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 = −2 − j6 dalam darjah, sebagai nilai utama antara −180° dengan 180°.

z = −2 − j6
θ = °
2.Nombor kompleksSukar
ReIm11−1−122−2−233−3−3z₁z₂

Satu punca bagi z³ − 4z² + z + 26 = 0 ialah z₁ = 3 + j2. Pekalinya nyata. Cari punca nyata r.

z₁ = 3 + j2
r =
3.Impedans AU & fasorSederhana
230 V500 HzR = 100 ΩL = 150 mHC = 10 µF

Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 230 V (rms), 500 Hz. Cari sudut fasa φ impedans, dalam darjah (positif apabila arus ketinggalan daripada voltan).

V = 230 V (rms)f = 500 HzR = 100 ΩL = 150 mHC = 10 µF
φ = °
4.Impedans AU & fasorSukar
5 Vf0​R = 15 ΩL = 20 mHC = 2.2 µF

Litar RLC siri digerakkan oleh sumber 5 V (rms) yang frekuensinya ditetapkan pada frekuensi resonans litar. Cari voltan rms VL merentasi induktor.

V = 5 V (rms)R = 15 ΩL = 20 mHC = 2.2 µF
VL = V
5.Kuasa AU & faktor kuasaSederhana
P = 38 kWQSφ

Satu motor fasa tunggal mengambil 38 kW pada faktor kuasa 0.75 ketinggalan daripada bekalan 240 V. Cari arus talian I.

P = 38 kWpf = 0.75V = 240 V
I = A
6.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
12 V60 HzRs​ = 50 ΩXs​ = j3 ΩZL​ = ?

Sumber 12 V (rms), 60 Hz mempunyai impedans dalaman Zs = 50 + j3 Ω. Impedans beban ZL boleh dipilih dengan bebas. Beban untuk kuasa maksimum dibina daripada perintang secara siri dengan kapasitor. Cari kemuatan C.

Vs = 12 V (rms)f = 60 HzZs = 50 + j3 Ω
C = µF
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSederhana
C = 4.7 nF+−2.5 VL = 100 µHiL​

Kapasitor 4.7 nF yang dicas kepada 5 V berayun dengan induktor unggul 100 µH. Cari tenaga WL yang tersimpan dalam induktor pada saat voltan kapasitor ialah 2.5 V, dalam nJ.

C = 4.7 nFV0 = 5 VvC = 2.5 V
WL = nJ
8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSukar
VR = ?100 µHC

Litar salunan siri menggunakan induktor 100 µH. Jumlah rintangan siri R yang manakah memberikan lebar jalur 1 kHz?

L = 100 µHBW = 1 kHz
R = Ω
9.Kuasa tiga fasaSederhana
ABCVL​ = 690 VIL​ = ?M55 kW, η = 94%cos φ = 0.85

Satu motor aruhan tiga fasa menghasilkan 55 kW kuasa keluaran mekanikal pada beban penuh. Pada beban ini kecekapannya 94% dan faktor kuasanya 0.85 ketinggalan. Bekalan mempunyai voltan antara talian 690 V. Cari arus talian IL.

Pout = 55 kWη = 94%cos φ = 0.85VL = 690 V
IL = A
10.Kuasa tiga fasaSukar
P = 100 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Satu beban tiga fasa seimbang mengambil 100 kW pada faktor kuasa 0.78 ketinggalan daripada bekalan 480 V (antara talian), 60 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 = 100 kWpf1 = 0.78pf2 = 0.98VL = 480 Vf = 60 Hz
QC = kvar
11.Fana RC & RLSederhana
+−Vs​20 Vt = 0R = 10 ΩL150 mHi(t)

Induktor tidak membawa arus sebelum suis ditutup pada t = 0. Cari voltan vL merentasi induktor pada t = 20 ms.

