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∠160° dalam bentuk Cartes a + jb dan beri bahagian khayalan b.

r = 2θ = 160°
b =
2.Nombor kompleksSukar
ReIm11−1−122−2−2z₁z₂

Satu punca bagi z³ + 7z² + 20z + 24 = 0 ialah z₁ = −2 + j2. Pekalinya nyata. Cari punca nyata r.

z₁ = −2 + j2
r =
3.Impedans AU & fasorSederhana
24 V50 HzR = 60 ΩL = 50 mHC = 10 µFI

Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 24 V (rms), 50 Hz. Cari faktor kuasa cos φ litar itu.

V = 24 V (rms)f = 50 HzR = 60 ΩL = 50 mHC = 10 µF
cos φ =
4.Impedans AU & fasorSukar
VfR = 5 ΩL = 10 mHC = 0.047 µF

Litar RLC siri mempunyai R = 5 Ω, L = 10 mH dan C = 0.047 µF. Cari lebar jalurnya B (lebar jalur antara frekuensi separuh kuasa), dalam Hz.

R = 5 ΩL = 10 mHC = 0.047 µF
B = Hz
5.Kuasa AU & faktor kuasaSederhana
230 VR + jXP = 552 W4 A

Beban induktif mengambil 4 A dan 552 W daripada bekalan fasa tunggal 230 V (rms). Modelkan ia sebagai rintangan R secara siri dengan reaktans X. Cari R.

V = 230 VI = 4 AP = 552 W
R = Ω
6.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
P1​ = 45 kWQ1​S1​φ

Pengubah fasa tunggal 150 kVA membekalkan beban 45 kW pada faktor kuasa 0.6 ketinggalan. Berapa banyak kuasa nyata tambahan ΔP boleh ditambah sebagai beban perintang (faktor kuasa satu) sebelum pengubah mencapai kadaran kVA-nya?

Smax = 150 kVAP1 = 45 kWpf1 = 0.6
ΔP = kW
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSederhana
f|I|0.707120 kHzf1​ = ?f2​BW

Litar RLC siri bersalun pada 20 kHz dengan Q = 5. Cari frekuensi separuh kuasa bawah f1 dengan tepat, dalam kHz.

f0 = 20 kHzQ = 5
f1 = kHz
8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSukar
V10 Ω4.7 mH22 nF50 mA

Litar RLC siri (R = 10 Ω, L = 4.7 mH, C = 22 nF) dipacu pada salunan dengan amplitud arus 50 mA. Cari tenaga Ecycle yang dilesapkan dalam R sepanjang satu kitaran, dalam nJ.

R = 10 ΩL = 4.7 mHC = 22 nFIm = 50 mA
Ecycle = nJ
9.Kuasa tiga fasaSederhana
ABCVL​ = 480 VIL​ = 100 Acos φ = 0.7ketinggalan

Satu beban tiga fasa seimbang mengambil arus talian 100 A daripada bekalan dengan voltan antara talian 480 V. Faktor kuasanya 0.7 ketinggalan. Cari jumlah kuasa nyata P yang diambil oleh beban dalam kW.

VL = 480 VIL = 100 Acos φ = 0.7
P = kW
10.Kuasa tiga fasaSukar
P = 300 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Satu beban tiga fasa seimbang mengambil 300 kW pada faktor kuasa 0.72 ketinggalan daripada bekalan 400 V (antara talian), 50 Hz. Satu bank kapasitor tiga fasa secara selari dengan beban mesti menaikkan faktor kuasa keseluruhan kepada 0.98 ketinggalan. Kuasa nyata kekal sama. Cari jumlah kuasa reaktif QC yang mesti dibekalkan oleh bank kapasitor, dalam kvar.

P = 300 kWpf1 = 0.72pf2 = 0.98VL = 400 Vf = 50 Hz
QC = kvar
11.Fana RC & RLSederhana
+−Vs​20 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 = 20 VR = 50 ΩL = 68 mHt = 1 ms
vL = V
12.Fana RC & RLSukar
+−Vs​9 Vt = 0R = 6.8 kΩC100 µF+−vC​vC​(0) = 3 V

Sejurus sebelum suis ditutup pada t = 0, kapasitor menyimpan 3 V dengan polariti seperti yang ditunjukkan. Cari voltan kapasitor vC pada t = 500 ms.

