Analisis Litar 2: litar AU: pek ulang kaji kilat

Lembaran formula, langkah kaedah utama untuk setiap topik dan 16 soalan latihan, dengan penyelesaian penuh di bahagian belakang.

Soalan baharuKembali ke kursus

Dalam tetingkap cetak, pilih “Simpan sebagai PDF” untuk menyimpan salinan pada peranti anda.

1Formula dan kaedah

Nombor kompleks

Bentuk Cartes
z = a + jb, j² = −1, z̄ = a − jb
Modulus dan argumen
|z| = √(a² + b²), tan θ = b/a (check the quadrant)
Bentuk kutub dan eksponen
z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·ejθ
Pembahagian
z₁/z₂ = z₁z̄₂/|z₂|²
Hasil darab dan hasil bahagi
r₁∠θ₁ · r₂∠θ₂ = r₁r₂∠(θ₁ + θ₂), r₁∠θ₁ / r₂∠θ₂ = (r₁/r₂)∠(θ₁ − θ₂)
De Moivre
(r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ
Punca ke-n
zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0 … n − 1
Kuadratik dengan p² < 4q
z = −p/2 ± j√(q − p²/4)

Kaedah

  1. Tentukan bentuk yang sesuai dengan operasi: bentuk Cartes a + jb untuk menambah dan menolak, bentuk kutub r∠θ untuk mendarab, membahagi, kuasa dan punca.
  2. Kembangkan dengan j² = −1; bahagi dengan mendarab pengangka dan penyebut dengan konjugat penyebut.
  3. Tukar dengan r = √(a² + b²) dan θ daripada lakaran titik itu (semak kuadran), dan kembali dengan a = r cos θ, b = r sin θ.
  4. Untuk kuasa gunakan De Moivre, (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ; untuk zⁿ = R∠φ senaraikan semua n punca R1/n∠((φ + 360°k)/n).

Impedans AU & fasor

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

Kaedah

  1. Tukar frekuensi: ω = 2πf.
  2. Cari setiap reaktans: XL = ωL dan XC = 1/(ωC).
  3. Tambah impedans seperti perintang, dengan Z = R + jX.
  4. Cari magnitud |Z| = √(R² + X²) dan sudut φ = atan(X/R), kemudian gunakan hukum Ohm dengan fasor.

Kuasa AU & faktor kuasa

Kuasa nyata
P = V·I·cos φ
Kuasa reaktif
Q = V·I·sin φ
Kuasa ketara
S = V·I = √(P² + Q²)
Faktor kuasa
pf = cos φ = P/S
Kapasitor pembetulan
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(ωV²)

Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Frekuensi tabii
ω0 = 1/√(LC), f0 = 1/(2π√(LC))
Tenaga
W = ½CV0² = ½Cv² + ½Li²
Arus puncak
Imax = V0√(C/L)
Faktor kualiti
Q = 2π·(energy stored)/(energy lost per cycle)
RLC siri
Q = (1/R)√(L/C), BW = R/(2πL)
RLC selari
Q = R√(C/L), BW = 1/(2πRC)
Lebar jalur
BW = f2 − f1 = f0/Q, f0 = √(f1f2)
Frekuensi separuh kuasa
f1,2 = f0(√(1 + 1/(4Q²)) ∓ 1/(2Q))
Tangki dengan rintangan gegelung r
RD = L/(C·r) = Q²·r
Susutan amplitud
e−Rt/(2L)

Kaedah

  1. Cari frekuensi salunan dahulu: ω₀ = 1/√(LC) dan f₀ = ω₀/(2π).
  2. Tentukan sama ada litar siri atau selari: siri Q = (1/R)√(L/C), selari Q = R√(C/L).
  3. Gunakan BW = f₀/Q untuk lebar jalur, atau jalan pintas R/(2πL) (siri) dan 1/(2πRC) (selari).
  4. Untuk soalan tenaga, gunakan bahawa jumlah tenaga ½CV₀² kekal malar dalam litar LC unggul dan berayun antara C dan L setiap suku tempoh.

