,669 A

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

R1​ = 15 ΩR3​ = 8 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​18 VR2​6 ΩAR4​15 ΩBR6​6 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 = 8 + 6 = 14 Ω
R4 ∥ 14 = 7,241 Ω
R3 + 7,241 = 15,24 Ω
R2 ∥ 15,24 = 4,305 Ω
Req = R1 + 4,305 = 15 + 4,305 = 19,31 Ω

Arus dari sumber

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

IR1 = V1/Req = 18/19,31 = 0,9324 A

Arus melalui R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 18 − 0,9324·15 = 4,014 V
IR2 = VA/R2 = 4,014/6 = 0,669 A

Jawaban

IR2 = 0,669 A
3.Analisis simpul

Jawaban: I3 = 0,5192 A

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

KCL di simpul A

Ambil kawat bawah sebagai ground. Setiap cabang mengalirkan (VA − Vk)/Rk keluar dari A, dengan Vk tegangan sumbernya (nol untuk resistor biasa). Arus-arus yang keluar dari A berjumlah nol.

(VA − (−15))/20 + (VA − 6)/3 + (VA − 15)/20 = 0

Selesaikan untuk VA

VA = ((−15)/20 + 6/3 + 15/20) / (1/20 + 1/3 + 1/20) = 2/0,4333 = 4,615 V

Arus cabang

Panah menunjuk ke atas melalui cabang, masuk ke simpul A.

I3 = (15 − VA)/R3 = (15 − 4,615)/20 = 0,5192 A

Jawaban

I3 = 0,5192 A

Hasil negatif berarti arus sebenarnya mengalir berlawanan dengan panah.

4.Analisis simpul

Jawaban: IR4 = 1,784 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​ = 2 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 2 Ω+−V1​6 VR3​5 ΩAR5​6 ΩBIs​4 A+−V2​5 V

Tentukan simpul

Ground adalah kawat bawah. Tegangan simpul yang diketahui langsung berasal dari sumber (V1 = 6 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/5 + (VA − 6)/2 + (VA − VB)/4 = 0
0,95·VA − 0,25·VB = 3

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)/4 + (VB − 5)/2 = 4
−0,25·VA + 0,9167·VB = 6,5

Selesaikan

Δ = (0,95)(0,9167) − (−0,25)(−0,25) = 0,8083
VA = Δ1/Δ = 4,375/0,8083 = 5,412 V
VB = Δ2/Δ = 6,925/0,8083 = 8,567 V

Jawaban

IR4 = (VB − V2)/R4 = (8,567 − 5)/2 = 1,784 A
5.Analisis mesh

Jawaban: IR3 = 2,343 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​ = 5 ΩR2​ = 20 Ω+−V1​18 VR3​3 ΩA+−V2​10 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
5·I1 + 3(I1 − I2) = 18
8·I1 − 3·I2 = 18

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
20·I2 + 3(I2 − I1) = (−10)
−3·I1 + 23·I2 = −10

Selesaikan

Δ = (8)(23) − (−3)(−3) = 175
I1 = Δ1/Δ = 384/175 = 2,194 A
I2 = Δ2/Δ = −26/175 = −0,1486 A

Jawaban

IR3 = I1 − I2 = 2,343 A

Arus mesh negatif mengalir berlawanan arah jarum jam.

6.Analisis mesh

Jawaban: IR2 = 0,05124 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​ = 8 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​10 VR4​15 ΩAR5​4 ΩB+−V2​18 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
4·I1 + 15(I1 − I2) = 10
19·I1 − 15·I2 = 10

KVL di sekitar mesh 2

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

R2·I2 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
8·I2 + 15(I2 − I1) + 4(I2 − I3) = 0
−15·I1 + 27·I2 − 4·I3 = 0

KVL di sekitar mesh 3

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

R3·I3 + R5(I3 − I2) = −V2
6·I3 + 4(I3 − I2) = (−18)
−4·I2 + 10·I3 = −18

Selesaikan

Δ = determinan matriks koefisien = 2576
I1 = Δ1/Δ = 1460/2576 = 0,5668 A
I2 = Δ2/Δ = 132/2576 = 0,05124 A
I3 = Δ3/Δ = −4584/2576 = −1,78 A

Jawaban

IR2 = I2 = 0,05124 A

Arus mesh negatif mengalir berlawanan arah jarum jam.

