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

Cari argumen θ bagi z = −6 + j2 dalam darjah, sebagai nilai utama antara −180° dengan 180°.

z = −6 + j2
θ = °
2.Nombor kompleksSukar
ReIm0.50.5−0.5−0.511−1−1θz

Cari bahagian nyata (−1 + j)⁵.

z = −1 + jn = 5
Re(z⁵) =
3.Impedans AU & fasorSederhana
Vf0​ = 200 HzRL = ?C = 47 µF

Litar RLC siri dengan C = 47 µF mesti bergema pada 200 Hz. Cari kearuhan L yang diperlukan.

f0 = 200 HzC = 47 µF
L = mH
4.Impedans AU & fasorSukar
120 V50 HzR1​ = 30 ΩR2​ = 100 ΩC = 10 µFI

Perintang R1 disambung secara siri dengan gabungan selari R2 dan kapasitor C, merentasi bekalan 120 V (rms), 50 Hz. Cari arus rms I.

V = 120 V (rms)f = 50 HzR1 = 30 ΩR2 = 100 ΩC = 10 µF
I = A
5.Kuasa AU & faktor kuasaSederhana
120 VZ15 + j20 ΩI

Satu beban dengan impedans Z = 15 + j20 Ω disambung pada bekalan fasa tunggal 120 V (rms). Cari kuasa ketara S.

V = 120 VZ = 15 + j20 Ω
S = VA
6.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
P = 35 kWQ1​S1​φ1​QC​

Satu beban fasa tunggal mengambil 35 kW pada faktor kuasa 0.75 ketinggalan daripada bekalan 400 V, 60 Hz. Kapasitor yang disambung secara selari meningkatkan faktor kuasa kepada 0.9. Cari kapasitans C yang diperlukan.

P = 35 kWpf1 = 0.75pf2 = 0.9V = 400 Vf = 60 Hz
C = µF
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSederhana
f|I|0.7071100 kHzf1​ = ?f2​BW

Litar RLC siri bersalun pada 100 kHz dengan Q = 2.5. Cari frekuensi separuh kuasa bawah f1 dengan tepat, dalam kHz.

f0 = 100 kHzQ = 2.5
f1 = kHz
8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSukar
V5 Ω4.7 mH2.2 µF200 mA

Litar RLC siri (R = 5 Ω, L = 4.7 mH, C = 2.2 µF) dipacu pada salunan dengan amplitud arus 200 mA. Cari tenaga Ecycle yang dilesapkan dalam R sepanjang satu kitaran, dalam µJ.

R = 5 ΩL = 4.7 mHC = 2.2 µFIm = 200 mA
Ecycle = µJ
9.Kuasa tiga fasaSederhana
ABCVL​ = 400 VZ = 7 + j24 Ωsetiap fasa

Satu beban bersambung Δ yang seimbang dengan impedans 7 + j24 Ω setiap fasa disambung kepada bekalan tiga fasa seimbang dengan voltan antara talian 400 V. Cari jumlah kuasa nyata P yang diserap oleh beban dalam kW.

VL = 400 VZ = 7 + j24 Ω setiap fasa
P = kW
10.Kuasa tiga fasaSukar
P = 200 kWφ1​S1​Q2​QC​

Satu beban tiga fasa seimbang mengambil 200 kW pada faktor kuasa 0.72 ketinggalan daripada bekalan 400 V (antara talian), 60 Hz. Satu bank kapasitor tiga fasa secara selari dengan beban mesti menaikkan faktor kuasa keseluruhan kepada 0.92 ketinggalan. Kuasa nyata kekal sama. Kapasitor disambung secara Δ. Cari kapasitans Cph setiap kapasitor dalam µF.

P = 200 kWpf1 = 0.72pf2 = 0.92VL = 400 Vf = 60 Hz
Cph = µF
11.Fana RC & RLSederhana
+−Vs​9 Vt = 0R = 33 ΩL150 mHi(t)

Induktor tidak membawa arus sebelum suis ditutup pada t = 0. Cari tenaga W yang tersimpan dalam induktor pada t = 5 ms, dalam mJ.

Vs = 9 VR = 33 ΩL = 150 mHt = 5 ms
W = mJ
12.Fana RC & RLSukar
+−Vs​30 Vterbuka pada t = 0R1​ = 4.7 kΩR2​ = 6.8 kΩC68 µF+−vC​

Suis telah ditutup untuk masa yang lama, maka litar berada dalam keadaan mantap. Pada t = 0 suis dibuka. Cari voltan kapasitor vC pada t = 400 ms.