Kuasa tiga fasa

Sambungan Y
VL = √3·Vph, IL = Iph
Sambungan Δ
VL = Vph, IL = √3·Iph
Jumlah kuasa nyata
P = √3·VL·IL·cos φ = 3·Iph²·R
Kuasa ketara dan reaktif
S = √3·VL·IL, Q = P·tan φ
Kapasitor pembetulan
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(3ωV²)
Voltan merentasi setiap kapasitor
Δ: VL Y: VL/√3
Masukan motor
Pin = Pout/η

Fana RC & RL

Pemalar masa
τ = RC | τ = L/R
Sambutan
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
Kapasitor pada AT
litar buka; vC tidak boleh melompat
Induktor pada AT
litar pintas; iL tidak boleh melompat
Mantap
t ≈ 5τ

Kaedah

  1. Cari nilai awal sejurus selepas pensuisan: voltan kapasitor dan arus induktor tidak boleh melompat.
  2. Cari nilai akhir lama selepas pensuisan: kapasitor bertindak sebagai litar buka, induktor sebagai litar pintas.
  3. Cari pemalar masa: τ = RC atau τ = L/R, menggunakan rintangan yang dilihat oleh kapasitor atau induktor.
  4. Gunakan x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ.

Thévenin & Norton

Voltan Thévenin
Vth = Vopen circuit
Rintangan Thévenin
Rth: semua sumber dimatikan, dilihat dari a–b
Arus Norton
IN = Vth/Rth
Arus beban
IL = Vth/(Rth + RL)
Pemindahan kuasa maksimum
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

Kaedah

  1. Keluarkan beban dan tandakan dua terminal a dan b.
  2. Cari voltan litar buka antara a dan b: inilah Vth.
  3. Matikan semua sumber bebas dan cari rintangan yang dilihat dari a–b: inilah Rth.
  4. Pasang semula beban pada litar setara: Vth bersiri dengan Rth.
  5. Untuk setara Norton, tukarkan: IN = Vth/Rth, dengan RN = Rth secara selari.

2Soalan latihan

1.Nombor kompleksSederhana
ReIm11−1−122−2−2θz

Tulis z = 2∠−75° dalam bentuk Cartes a + jb dan beri bahagian khayalan b.

r = 2θ = −75°
b =
2.Nombor kompleksSukar
ReIm11−1−122−2−2z₁z₂

Persamaan z² − 4z + 10.25 = 0 mempunyai dua punca kompleks. Cari modulusnya |z|.

p = −4q = 10.25
|z| =
3.Impedans AU & fasorSederhana
24 V100 HzR = 100 ΩL = 150 mHC = 2.2 µFI

Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 24 V (rms), 100 Hz. Cari kuasa nyata P yang diambil daripada bekalan.

V = 24 V (rms)f = 100 HzR = 100 ΩL = 150 mHC = 2.2 µF
P = W
4.Impedans AU & fasorSukar
10 V60 HzR = 15 ΩL = 250 mHC = 100 µF

Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 10 V (rms), 60 Hz. Cari frekuensi salunan f0 litar itu.

V = 10 V (rms)f = 60 HzR = 15 ΩL = 250 mHC = 100 µF
f0 = Hz
5.Kuasa AU & faktor kuasaSederhana
240 V17 kW, 0.65225 kW, 0.8I = ?

Dua beban disambung selari pada bekalan fasa tunggal 240 V: beban 7 kW pada faktor kuasa 0.65 ketinggalan dan beban 25 kW pada faktor kuasa 0.8 ketinggalan. Cari jumlah arus I yang ditarik daripada bekalan.

V = 240 VP1 = 7 kW, pf1 = 0.65 ketinggalanP2 = 25 kW, pf2 = 0.8 ketinggalan
I = A
6.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
P = 20 kWQ1​S1​φ1​QC​

Satu beban fasa tunggal mengambil 20 kW pada faktor kuasa 0.65 ketinggalan daripada bekalan 240 V, 50 Hz. Kapasitor yang disambung secara selari meningkatkan faktor kuasa kepada 0.95. Cari arus talian baharu Inew.

P = 20 kWpf1 = 0.65pf2 = 0.95V = 240 Vf = 50 Hz
Inew = A
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSederhana
V5 Ω47 µH470 nF

Litar RLC siri mempunyai R = 5 Ω, L = 47 µH dan C = 470 nF. Cari lebar jalurnya BW dalam kHz.

