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
ReIm22−2−244−4−466−6−6θz

Tulis z = 8∠140° dalam bentuk Cartes a + jb dan beri bahagian nyata a.

r = 8θ = 140°
a =
2.Nombor kompleksSukar
ReIm11−1−122−2−2z₁z₂

Selesaikan z² + 5z + 7.25 = 0. Puncanya ialah a ± jb; cari b > 0.

p = 5q = 7.25
b =
3.Impedans AU & fasorSederhana
230 V500 HzR = 100 ΩL = 250 mHC = 22 µFI

Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 230 V (rms), 500 Hz. Cari faktor kuasa cos φ litar itu.

V = 230 V (rms)f = 500 HzR = 100 ΩL = 250 mHC = 22 µF
cos φ =
4.Impedans AU & fasorSukar
12 V60 HzR1​ = 15 ΩR2​ = 60 ΩC = 100 µFI

Perintang R1 disambung secara siri dengan gabungan selari R2 dan kapasitor C, merentasi bekalan 12 V (rms), 60 Hz. Cari arus rms I.

V = 12 V (rms)f = 60 HzR1 = 15 ΩR2 = 60 ΩC = 100 µF
I = A
5.Kuasa AU & faktor kuasaSederhana
P = 36 kWQSφ

Satu motor fasa tunggal mengambil 36 kW pada faktor kuasa 0.8 ketinggalan daripada bekalan 230 V. Cari arus talian I.

P = 36 kWpf = 0.8V = 230 V
I = A
6.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
P = 30 kWQ1​S1​φ1​QC​

Satu beban fasa tunggal mengambil 30 kW pada faktor kuasa 0.75 ketinggalan daripada bekalan 240 V, 60 Hz. Kapasitor yang disambung secara selari meningkatkan faktor kuasa kepada 0.92. Cari kapasitans C yang diperlukan.

P = 30 kWpf1 = 0.75pf2 = 0.92V = 240 Vf = 60 Hz
C = µF
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSederhana
V1 Ω47 µH4.7 nF

Litar RLC siri mempunyai R = 1 Ω, L = 47 µH dan C = 4.7 nF. Cari faktor kualitinya Q.

R = 1 ΩL = 47 µHC = 4.7 nF
Q =
8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSukar
V22 Ω2.2 mH1 nF20 mA

Litar RLC siri (R = 22 Ω, L = 2.2 mH, C = 1 nF) dipacu pada salunan dengan amplitud arus 20 mA. Cari tenaga Ecycle yang dilesapkan dalam R sepanjang satu kitaran, dalam nJ.

R = 22 ΩL = 2.2 mHC = 1 nFIm = 20 mA
Ecycle = nJ
9.Kuasa tiga fasaSederhana
ABCVL​ = 415 VIL​ = 120 Acos φ = 0.88ketinggalan

Satu beban tiga fasa seimbang mengambil arus talian 120 A daripada bekalan dengan voltan antara talian 415 V. Faktor kuasanya 0.88 ketinggalan. Cari jumlah kuasa nyata P yang diambil oleh beban dalam kW.

VL = 415 VIL = 120 Acos φ = 0.88
P = kW
10.Kuasa tiga fasaSukar
P = 120 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Satu beban tiga fasa seimbang mengambil 120 kW pada faktor kuasa 0.7 ketinggalan daripada bekalan 690 V (antara talian), 50 Hz. Satu bank kapasitor tiga fasa secara selari dengan beban mesti menaikkan faktor kuasa keseluruhan kepada 0.95 ketinggalan. Kuasa nyata kekal sama. Cari jumlah kuasa reaktif QC yang mesti dibekalkan oleh bank kapasitor, dalam kvar.

P = 120 kWpf1 = 0.7pf2 = 0.95VL = 690 Vf = 50 Hz
QC = kvar
11.Fana RC & RLSederhana
+−Vs​9 Vt = 0R = 50 ΩL68 mHi(t)

Induktor tidak membawa arus sebelum suis ditutup pada t = 0. Cari voltan vL merentasi induktor pada t = 1 ms.

Vs = 9 VR = 50 ΩL = 68 mHt = 1 ms
vL = V
12.Fana RC & RLSukar
+−Vs​10 VR1​ = 33 ΩR2​ = 22 Ωterbuka pada t = 0L220 mHi(t)

Suis merentasi R2 telah ditutup untuk masa yang lama, maka arus induktor mantap. Pada t = 0 suis dibuka. Berapa lama selepas t = 0 arus induktor mencapai 0.255 A? Cari t.