Vs = 30 VR1 = 4.7 kΩR2 = 6.8 kΩC = 68 µFt = 400 ms
vC = V
13.Thévenin & NortonSederhana
R1​ = 5 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​10 VR2​4 ΩAab

Cari rintangan Thévenin Rth yang dilihat dari terminal a–b.

V1 = 10 VR1 = 5 ΩR2 = 4 ΩR3 = 5 Ω
Rth = Ω
14.Thévenin & NortonSukar
R1​ = 4 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​10 VR2​4 ΩAIs​2.5 ABRL​20 ΩIL​

Satu beban RL = 20 Ω disambungkan merentasi a–b. Gunakan setara Thévenin untuk mencari kuasa PL yang dihantar kepada beban.

V1 = 10 VIs = 2.5 AR1 = 4 ΩR2 = 4 ΩR3 = 15 ΩRL = 20 Ω
PL = W
15.Plot Bode dan marginSederhana
vin​C = 1 nFR = 22 kΩvout​

penapis laluan tinggi RC yang ditunjukkan mempunyai R = 22 kΩ, C = 1 nF. Input sinusoid 14 kHz dikenakan. Cari anjakan fasa φ bagi vout relatif kepada vin, dalam darjah.

R = 22 kΩC = 1 nFf = 14 kHz
φ = °
16.Plot Bode dan marginSukar
|H| (dB)0.10.1111010100100−80−60−40−2002040ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−270−180−900ω180​ = ?

Gelung suap balik unit mempunyai fungsi pindah gelung terbuka L(s) = 64/(s(s + 2)(s + 7)). Cari frekuensi lintasan fasa ω180, di mana ∠L(jω) = −180°.

L(s) = 64/(s(s + 2)(s + 7))
ω180 = rad/s

3Larutan

1.Nombor kompleks

Jawapan: θ = 161.6 °

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.

Kuadran

a = −6, b = 2 → II

Sudut rujukan

α = atan(2/6) = 18.43°

Argumen

θ = 180° − α = 161.6°

Jawapan

θ = 161.6°

Dalam bentuk kutub z = 6.325∠161.6°.

2.Nombor kompleks

Jawapan: Re(z⁵) = 4

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.

Kuasa langkah demi langkah

z² = (−1 + j)(−1 + j) = −j2
z³ = (−j2)(−1 + j) = 2 + j2
z⁴ = (2 + j2)(−1 + j) = −4
z⁵ = (−4)(−1 + j) = 4 − j4

Semak dengan De Moivre

z = 1.414∠135° → z⁵ = 5.657∠−45°
Re(z⁵) = 4

Jawapan

Re(z⁵) = 4
3.Impedans AU & fasor

Jawapan: L = 13.47 mH

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|.

Syarat resonans

Pada resonans reaktans induktif dan kapasitif saling membatalkan: ωL = 1/(ωC).

ω₀ = 2π·200 = 1257 rad/s
L = 1/(ω₀²·C) = 1/(1257²·47·10⁻⁶) = 13.47 mH

Jawapan

L = 13.47 mH
4.Impedans AU & fasor

Jawapan: I = 0.965 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·50·10·10⁻⁶) = 318.3 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 = 91.02 − j28.59 Ω

Jumlah impedans

Z = 30 + 91.02 − j28.59 = 121 − j28.59 Ω
|Z| = √(121² + 28.59²) = 124.3 Ω

Arus

I = V/|Z| = 120/124.3 = 0.965 A

Jawapan

I = 0.965 A
5.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: S = 576 VA

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

|Z| = √(15² + 20²) = 25 Ω
I = V/|Z| = 120/25 = 4.8 A

Kuasa ketara

S = V·I = 120·4.8 = 576 VA

Jawapan

S = 576 VA
6.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: C = 230.7 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 = 35·tan(41.41°) = 30.87 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 35·tan(25.84°) = 16.95 kvar
QC = Q1 − Q2 = 13.92 kvar

Kapasitans

Kapasitor merentasi bekalan membekalkan Q = V²·ωC.

C = QC/(2πf·V²) = 13916/(2π·60·400²) = 230.7 µF

Jawapan

C = 230.7 µF
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: f1 = 81.98 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/(4·2.5²)) = 1.02

Frekuensi separuh kuasa bawah

f1 = 100000·(1.02 − 0.2) = 81980 Hz = 81.98 kHz

Jawapan

f1 = 81.98 kHz

Yang atas ialah f₂ = 122 kHz; semakan: f₂ − f₁ = 40 kHz = f₀/Q.