R = 5 ΩL = 47 µHC = 470 nF
BW = kHz
8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSukar
VR = ?2.2 mHC

Litar salunan siri menggunakan induktor 2.2 mH. Jumlah rintangan siri R yang manakah memberikan lebar jalur 100 kHz?

L = 2.2 mHBW = 100 kHz
R = Ω
9.Kuasa tiga fasaSederhana
ABCVL​ = 400 VIL​ = 15 Acos φ = 0.7ketinggalan

Satu beban tiga fasa seimbang mengambil arus talian 15 A daripada bekalan dengan voltan antara talian 400 V. Faktor kuasanya 0.7 ketinggalan. Cari jumlah kuasa nyata P yang diambil oleh beban dalam kW.

VL = 400 VIL = 15 Acos φ = 0.7
P = kW
10.Kuasa tiga fasaSukar
P = 60 kWφ1​S1​Q2​QC​

Satu beban tiga fasa seimbang mengambil 60 kW pada faktor kuasa 0.78 ketinggalan daripada bekalan 415 V (antara talian), 60 Hz. Satu bank kapasitor tiga fasa secara selari dengan beban mesti menaikkan faktor kuasa keseluruhan kepada 0.9 ketinggalan. Kuasa nyata kekal sama. Kapasitor disambung secara Δ. Cari kapasitans Cph setiap kapasitor dalam µF.

P = 60 kWpf1 = 0.78pf2 = 0.9VL = 415 Vf = 60 Hz
Cph = µF
11.Fana RC & RLSederhana
R = 50 Ωt = 0L33 mHi(t)

Induktor membawa arus mantap 1.5 A. Pada t = 0 suis menutup gelung melalui R dan sumber dialihkan, maka arus induktor mereput melalui R. Cari voltan vR merentasi R pada t = 1 ms.

i(0) = 1.5 AR = 50 ΩL = 33 mHt = 1 ms
vR = V
12.Fana RC & RLSukar
+−Vs​5 Vt = 0R = 3.3 kΩC33 µF+−vC​vC​(0) = 15 V

Sejurus sebelum suis ditutup pada t = 0, kapasitor menyimpan 15 V dengan polariti seperti yang ditunjukkan. Berapa lama masa yang diambil untuk vC mencapai 11 V? Cari t.

Vs = 5 VR = 3.3 kΩC = 33 µFvC(0) = 15 V
t = ms
13.Thévenin & NortonSederhana
R1​ = 12 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​15 VR2​3 ΩAab

Cari voltan Thévenin Vth yang dilihat dari terminal a–b.

V1 = 15 VR1 = 12 ΩR2 = 3 ΩR3 = 20 Ω
Vth = V
14.Thévenin & NortonSukar
R1​ = 15 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​9 VR2​4 ΩAIs​0.5 ABab

Cari voltan Thévenin Vth yang dilihat dari terminal a–b.

V1 = 9 VIs = 0.5 AR1 = 15 ΩR2 = 4 ΩR3 = 20 Ω
Vth = V
15.Plot Bode dan marginSederhana
vin​L = 2 mHC = 0.22 µFR = 2 Ωvout​

Dalam penapis laluan jalur RLC sesiri yang ditunjukkan output diambil merentasi R = 2 Ω, dengan L = 2 mH dan C = 0.22 µF. Cari faktor kualiti Q.

R = 2 ΩL = 2 mHC = 0.22 µF
Q =
16.Plot Bode dan marginSukar
|H| (dB)0.10.1111010100100−60−40−2002040ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−180−135−90−450ωc​ = ?

Gelung suap balik unit mempunyai fungsi pindah gelung terbuka L(s) = 42.5/(s(s + 5)). Cari frekuensi lintasan gandaan ωc, di mana |L(jω)| = 1.

L(s) = 42.5/(s(s + 5))
ωc = rad/s

3Larutan

1.Nombor kompleks

Jawapan: b = −1.932

Bentuk kutub: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·ejθ, dengan r = |z| dan θ = arg z. Kembali kepada bentuk Cartes: a = r cos θ, b = r sin θ. Argumen memerlukan kuadran: θ = atan(b/a) hanya apabila a > 0; untuk a < 0 tambah atau tolak 180°. Dalam bentuk kutub pendaraban mudah: darabkan modulus dan tambah argumen; untuk pembahagian bahagikan modulus dan tolak argumen.