Vs = 10 VR1 = 33 ΩR2 = 22 ΩL = 220 mH
t = ms
13.Thévenin & NortonSederhana
R1​ = 4 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​15 ΩARL​8 ΩIL​B

Satu beban RL = 8 Ω disambungkan merentasi a–b. Gantikan bahagian litar yang lain dengan setara Thévenin dan cari arus beban IL.

V1 = 6 VR1 = 4 ΩR2 = 15 ΩR3 = 3 ΩRL = 8 Ω
IL = A
14.Thévenin & NortonSukar
R1​ = 20 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​30 ΩAIs​6 ABRL​3 ΩIL​

Satu beban RL = 3 Ω disambungkan merentasi a–b. Gantikan bahagian litar yang lain dengan setara Thévenin dan cari arus beban IL.

V1 = 24 VIs = 6 AR1 = 20 ΩR2 = 30 ΩR3 = 20 ΩRL = 3 Ω
IL = A
15.Plot Bode dan marginSederhana
|H| (dB)0.11101001000−80−60−40−2002040ω (rad/s)ω = 8

Cari magnitud tepat |G(jω)| bagi G(s) = 855/((s + 3)(s + 15)) pada ω = 8 rad/s, dalam dB.

G(s) = 855/((s + 3)(s + 15))ω = 8 rad/s
|G(jω)| = dB
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) = 34/(s(s + 4)). Cari frekuensi lintasan gandaan ωc, di mana |L(jω)| = 1.

L(s) = 34/(s(s + 4))
ωc = rad/s

3Larutan

1.Nombor kompleks

Jawapan: a = −6.128

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 = 8·cos(140°) = −6.128
b = 8·sin(140°) = 5.142

Bentuk Cartes

z = −6.128 + j5.142
a = −6.128

Jawapan

a = −6.128
2.Nombor kompleks

Jawapan: b = 1

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 = 25 − 29 = −4 < 0

Rumus kuadratik

z = (−5 ± j√4)/2 = −2.5 + j, −2.5 − j

Jawapan

b = 1

Jawapan

b = 1
3.Impedans AU & fasor

Jawapan: cos φ = 0.1286

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 = 785.4 Ω, XC = 14.47 Ω

Impedans

|Z| = √(100² + (770.9)²) = 777.4 Ω

Faktor kuasa

cos φ = R/|Z| = 100/777.4 = 0.1286
Litar itu induktif, maka faktor kuasanya ketinggalan.

Jawapan

cos φ = 0.1286
4.Impedans AU & fasor

Jawapan: I = 0.3605 A

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

XC = 1/(2π·60·100·10⁻⁶) = 26.53 Ω

Gabungan selari

Darabkan atas dan bawah dengan konjugat kompleks untuk memisahkan Zp kepada bahagian nyata dan khayal.

Zp = R₂·(−jXC)/(R₂ − jXC) = (R₂·XC² − jR₂²·XC)/(R₂² + XC²)
Zp = 9.81 − j22.19 Ω

Jumlah impedans

Z = 15 + 9.81 − j22.19 = 24.81 − j22.19 Ω
|Z| = √(24.81² + 22.19²) = 33.28 Ω

Arus

I = V/|Z| = 12/33.28 = 0.3605 A

Jawapan

I = 0.3605 A
5.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: I = 195.7 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.

Arus talian

Hanya bahagian nyata kuasa yang melakukan kerja, jadi bahagikan dengan faktor kuasa.

I = P/(V·cos φ) = 36000/(230·0.8) = 195.7 A

Jawapan

I = 195.7 A
6.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: C = 629.9 µF

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 = 30·tan(41.41°) = 26.46 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 30·tan(23.07°) = 12.78 kvar
QC = Q1 − Q2 = 13.68 kvar

Kapasitans

Kapasitor merentasi bekalan membekalkan Q = V²·ωC.

C = QC/(2πf·V²) = 13678/(2π·60·240²) = 629.9 µF

Jawapan

C = 629.9 µF
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: Q = 100

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).

Impedans ciri

√(L/C) = √(4.7 × 10⁻⁵/4.7 × 10⁻⁹) = 100 Ω

Faktor kualiti

Q = 100/1 = 100

Jawapan

Q = 100

Frekuensi salunan ialah 338.6 kHz, jadi BW = f₀/Q = 3.386 kHz.

8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: Ecycle = 41.01 nJ

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).