Vs = 9 VR = 6.8 kΩC = 100 µFvC(0) = 3 Vt = 500 ms
vC = V
13.Thévenin & NortonSederhana
R1​ = 4 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​30 VR2​6 ΩARL​6 ΩIL​B

Satu beban RL = 6 Ω disambungkan merentasi a–b. Gantikan bahagian litar yang lain dengan setara Thévenin dan cari arus beban IL.

V1 = 30 VR1 = 4 ΩR2 = 6 ΩR3 = 5 ΩRL = 6 Ω
IL = A
14.Thévenin & NortonSukar
R1​ = 2 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​10 VR2​25 ΩAIs​1 ABab

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

V1 = 10 VIs = 1 AR1 = 2 ΩR2 = 25 ΩR3 = 25 Ω
Vth = V
15.Plot Bode dan marginSederhana
|H| (dB)0.11101001000−80−60−40−2002040ω (rad/s)ω = 10

Cari magnitud tepat |G(jω)| bagi G(s) = 840/((s + 3)(s + 14)) pada ω = 10 rad/s, dalam dB.

G(s) = 840/((s + 3)(s + 14))ω = 10 rad/s
|G(jω)| = dB
16.Plot Bode dan marginSukar
|H| (dB)0.10.1111010100100−80−60−40−2002040ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−180−135−90−450ωc​ = ?

Gelung suap balik unit mempunyai fungsi pindah gelung terbuka L(s) = 9.5/(s(s + 1)). Cari frekuensi lintasan gandaan ωc, di mana |L(jω)| = 1.

L(s) = 9.5/(s(s + 1))
ωc = rad/s

3Larutan

1.Nombor kompleks

Jawapan: b = 0.684

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(160°) = −1.879
b = 2·sin(160°) = 0.684

Bentuk Cartes

z = −1.879 + j0.684
b = 0.684

Jawapan

b = 0.684
2.Nombor kompleks

Jawapan: r = −3

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.

Pasangan konjugat

z₂ = −2 − j2
(z − z₁)(z − z₂) = z² − 2·(−2)·z + ((−2)² + 2²) = z² + 4z + 8

Faktorkan kuadratik itu

z³ + 7z² + 20z + 24 = (z² + 4z + 8)(z + 3)

Punca nyata

r = −3

Jawapan

r = −3

Semak dengan hasil tambah punca: z₁ + z₂ + r = −4 + (−3) = −7 = −(7).

3.Impedans AU & fasor

Jawapan: cos φ = 0.1945

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 = 15.71 Ω, XC = 318.3 Ω

Impedans

|Z| = √(60² + (−302.6)²) = 308.5 Ω

Faktor kuasa

cos φ = R/|Z| = 60/308.5 = 0.1945
Litar itu kapasitif, maka faktor kuasanya mendahului.

Jawapan

cos φ = 0.1945
4.Impedans AU & fasor

Jawapan: B = 79.58 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|.

Frekuensi salunan

f0 = 1/(2π·√(0.01·0.047·10⁻⁶)) = 7341 Hz

Faktor kualiti

Q membandingkan reaktans pada resonans dengan rintangan: Q = ω₀L/R.

Q = (1/R)·√(L/C) = (1/5)·√(0.01/(0.047·10⁻⁶)) = 92.25

Lebar jalur

B = f0/Q = 7341/92.25 = 79.58 Hz

Jawapan

B = 79.58 Hz
5.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: R = 34.5 Ω

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.

Rintangan daripada kuasa nyata

R = P/I² = 552/4² = 34.5 Ω

Jawapan

R = 34.5 Ω
6.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: ΔP = 92.48 kW

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 beban sedia ada

Q1 = 45·tan(arccos 0.6) = 60 kvar

Jumlah kuasa nyata terbesar

Pada kadaran penuh S = Smax, dan Q tidak berubah oleh beban perintang.