7.Superposisi

Jawaban: I = 4,4 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 respons sebagai jumlah kontribusi

Setiap kontribusi sebanding dengan sumbernya sendiri, dengan konstanta yang hanya bergantung pada resistor.

I = k₁·Vs + k₂·Is
6·k₁ + 4·k₂ = 5,6
5·k₁ + 1·k₂ = 4,2

Selesaikan konstantanya

Δ = (6)(1) − (4)(5) = −14
k₁ = Δ1/Δ = −11,2/−14 = 0,8
k₂ = Δ2/Δ = −2,8/−14 = 0,2
k₁ = 0,8 mA/V, k₂ = 0,2

Prediksi arus yang baru

I = 0,8·4 + 0,2·6 = 4,4 mA

Jawaban

I = 4,4 mA
8.Superposisi

Jawaban: IR2 = −0,209 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​ = 8 ΩR2​ = 12 ΩR4​ = 25 Ω+−V1​12 VR3​20 ΩATERBUKABHUBUNG SINGKAT

Kasus 1 · hanya V1

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

R3 ∥ (R2+R4) = 20 ∥ 37 = 12,98 Ω
VA = 12·12,98/(8+12,98) = 7,425 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 7,425·25/37 = 5,017 V
IR2′ = (VA − VB)/R2 = (7,425 − 5,017)/12 = 0,2007 A
R1​ = 8 ΩR2​ = 12 ΩR4​ = 25 ΩHUBUNG SINGKATR3​20 ΩAIs​0,5 ABHUBUNG SINGKAT

Kasus 2 · hanya Is

Kedua sumber tegangan menjadi hubung singkat. Iₛ terbagi di B antara R₄ (kini ke ground) dan R₂ yang seri dengan R₁ ∥ R₃.

R1 ∥ R3 = 5,714 Ω, jadi jalur kiri adalah R2+5,714 = 17,71 Ω
Req = R4 ∥ 17,71 = 10,37 Ω
VB = Is·Req = (−0,5)·10,37 = −5,184 V
VA = VB·5,714/17,71 = −1,672 V
IR2″ = (VA − VB)/R2 = (−1,672 − −5,184)/12 = 0,2926 A
R1​ = 8 ΩR2​ = 12 ΩR4​ = 25 ΩHUBUNG SINGKATR3​20 ΩATERBUKAB+−V2​30 V

Kasus 3 · hanya V2

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

R1 ∥ R3 = 8·20/(8+20) = 5,714 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 30·17,71/42,71 = 12,44 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 12,44·5,714/17,71 = 4,013 V
IR2‴ = (VA − VB)/R2 = (4,013 − 12,44)/12 = −0,7023 A

Jumlahkan kontribusinya

IR2 = IR2′ + IR2″ + IR2‴
IR2 = 0,2007 + 0,2926 + (−0,7023) = −0,209 A

Hasil negatif berarti sebenarnya arus mengalir berlawanan dengan panah.