Tenaga tersimpan

W = ½·0.0022·0.02² = 4.4 × 10⁻⁷ J

Faktor kualiti

Q = (1/22)·√(0.0022/1 × 10⁻⁹) = 67.42

Tenaga hilang setiap kitaran

Ecycle = 2π·W/Q = 2π·4.4 × 10⁻⁷/67.42 = 4.101 × 10⁻⁸ J = 41.01 nJ
semakan: ½·0.02²·22/107302 = 4.101 × 10⁻⁸ J

Jawapan

Ecycle = 41.01 nJ
9.Kuasa tiga fasa

Jawapan: P = 75.91 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 = √3·415·120 = 86.26 kVA

Kuasa nyata

P = S·cos φ = 86.26·0.88 = 75.91 kW

Jawapan

P = 75.91 kW
10.Kuasa tiga fasa

Jawapan: QC = 82.98 kvar

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 = 120·tan(acos 0.7) = 120·1.02 = 122.4 kvar
Q2 = 120·tan(acos 0.95) = 120·0.3287 = 39.44 kvar

Kuasa reaktif daripada kapasitor

QC = Q1 − Q2 = 82.98 kvar

Jawapan

QC = 82.98 kvar
11.Fana RC & RL

Jawapan: vL = 4.314 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 dan arus akhir

Lama selepas suis ditutup, induktor berkelakuan seperti litar pintas, jadi arus akhir ditentukan oleh R sahaja.

τ = L/R = 68 mH / 50 Ω = 1.36 ms
i(∞) = Vs/R = 9/50 = 0.18 A

Voltan induktor

Pada t = 0 seluruh voltan bekalan muncul merentasi induktor; kemudian ia susut kepada sifar.

vL(t) = Vs·e−t/τ = 9·e−1/1.36 = 4.314 V

Jawapan

vL = 4.314 V
12.Fana RC & RL

Jawapan: t = 2.018 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

Sebelum t = 0 suis yang tertutup memintaskan R₂; selepas itu R₁ dan R₂ kedua-duanya berada dalam gelung.

i(0) = 10/33 = 0.303 A
i(∞) = 10/(33 + 22) = 0.1818 A
τ = L/R = 220/55 = 4 ms
i(t) = 0.1818 + (0.303 − 0.1818)·e−t/τ

Selesaikan untuk masa

e−t/τ = (0.255 − 0.1818)/(0.303 − 0.1818) = 0.6038
t = 4·ln(1.656) = 2.018 ms

Jawapan

t = 2.018 ms
13.Thévenin & Norton

Jawapan: IL = 0.3346 A

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​ = 4 ΩR3​ = 3 ΩPINTASR2​15 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 = 4·15/(4+15) = 3.158 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3.158 + 3 = 6.158 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​15 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) = 6·15/(4+15) = 4.737 V
Rth​ = 6.158 Ω+−Vth​4.737 VRL​8 ΩIL​

Sambungkan beban kepada setara Thévenin

Sumber Thévenin dan R_th secara bersiri berkelakuan sama seperti litar asal pada a–b, jadi beban melihat satu gelung bersiri yang ringkas.

IL = Vth/(Rth + RL) = 4.737/(6.158 + 8) = 0.3346 A
14.Thévenin & Norton

Jawapan: IL = 5.897 A

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​ = 20 ΩR3​ = 20 ΩPINTASR2​30 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 = 20·30/(20+30) = 12 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 12 + 20 = 32 Ω
R1​ = 20 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​30 ΩAIs​6 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) = 14.4 + 6·12 = 86.4 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 86.4 + 6·20 = 206.4 V
Rth​ = 32 Ω+−Vth​206.4 VRL​3 ΩIL​

Sambungkan beban kepada setara Thévenin

Sumber Thévenin dan R_th secara bersiri berkelakuan sama seperti litar asal pada a–b, jadi beban melihat satu gelung bersiri yang ringkas.

IL = Vth/(Rth + RL) = 206.4/(32 + 3) = 5.897 A
15.Plot Bode dan margin

Jawapan: |G(jω)| = 15.4 dB

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.

Darabkan magnitud

|G(j8)| = 855/(√(8² + 3²)·√(8² + 15²)) = 855/(8.544·17) = 5.886

Keputusan

20·log₁₀(5.886) = 15.4 dB

Jawapan

|G(jω)| = 15.4 dB
16.Plot Bode dan margin

Jawapan: ωc = 5.189 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 + 16ω² − 1156 = 0
ω² = (−16 + √(256 + 4·1156))/2 = 26.93
ωc = 5.189 rad/s

Jawapan

ωc = 5.189 rad/s

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