Komponen

a = 2·cos(−75°) = 0.5176
b = 2·sin(−75°) = −1.932

Bentuk Cartes

z = 0.5176 − j1.932
b = −1.932

Jawapan

b = −1.932
2.Nombor kompleks

Jawapan: |z| = 3.202

De Moivre dan punca: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ. Persamaan zⁿ = R∠φ mempunyai tepat n punca, semuanya dengan modulus R1/n, pada argumen (φ + 360°·k)/n untuk k = 0, 1, …, n − 1: ia terletak berjarak sama pada bulatan, 360°/n antara satu sama lain. Persamaan kuadratik z² + pz + q = 0 dengan p² < 4q mempunyai punca kompleks z = −p/2 ± j√(q − p²/4); polinomial dengan pekali nyata sentiasa mempunyai punca kompleksnya dalam pasangan konjugat a ± jb.

Pembezalayan

p² − 4q = 16 − 41 = −25 < 0

Rumus kuadratik

z = (4 ± j√25)/2 = 2 + j2.5, 2 − j2.5

Jawapan

|z| = √(2² + 2.5²) = √10.25 = 3.202

Jawapan

|z| = 3.202
3.Impedans AU & fasor

Jawapan: P = 0.1419 W

Litar AU dengan fasor: perintang, induktor dan kapasitor mempunyai impedans R, jωL dan 1/(jωC), dengan ω = 2πf. Dalam sambungan bersiri, impedans ditambah seperti rintangan, tetapi sebagai nombor kompleks. Arus dan voltan rms mengikut hukum Ohm dengan |Z|.

Reaktans

XL = 94.25 Ω, XC = 723.4 Ω

Impedans

|Z| = √(100² + (−629.2)²) = 637.1 Ω

Kuasa nyata

Induktor dan kapasitor hanya menyimpan dan mengembalikan tenaga; perintang menyerap semua kuasa nyata.

I = 24/637.1 = 0.03767 A
P = I²·R = 0.03767²·100 = 0.1419 W

Jawapan

P = 0.1419 W
4.Impedans AU & fasor

Jawapan: f0 = 31.83 Hz

Litar AU dengan fasor: perintang, induktor dan kapasitor mempunyai impedans R, jωL dan 1/(jωC), dengan ω = 2πf. Dalam sambungan bersiri, impedans ditambah seperti rintangan, tetapi sebagai nombor kompleks. Arus dan voltan rms mengikut hukum Ohm dengan |Z|.

Salunan

Pada salunan, reaktans induktif dan kapasitif saling membatalkan: ωL = 1/(ωC). Frekuensi bekalan tidak penting.

f0 = 1/(2π√(LC)) = 1/(2π·√(0.25·100·10⁻⁶)) = 31.83 Hz

Jawapan

f0 = 31.83 Hz
5.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: I = 174.3 A

Kuasa AU: kuasa ketara S = V·I (VA) terpecah kepada kuasa nyata P = S·cos φ (W), yang melakukan kerja berguna, dan kuasa reaktif Q = S·sin φ (var), yang bergerak ulang-alik antara sumber dan beban. Faktor kuasa ialah cos φ. Kapasitor secara selari membekalkan kuasa reaktif secara setempat, jadi arus talian menurun untuk kuasa nyata yang sama.

Kuasa reaktif setiap beban

Beban ketinggalan mengambil kuasa reaktif (Q > 0); beban mendahului membekalkannya (Q < 0).

Q1 = 7·tan(arccos 0.65) = 8.184 kvar
Q2 = 25·tan(arccos 0.8) = 18.75 kvar

Jumlah

P = 7 + 25 = 32 kW
Q = 8.184 + 18.75 = 26.93 kvar
S = √(32² + 26.93²) = 41.83 kVA

Jumlah arus

I = S/V = 41826/240 = 174.3 A

Jawapan

I = 174.3 A
6.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: Inew = 87.72 A

Kuasa AU: kuasa ketara S = V·I (VA) terpecah kepada kuasa nyata P = S·cos φ (W), yang melakukan kerja berguna, dan kuasa reaktif Q = S·sin φ (var), yang bergerak ulang-alik antara sumber dan beban. Faktor kuasa ialah cos φ. Kapasitor secara selari membekalkan kuasa reaktif secara setempat, jadi arus talian menurun untuk kuasa nyata yang sama.