8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: Ecycle = 63.89 µJ

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 = ½·0.0047·0.2² = 9.4 × 10⁻⁵ J

Faktor kualiti

Q = (1/5)·√(0.0047/2.2 × 10⁻⁶) = 9.244

Tenaga hilang setiap kitaran

Ecycle = 2π·W/Q = 2π·9.4 × 10⁻⁵/9.244 = 6.389 × 10⁻⁵ J = 63.89 µJ
semakan: ½·0.2²·5/1565 = 6.389 × 10⁻⁵ J

Jawapan

Ecycle = 63.89 µJ
9.Kuasa tiga fasa

Jawapan: P = 5.376 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.

Voltan fasa

Vph = VL = 400 V

Arus fasa

|Z| = √(7² + 24²) = 25 Ω
Iph = 400/25 = 16 A

Jumlah kuasa nyata

Hanya bahagian rintangan setiap impedans yang menyerap kuasa nyata.

P = 3·Iph²·R = 3·16²·7 = 5.376 kW

Jawapan

P = 5.376 kW

Semak: cos φ = R/|Z| = 0.28, dan √3·VL·IL·cos φ memberikan kuasa yang sama.

10.Kuasa tiga fasa

Jawapan: Cph = 594.5 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 = 200·tan(acos 0.72) = 200·0.9639 = 192.8 kvar
Q2 = 200·tan(acos 0.92) = 200·0.426 = 85.2 kvar

Kuasa reaktif daripada kapasitor

QC = Q1 − Q2 = 107.6 kvar

Kapasitans setiap fasa

Dalam bank Δ setiap kapasitor disambung antara dua talian.

V = 400 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 35857/(377·400²) = 594.5 µF

Jawapan

Cph = 594.5 µF
11.Fana RC & RL

Jawapan: W = 2.483 mJ

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 = 150 mH / 33 Ω = 4.545 ms
i(∞) = Vs/R = 9/33 = 0.2727 A

Arus pada masa yang diberi

i(t) = 0.2727·(1 − e−5/4.545) = 0.1819 A

Tenaga tersimpan

W = ½·L·i² = ½·150·0.1819² = 2.483 mJ

Jawapan

W = 2.483 mJ
12.Fana RC & RL

Jawapan: vC = 7.469 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.

Voltan awal kapasitor

Dalam keadaan mantap kapasitor ialah litar terbuka, maka R₁ dan R₂ membentuk pembahagi voltan. Voltan kapasitor tidak boleh melompat apabila suis dibuka.

vC(0) = 30·6.8/(4.7 + 6.8) = 17.74 V

Pemalar masa selepas suis dibuka

τ = R2·C = 6.8·68 = 462.4 ms

Nyahcas

vC(t) = 17.74·e−400/462.4 = 7.469 V

Jawapan

vC = 7.469 V
13.Thévenin & Norton

Jawapan: Rth = 7.222 Ω

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​ = 5 ΩR3​ = 5 ΩPINTASR2​4 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 = 5·4/(5+4) = 2.222 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.222 + 5 = 7.222 Ω
14.Thévenin & Norton

Jawapan: PL = 20.54 W

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​ = 15 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 = 4·4/(4+4) = 2 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2 + 15 = 17 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​10 VR2​4 ΩAIs​2.5 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) = 5 + (−2.5)·2 = 0 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 0 + (−2.5)·15 = −37.5 V
Rth​ = 17 Ω−+Vth​37.5 VRL​20 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) = −37.5/(17 + 20) = −1.014 A
PL = IL²·RL = −1.014²·20 = 20.54 W
15.Plot Bode dan margin

Jawapan: φ = 27.33 °

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 sudut

ωc = 1/(RC) = 1/(22000·1 × 10⁻⁹) = 45455 rad/s
fc = 7234 Hz → f/fc = 14000/7234 = 1.935

Fasa

φ = 90° − atan(1.935) = 27.33°

Jawapan

φ = 27.33°
16.Plot Bode dan margin

Jawapan: ω180 = 3.742 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 fasa

(ω/2)·(ω/7) = 1 → ω180 = √(2·7) = 3.742 rad/s

Jawapan

ω180 = 3.742 rad/s

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