P = √(Smax² − Q1²) = √(150² − 60²) = 137.5 kW

Kuasa nyata tambahan

ΔP = 137.5 − 45 = 92.48 kW

Jawapan

ΔP = 92.48 kW
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: f1 = 18.1 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).

Sebutan punca kuasa dua

√(1 + 1/(4·5²)) = 1.005

Frekuensi separuh kuasa bawah

f1 = 20000·(1.005 − 0.1) = 18100 Hz = 18.1 kHz

Jawapan

f1 = 18.1 kHz

Yang atas ialah f₂ = 22.1 kHz; semakan: f₂ − f₁ = 4 kHz = f₀/Q.

8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: Ecycle = 798.6 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 = ½·0.0047·0.05² = 5.875 × 10⁻⁶ J

Faktor kualiti

Q = (1/10)·√(0.0047/2.2 × 10⁻⁸) = 46.22

Tenaga hilang setiap kitaran

Ecycle = 2π·W/Q = 2π·5.875 × 10⁻⁶/46.22 = 7.986 × 10⁻⁷ J = 798.6 nJ
semakan: ½·0.05²·10/15652 = 7.986 × 10⁻⁷ J

Jawapan

Ecycle = 798.6 nJ
9.Kuasa tiga fasa

Jawapan: P = 58.2 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 = √3·480·100 = 83.14 kVA

Kuasa nyata

P = S·cos φ = 83.14·0.7 = 58.2 kW

Jawapan

P = 58.2 kW
10.Kuasa tiga fasa

Jawapan: QC = 228.2 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 = 300·tan(acos 0.72) = 300·0.9639 = 289.2 kvar
Q2 = 300·tan(acos 0.98) = 300·0.2031 = 60.92 kvar

Kuasa reaktif daripada kapasitor

QC = Q1 − Q2 = 228.2 kvar

Jawapan

QC = 228.2 kvar
11.Fana RC & RL

Jawapan: vL = 9.587 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 = 20/50 = 0.4 A

Voltan induktor

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

vL(t) = Vs·e−t/τ = 20·e−1/1.36 = 9.587 V

Jawapan

vL = 9.587 V
12.Fana RC & RL

Jawapan: vC = 6.124 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.

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) = 3 V, vC(∞) = Vs = 9 V
τ = R·C = 6.8 kΩ · 100 µF = 680 ms
vC(t) = 9 + (3 − 9)·e−t/τ

Voltan pada masa yang diberi

vC(500) = 9 + (−6)·e−500/680 = 6.124 V

Jawapan

vC = 6.124 V
13.Thévenin & Norton

Jawapan: IL = 1.343 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​ = 5 ΩPINTASR2​6 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 = 4·6/(4+6) = 2.4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.4 + 5 = 7.4 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​30 VR2​6 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) = 30·6/(4+6) = 18 V
Rth​ = 7.4 Ω+−Vth​18 VRL​6 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) = 18/(7.4 + 6) = 1.343 A
14.Thévenin & Norton

Jawapan: Vth = 36.11 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​ = 2 ΩR3​ = 25 ΩPINTASR2​25 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 = 2·25/(2+25) = 1.852 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1.852 + 25 = 26.85 Ω
R1​ = 2 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​10 VR2​25 ΩAIs​1 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) = 9.259 + 1·1.852 = 11.11 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 11.11 + 1·25 = 36.11 V
15.Plot Bode dan margin

Jawapan: |G(jω)| = 13.4 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(j10)| = 840/(√(10² + 3²)·√(10² + 14²)) = 840/(10.44·17.2) = 4.676

Keputusan

20·log₁₀(4.676) = 13.4 dB

Jawapan

|G(jω)| = 13.4 dB
16.Plot Bode dan margin

Jawapan: ωc = 3.002 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 + 1ω² − 90.25 = 0
ω² = (−1 + √(1 + 4·90.25))/2 = 9.013
ωc = 3.002 rad/s

Jawapan

ωc = 3.002 rad/s

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