Kuasa reaktif sebelum dan selepas

Kuasa nyata P tidak berubah; hanya kuasa reaktif yang diambil daripada bekalan berubah.

Q1 = P·tan φ1 = 20·tan(49.46°) = 23.38 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 20·tan(18.19°) = 6.574 kvar
QC = Q1 − Q2 = 16.81 kvar

Arus talian baharu

Inew = P/(V·cos φ2) = 20000/(240·0.95) = 87.72 A

Jawapan

Inew = 87.72 A
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: BW = 16.93 kHz

Faktor Q dan lebar jalur: dalam litar salunan Q = 2π·(tenaga tersimpan)/(tenaga hilang setiap kitaran). Bagi RLC siri Q = ω0L/R = (1/R)√(L/C); bagi RLC selari Q = R/(ω0L) = R√(C/L). Lebar jalur antara frekuensi separuh kuasa f1 dan f2 (di mana kuasa separuh dan arus atau voltan 1/√2 daripada puncaknya) ialah BW = f2 − f1 = f0/Q, iaitu R/(2πL) dalam siri dan 1/(2πRC) dalam selari. Frekuensi salunan ialah min geometri f0 = √(f1f2), dan f1,2 = f0(√(1 + 1/(4Q²)) ∓ 1/(2Q)). Kehilangan juga menyebabkan ayunan susut: dalam RLC siri amplitud menurun sebagai e−Rt/(2L).

Lebar jalur dalam rad/s

R/L = 5/4.7 × 10⁻⁵ = 106383 rad/s

Lebar jalur dalam Hz

BW = 106383/(2π) = 16931 Hz = 16.93 kHz

Jawapan

BW = 16.93 kHz

Dengan f₀ = 33.86 kHz ini memberikan Q = 2.

8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: R = 1382 Ω

Faktor Q dan lebar jalur: dalam litar salunan Q = 2π·(tenaga tersimpan)/(tenaga hilang setiap kitaran). Bagi RLC siri Q = ω0L/R = (1/R)√(L/C); bagi RLC selari Q = R/(ω0L) = R√(C/L). Lebar jalur antara frekuensi separuh kuasa f1 dan f2 (di mana kuasa separuh dan arus atau voltan 1/√2 daripada puncaknya) ialah BW = f2 − f1 = f0/Q, iaitu R/(2πL) dalam siri dan 1/(2πRC) dalam selari. Frekuensi salunan ialah min geometri f0 = √(f1f2), dan f1,2 = f0(√(1 + 1/(4Q²)) ∓ 1/(2Q)). Kehilangan juga menyebabkan ayunan susut: dalam RLC siri amplitud menurun sebagai e−Rt/(2L).

Lebar jalur siri

BW = R/(2πL)

Rintangan

R = 2π·0.0022·100000 = 1382 Ω

Jawapan

R = 1382 Ω
9.Kuasa tiga fasa

Jawapan: P = 7.275 kW

Sistem tiga fasa seimbang: dalam sambungan Y (bintang) voltan antara talian ialah √3 kali voltan fasa, VL = √3·Vph, dan arus talian sama dengan arus fasa. Dalam sambungan Δ (delta) voltan antara talian sama dengan voltan fasa dan arus talian ialah √3 kali arus fasa, IL = √3·Iph. Jumlah kuasa ialah tiga kali kuasa satu fasa: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ.

Kuasa ketara

S = √3·VL·IL = √3·400·15 = 10.39 kVA

Kuasa nyata

P = S·cos φ = 10.39·0.7 = 7.275 kW

Jawapan

P = 7.275 kW
10.Kuasa tiga fasa

Jawapan: Cph = 97.94 µF

Sistem tiga fasa seimbang: dalam sambungan Y (bintang) voltan antara talian ialah √3 kali voltan fasa, VL = √3·Vph, dan arus talian sama dengan arus fasa. Dalam sambungan Δ (delta) voltan antara talian sama dengan voltan fasa dan arus talian ialah √3 kali arus fasa, IL = √3·Iph. Jumlah kuasa ialah tiga kali kuasa satu fasa: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ. Pembetulan faktor kuasa: kapasitor membekalkan kuasa reaktif secara setempat, QC = P·(tan φ1 − tan φ2). Setiap satu daripada tiga kapasitor membekalkan QC/3 = V²·ω·C, dengan V ialah voltan merentasi kapasitor itu: VL dalam bank Δ, VL/√3 dalam bank Y.