9.Thévenin & Norton

Jawaban: Rth = 14,62 Ω

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

R1​ = 20 ΩR3​ = 10 ΩHUBUNG SINGKATR2​6 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 = 20·6/(20+6) = 4,615 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4,615 + 10 = 14,62 Ω
10.Thévenin & Norton

Jawaban: Vth = 24,5 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​ = 30 ΩR3​ = 10 ΩHUBUNG SINGKATR2​2 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 = 30·2/(30+2) = 1,875 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,875 + 10 = 11,88 Ω
R1​ = 30 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​12 VR2​2 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) = 0,75 + 2·1,875 = 4,5 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 4,5 + 2·10 = 24,5 V
11.Transien RC & RL

Jawaban: W = 0,757 mJ

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 = 10 mH / 20 Ω = 0,5 ms
i(∞) = Vs/R = 9/20 = 0,45 A

Arus pada waktu tertentu

i(t) = 0,45·(1 − e−1/0,5) = 0,3891 A

Energi tersimpan

W = ½·L·i² = ½·10·0,3891² = 0,757 mJ

Jawaban

W = 0,757 mJ
12.Transien RC & RL

Jawaban: R = 180,3 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

6,75 = 9·(1 − e−250/τ) → τ = 250/ln(9/(9 − 6,75))
τ = 250/1,386 = 180,3 ms

Hambatan

kΩ dikali µF menghasilkan milidetik.

R = τ/C = 180,3/1 = 180,3 kΩ

Jawaban

R = 180,3 kΩ
13.Impedansi AC & fasor

Jawaban: P = 108,1 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 = 15,71 Ω, XC = 67,73 Ω

Impedansi

|Z| = √(25² + (−52,02)²) = 57,71 Ω

Daya nyata

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

I = 120/57,71 = 2,079 A
P = I²·R = 2,079²·25 = 108,1 W

Jawaban

P = 108,1 W
14.Impedansi AC & fasor

Jawaban: VC = 22,17 V

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

Reaktansi

ω = 2πf = 2π·100 = 628,3 rad/s
XL = ωL = 628,3·0,25 = 157,1 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(628,3·4,7·10⁻⁶) = 338,6 Ω

Impedansi

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

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(25² + (−181,5)²) = 183,3 Ω

Arus

Arus yang sama mengalir melalui setiap elemen rangkaian seri.

I = V/|Z| = 12/183,3 = 0,06548 A

Tegangan pada kapasitor

VC = I·XC = 0,06548·338,6 = 22,17 V

Jawaban

VC = 22,17 V
15.Daya AC & faktor daya

Jawaban: Q = 9,296 kvar

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.

Sudut

φ = arccos(0,85) = 31,79°, tan φ = 0,6197

Daya reaktif

Q = P·tan φ = 15·0,6197 = 9,296 kvar

Jawaban

Q = 9,296 kvar
16.Daya AC & faktor daya

Jawaban: ΔP = 46,79 kW

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 beban yang ada

Q1 = 45·tan(arccos 0,75) = 39,69 kvar

Daya nyata total terbesar

Pada rating penuh S = Smax, dan Q tidak diubah oleh beban resistif.

P = √(Smax² − Q1²) = √(100² − 39,69²) = 91,79 kW

Daya nyata tambahan

ΔP = 91,79 − 45 = 46,79 kW

Jawaban

ΔP = 46,79 kW
17.Daya tiga fasa

Jawaban: P = 3,461 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 = 208 V

Arus fasa

|Z| = √(24² + 18²) = 30 Ω
Iph = 208/30 = 6,933 A

Daya nyata total

Hanya bagian resistif dari setiap impedansi yang menyerap daya nyata.

P = 3·Iph²·R = 3·6,933²·24 = 3,461 kW

Jawaban

P = 3,461 kW

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

18.Daya tiga fasa

Jawaban: QC = 40,86 kvar

Sistem tiga fasa seimbang: pada hubungan Y (bintang) tegangan antarsaluran adalah √3 kali tegangan fasa, VL = √3·Vph, dan arus saluran sama dengan arus fasa. Pada hubungan Δ (delta) tegangan antarsaluran sama dengan tegangan fasa dan arus saluran adalah √3 kali arus fasa, IL = √3·Iph. Daya total adalah tiga kali daya satu fasa: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ. Perbaikan faktor daya: kapasitor menyuplai daya reaktif secara lokal, QC = P·(tan φ1 − tan φ2). Masing-masing dari ketiga kapasitor menyuplai QC/3 = V²·ω·C, dengan V tegangan pada kapasitor tersebut: VL pada bank Δ, VL/√3 pada bank Y.