Vs = 20 VR = 10 ΩL = 150 mHt = 20 ms
vL = V
12.Fana RC & RLSukar
+−Vs​24 Vt = 0R = 6.8 kΩC68 µF+−vC​vC​(0) = 6 V

Sejurus sebelum suis ditutup pada t = 0, kapasitor menyimpan 6 V dengan polariti seperti yang ditunjukkan. Berapa lama masa yang diambil untuk vC mencapai 15 V? Cari t.

Vs = 24 VR = 6.8 kΩC = 68 µFvC(0) = 6 V
t = ms
13.Thévenin & NortonSederhana
R1​ = 6 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​5 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 = 6 ΩR2 = 5 ΩR3 = 3 ΩRL = 8 Ω
IL = A
14.Thévenin & NortonSukar
R1​ = 12 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​12 VR2​20 ΩAIs​1 ABab

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

V1 = 12 VIs = 1 AR1 = 12 ΩR2 = 20 ΩR3 = 10 Ω
Vth = V
15.Plot Bode dan marginSederhana
vin​C = 2.2 nFR = 1 kΩvout​

penapis laluan tinggi RC yang ditunjukkan mempunyai R = 1 kΩ, C = 2.2 nF. Input sinusoid 220 kHz dikenakan. Cari gandaan |H| = |vout/vin| dalam dB.

R = 1 kΩC = 2.2 nFf = 220 kHz
|H| = dB
16.Plot Bode dan marginSukar
|H| (dB)11101010010010001000−80−60−40−2002040ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−180−135−90−450ωc​

Gelung suap balik unit mempunyai fungsi pindah gelung terbuka L(s) = 560/(s(s + 20)). Cari margin fasa PM dalam darjah.

L(s) = 560/(s(s + 20))
PM = °

3Larutan

1.Nombor kompleks

Jawapan: θ = −108.4 °

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 = −2, b = −6 → III

Sudut rujukan

α = atan(6/2) = 71.57°

Argumen

θ = −(180° − α) = −108.4°

Jawapan

θ = −108.4°

Dalam bentuk kutub z = 6.325∠−108.4°.

2.Nombor kompleks

Jawapan: r = −2

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 = 3 − j2
(z − z₁)(z − z₂) = z² − 2·3·z + (3² + 2²) = z² − 6z + 13

Faktorkan kuadratik itu

z³ − 4z² + z + 26 = (z² − 6z + 13)(z + 2)

Punca nyata

r = −2

Jawapan

r = −2

Semak dengan hasil tambah punca: z₁ + z₂ + r = 6 + (−2) = 4 = −(−4).

3.Impedans AU & fasor

Jawapan: φ = 77.18 °

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

ω = 2πf = 2π·500 = 3142 rad/s
XL = ωL = 3142·0.15 = 471.2 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(3142·10·10⁻⁶) = 31.83 Ω

Impedans

Dalam sambungan bersiri impedans ditambah sebagai nombor kompleks: Z = R + j(XL − XC).

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(100² + (439.4)²) = 450.6 Ω

Sudut fasa

φ = arctan((XL − XC)/R) = arctan(439.4/100) = 77.18°

Jawapan

φ = 77.18°
4.Impedans AU & fasor

Jawapan: VL = 31.78 V

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 resonans reaktans saling membatalkan, maka impedans hanyalah R.

ω₀ = 1/√(LC) = 1/√(0.02·2.2·10⁻⁶) = 4767 rad/s
I = V/R = 5/15 = 0.3333 A

Voltan merentasi induktor

XL = ω₀L = 4767·0.02 = 95.35 Ω
VL = I·XL = 0.3333·95.35 = 31.78 V

Jawapan

VL = 31.78 V

Ini ialah Q = 6.356 kali voltan bekalan.

5.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: I = 211.1 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) = 38000/(240·0.75) = 211.1 A

Jawapan

I = 211.1 A
6.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: C = 884.2 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.

Padanan konjugat

Reaktans beban membatalkan reaktans sumber, dan rintangan beban sama dengan rintangan sumber.