Kuasa reaktif sebelum dan selepas

Kuasa nyata tidak berubah, jadi setiap faktor kuasa menentukan kuasa reaktif: Q = P·tan φ.

Q1 = 60·tan(acos 0.78) = 60·0.8023 = 48.14 kvar
Q2 = 60·tan(acos 0.9) = 60·0.4843 = 29.06 kvar

Kuasa reaktif daripada kapasitor

QC = Q1 − Q2 = 19.08 kvar

Kapasitans setiap fasa

Dalam bank Δ setiap kapasitor disambung antara dua talian.

V = 415 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 6359/(377·415²) = 97.94 µF

Jawapan

Cph = 97.94 µF
11.Fana RC & RL

Jawapan: vR = 16.48 V

Fana peringkat pertama: dalam litar dengan satu kapasitor atau satu induktor, setiap voltan dan arus bergerak secara eksponen daripada nilai awalnya kepada nilai akhirnya: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, dengan τ = RC atau τ = L/R. Selepas kira-kira 5τ litar telah mantap.

Pemalar masa

τ = L/R = 33 mH / 50 Ω = 0.66 ms

Pereputan arus

i(t) = 1.5·e−1/0.66 = 0.3297 A
vR = R·i = 50·0.3297 = 16.48 V

Jawapan

vR = 16.48 V
12.Fana RC & RL

Jawapan: t = 55.63 ms

Fana peringkat pertama: dalam litar dengan satu kapasitor atau satu induktor, setiap voltan dan arus bergerak secara eksponen daripada nilai awalnya kepada nilai akhirnya: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, dengan τ = RC atau τ = L/R. Selepas kira-kira 5τ litar telah mantap.

Nilai awal, nilai akhir, pemalar masa

Voltan kapasitor tidak boleh melompat, jadi ia bermula pada nilai yang tersimpan dan menuju ke voltan sumber.

vC(0) = 15 V, vC(∞) = Vs = 5 V
τ = R·C = 3.3 kΩ · 33 µF = 108.9 ms
vC(t) = 5 + (15 − 5)·e−t/τ

Selesaikan untuk masa

11 = 5 + (10)·e−t/τ → e−t/τ = (11 − 5)/(15 − 5) = 0.6
t = τ·ln((15 − 5)/(11 − 5)) = 108.9·ln(1.667) = 55.63 ms

Jawapan

t = 55.63 ms
13.Thévenin & Norton

Jawapan: Vth = 3 V

Teorem Thévenin: mana-mana rangkaian linear dua terminal berkelakuan seperti satu sumber voltan Vth secara bersiri dengan rintangan Rth. Teorem Norton memberikan rangkaian yang sama sebagai sumber arus IN = Vth/Rth selari dengan Rth.

R1​ = 12 ΩR3​ = 20 ΩPINTASR2​3 ΩAabRth​

Cari Rth dengan semua sumber dimatikan

Gantikan sumber voltan dengan litar pintas dan sumber arus dengan litar buka, kemudian lihat ke dalam litar dari a–b.

R1 ∥ R2 = 12·3/(12+3) = 2.4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.4 + 20 = 22.4 Ω
R1​ = 12 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​15 VR2​3 ΩAab+−Vth​

Cari Vth, voltan litar buka

Dengan a–b terbuka, tiada arus mengalir melalui R₃, jadi tiada susutan merentasinya dan V_b = V_A. R₁ dan R₂ membentuk pembahagi voltan.

Vth = V1·R2/(R1+R2) = 15·3/(12+3) = 3 V
14.Thévenin & Norton

Jawapan: Vth = 13.47 V

Teorem Thévenin: mana-mana rangkaian linear dua terminal berkelakuan seperti satu sumber voltan Vth secara bersiri dengan rintangan Rth. Teorem Norton memberikan rangkaian yang sama sebagai sumber arus IN = Vth/Rth selari dengan Rth.