Daya reaktif sebelum dan sesudah

Daya nyata tidak berubah, sehingga setiap faktor daya menentukan daya reaktifnya: Q = P·tan φ.

Q1 = 50·tan(acos 0,7) = 50·1,02 = 51,01 kvar
Q2 = 50·tan(acos 0,98) = 50·0,2031 = 10,15 kvar

Daya reaktif dari kapasitor

QC = Q1 − Q2 = 40,86 kvar

Jawaban

QC = 40,86 kvar
19.Transformator

Jawaban: IHV = 22,73 A

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

Arus pengenal

Kedua kumparan membawa daya semu yang sama.

IHV = S/V = 150000/6600 = 22,73 A

Jawaban

IHV = 22,73 A
20.Transformator

Jawaban: Sη,max = 163,3 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

x²·900 = 600 → x = √(600/900) = 0,8165

Beban pada efisiensi maksimum

Sη,max = x·S = 0,8165·200 = 163,3 kVA

Jawaban

Sη,max = 163,3 kVA
21.Rangkaian op-amp

Jawaban: Vin,max = 2,456 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 + 4,7/1 = 5,7

Masukan terbesar sebelum terpotong

Vin,max = Vsat/|Av| = 14/5,7 = 2,456 V

Jawaban

Vin,max = 2,456 V
22.Rangkaian op-amp

Jawaban: Vout = 3,83 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 = −2/4,7 = −0,4255 mA
I2 = V2/R2 = 2/47 = 0,04255 mA
If = I1 + I2 = −0,383 mA

Tegangan keluaran

Vout = −Rf·If = −10·(−0,383) = 3,83 V

Jawaban

Vout = 3,83 V
23.Dioda & transistor

Jawaban: R = 675 Ω

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).

Tegangan pada resistor

VR = 24 − 5·2,1 = 13,5 V

Hambatan

R = 13,5/0,02 = 675 Ω

Jawaban

R = 675 Ω

Resistor menyerap daya 270 mW.

24.Dioda & transistor

Jawaban: PZ,max = 345,4 mW

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 Zener kasus terburuk

IZ = 15,7/150 = 104,7 mA

Daya Zener

PZ = 3,3·104,7 = 345,4 mW

Jawaban

PZ,max = 345,4 mW
25.Sistem bilangan

Jawaban: U = 147

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

109 = 0110 1101
dibalik: 1001 0010
+1 → 1001 0011

Baca sebagai tak bertanda

1001 0011₂ = 256 − 109 = 147

Jawaban

U = 147
26.Sistem bilangan

Jawaban: R = 246

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

OR menghasilkan 1 jika paling sedikit satu bit adalah 1.

1111 0100
OR 0101 0110
= 1111 0110

Nilai hasil

1111 0110₂ = 246

Jawaban

R = 246
27.Logika digital: gerbang, peta-K & flip-flop

Jawaban: N = 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.

ABCD000111100001111000011312141517060121130150140809011010

Kelompokkan angka 1

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

BC′D
A′CD
A′B′C
A′BC′

Bentuk SOP minimal

F = BC′D + A′CD + A′B′C + A′BC′
N = 4

Jawaban

N = 4

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

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′, AD′, A′C
ABCD000111100001111010111312040517X6112013015X141819111110

Cakupan minimal

F = B′ + AD′ + A′C
N = 3

Jawaban

N = 3
29.Transformasi Laplace

Jawaban: f(0.1) = 2,426

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 + 10s + 25 = (s + 5)²

Pecahan parsial

s + 35 = 1(s + 5) + 30
F(s) = 1/(s + 5) + 30/(s + 5)²

Transformasi balik

f(t) = e−5t + 30·t·e−5t
f(0,1) = (1 + 30·0,1)·e−5·0,1 = 2,426

Jawaban

f(0,1) = 2,426
30.Transformasi Laplace

Jawaban: y(0.25) = 0,4283

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) = 24/(s(s + 3)(s + 4))