R1​ = 15 ΩR3​ = 20 ΩPINTASR2​4 ΩABUKABabRth​

Cari Rth dengan semua sumber dimatikan

Gantikan sumber voltan dengan litar pintas dan sumber arus dengan litar buka, kemudian lihat ke dalam litar dari a–b.

R1 ∥ R2 = 15·4/(15+4) = 3.158 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3.158 + 20 = 23.16 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​9 VR2​4 ΩAIs​0.5 ABab+−Vth​

Cari Vth, voltan litar buka

Dengan a–b terbuka, satu-satunya laluan untuk Iₛ ialah melalui R₃ ke nod A. Cari V_A dengan superposisi V₁ dan Iₛ, kemudian tambah susutan merentasi R₃.

VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 1.895 + 0.5·3.158 = 3.474 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 3.474 + 0.5·20 = 13.47 V
15.Plot Bode dan margin

Jawapan: Q = 47.67

Sambutan frekuensi: gantikan s = jω dalam fungsi pindah. Magnitud dalam desibel ialah 20·log₁₀|H(jω)| dan fasa ialah hasil tambah sudut faktor pengatas tolak sudut faktor penyebut. Penapis RC atau RL peringkat pertama mempunyai frekuensi sudut (−3 dB) pada ωc = 1/(RC) atau R/L, dan fc = ωc/(2π); penapis laluan rendah memberi |H| = 1/√(1 + (ω/ωc)²) dan φ = −atan(ω/ωc). Dalam plot Bode asimptot (garis lurus) setiap kutub membengkokkan magnitud ke bawah sebanyak 20 dB/dekad pada frekuensi sudutnya, setiap sifar membengkokkannya ke atas sebanyak 20 dB/dekad, dan pengamir 1/s memberi −20 dB/dekad pada semua frekuensi. Lintasan gandaan ωc: |L(jω)| = 1 (0 dB); margin fasa PM = 180° + ∠L(jωc). Lintasan fasa ω180: ∠L(jω) = −180°; margin gandaan GM = −20·log₁₀|L(jω180)| dB. Gelung tertutup stabil apabila kedua-dua margin positif.

Frekuensi salunan

ω₀ = 1/√(LC) = 1/√(0.002·2.2 × 10⁻⁷) = 47673 rad/s
f₀ = ω₀/(2π) = 7587 Hz

Faktor kualiti

BW = R/L = 2/0.002 = 1000 rad/s = 159.2 Hz
Q = ω₀/BW = 47673/1000 = 47.67

Jawapan

Q = 47.67
16.Plot Bode dan margin

Jawapan: ωc = 5.639 rad/s

Sambutan frekuensi: gantikan s = jω dalam fungsi pindah. Magnitud dalam desibel ialah 20·log₁₀|H(jω)| dan fasa ialah hasil tambah sudut faktor pengatas tolak sudut faktor penyebut. Penapis RC atau RL peringkat pertama mempunyai frekuensi sudut (−3 dB) pada ωc = 1/(RC) atau R/L, dan fc = ωc/(2π); penapis laluan rendah memberi |H| = 1/√(1 + (ω/ωc)²) dan φ = −atan(ω/ωc). Dalam plot Bode asimptot (garis lurus) setiap kutub membengkokkan magnitud ke bawah sebanyak 20 dB/dekad pada frekuensi sudutnya, setiap sifar membengkokkannya ke atas sebanyak 20 dB/dekad, dan pengamir 1/s memberi −20 dB/dekad pada semua frekuensi. Lintasan gandaan ωc: |L(jω)| = 1 (0 dB); margin fasa PM = 180° + ∠L(jωc). Lintasan fasa ω180: ∠L(jω) = −180°; margin gandaan GM = −20·log₁₀|L(jω180)| dB. Gelung tertutup stabil apabila kedua-dua margin positif.

Lintasan gandaan

ω⁴ + 25ω² − 1806 = 0
ω² = (−25 + √(625 + 4·1806))/2 = 31.8
ωc = 5.639 rad/s

Jawapan

ωc = 5.639 rad/s

ExamProblems · examproblems.com/courses/circuit-analysis-2