Pecahan parsial

A = 24/(3·4) = 2
B = 24/((−3)·1) = −8
C = 24/((−4)·(−1)) = 6

Haluaran

y(t) = 2 − 8·e−3t + 6·e−4t
y(0,25) = 0,4283

Jawaban

y(0,25) = 0,4283
31.Diagram blok

Jawaban: ess = 2,174

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) = 6·3/(1·5) = 3,6

Galat keadaan tunak

ess = A/(1 + Kₚ) = 10/(1 + 3,6) = 2,174

Jawaban

ess = 2,174
32.Diagram blok

Jawaban: σ = −3,5

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

Persamaan karakteristik

s(s + 7) + 32·1 = 0 → s² + 7s + 32 = 0

Akar

s = −3,5 ± j·√(32 − 12,25) = −3,5 ± j4,444
σ = −3,5

Jawaban

σ = −3,5
33.Respons langkah

Jawaban: ζ = 0,6794

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 = 78 → ωₙ = 8,832 rad/s
2ζωₙ = 12 → ζ = 12/(2·8,832) = 0,6794

Hasil

ζ = 0,6794

Jawaban

ζ = 0,6794
34.Respons langkah

Jawaban: %OS = 72,78 %

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/√(0,05·1 × 10⁻⁶) = 4472 rad/s
ζ = (R/2)·√(C/L) = (45/2)·√(1 × 10⁻⁶/0,05) = 0,1006

Hasil

%OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²) = 72,78 %

Jawaban

%OS = 72,78 %
35.Plot Bode dan margin

Jawaban: |H| = −0,9621 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.

Frekuensi sudut

ωc = 1/(RC) = 1/(47000·1 × 10⁻⁸) = 2128 rad/s
fc = 338,6 Hz → f/fc = 680/338,6 = 2,008

Penguatan

|H| = 2,008/√(1 + 2,008²) = 0,8951
20·log₁₀(0,8951) = −0,9621 dB

Jawaban

|H| = −0,9621 dB
36.Plot Bode dan margin

Jawaban: ωc = 5,701 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 penguatan

ω⁴ + 64ω² − 3136 = 0
ω² = (−64 + √(4096 + 4·3136))/2 = 32,5
ωc = 5,701 rad/s

Jawaban

ωc = 5,701 rad/s
37.Kestabilan: Routh–Hurwitz & tempat kedudukan akar

Jawaban: Kmin = 1

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 − 1)(s + 1) + K(s + 1) = s² + (0 + K)s + (1K − 1)

Syarat

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

0 + K > 0 → K > 0
1K − 1 > 0 → K > 1
Kmin = 1

Jawaban

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

Jawaban: K = 1

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.

Titik pencar

dK/ds = 0 untuk K = −(s + 2)(s + 4) memberikan 2s + 6 = 0.

sb = −3

Syarat besar

K = |−3 + 2|·|−3 + 4| = 1·1 = 1

Jawaban

K = 1

Pada penguatan ini loop tertutup teredam kritis (ζ = 1).

39.Galat keadaan tunak & kendali PID

Jawaban: K = 480

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) = 0,04 → Kp = 24

Penguatan

K/20 = 24 → K = 480

Jawaban

K = 480

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

40.Galat keadaan tunak & kendali PID

Jawaban: Kd = 2,628 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 + 1) + 5(20 + Kds) = s² + (1 + 5Kd)s + 100

Frekuensi alami

ωₙ = √100 = 10 rad/s

Penguatan turunan

1 + 5Kd = 2·0,707·10 = 14,14
Kd = 2,628 s

Jawaban

Kd = 2,628 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