ZL = Zs* = 50 − j3 Ω

Kapasitans

XC = 3 Ω → C = 1/(2π·60·3) = 884.2 µF

Jawapan

C = 884.2 µF
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: WL = 44.06 nJ

Salunan LC: kapasitor bercas yang disambungkan kepada induktor memacu arus yang mengecasnya ke arah sebaliknya: tenaga berayun antara medan elektrik C (½Cv²) dan medan magnet L (½Li²) pada frekuensi tabii f0 = 1/(2π√(LC)). Tanpa rintangan jumlah tenaga ½CV0² kekal malar, jadi arus puncak ialah Imax = V0√(C/L). Satu tempoh ialah T = 1/f0; tenaga berpindah dari C ke L dalam suku daripadanya.

Jumlah tenaga

½·4.7 × 10⁻⁹·5² = 5.875 × 10⁻⁸ J

Tenaga yang tinggal dalam kapasitor

½·4.7 × 10⁻⁹·2.5² = 1.469 × 10⁻⁸ J

Tenaga dalam induktor

WL = 4.406 × 10⁻⁸ J = 44.06 nJ

Jawapan

WL = 44.06 nJ
8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: R = 0.6283 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·1 × 10⁻⁴·1000 = 0.6283 Ω

Jawapan

R = 0.6283 Ω
9.Kuasa tiga fasa

Jawapan: IL = 57.6 A

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 masukan elektrik

Pin = Pout/η = 55/0.94 = 58.51 kW

Arus talian

IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 58511/(√3·690·0.85) = 57.6 A

Jawapan

IL = 57.6 A
10.Kuasa tiga fasa

Jawapan: QC = 59.92 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 = 100·tan(acos 0.78) = 100·0.8023 = 80.23 kvar
Q2 = 100·tan(acos 0.98) = 100·0.2031 = 20.31 kvar

Kuasa reaktif daripada kapasitor

QC = Q1 − Q2 = 59.92 kvar

Jawapan

QC = 59.92 kvar
11.Fana RC & RL

Jawapan: vL = 5.272 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 = 150 mH / 10 Ω = 15 ms
i(∞) = Vs/R = 20/10 = 2 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−20/15 = 5.272 V

Jawapan

vL = 5.272 V
12.Fana RC & RL

Jawapan: t = 320.5 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) = 6 V, vC(∞) = Vs = 24 V
τ = R·C = 6.8 kΩ · 68 µF = 462.4 ms
vC(t) = 24 + (6 − 24)·e−t/τ

Selesaikan untuk masa

15 = 24 + (−18)·e−t/τ → e−t/τ = (15 − 24)/(6 − 24) = 0.5
t = τ·ln((6 − 24)/(15 − 24)) = 462.4·ln(2) = 320.5 ms

Jawapan

t = 320.5 ms
13.Thévenin & Norton

Jawapan: IL = 0.1987 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​ = 6 ΩR3​ = 3 ΩPINTASR2​5 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 = 6·5/(6+5) = 2.727 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.727 + 3 = 5.727 Ω
R1​ = 6 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​5 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) = 6·5/(6+5) = 2.727 V
Rth​ = 5.727 Ω+−Vth​2.727 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) = 2.727/(5.727 + 8) = 0.1987 A
14.Thévenin & Norton

Jawapan: Vth = 25 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​ = 10 ΩPINTASR2​20 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 = 12·20/(12+20) = 7.5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 7.5 + 10 = 17.5 Ω
R1​ = 12 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​12 VR2​20 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) = 7.5 + 1·7.5 = 15 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 15 + 1·10 = 25 V
15.Plot Bode dan margin

Jawapan: |H| = −0.4459 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.

Frekuensi sudut

ωc = 1/(RC) = 1/(1000·2.2 × 10⁻⁹) = 454545 rad/s
fc = 72343 Hz → f/fc = 220000/72343 = 3.041

Gandaan

|H| = 3.041/√(1 + 3.041²) = 0.95
20·log₁₀(0.95) = −0.4459 dB

Jawapan

|H| = −0.4459 dB
16.Plot Bode dan margin

Jawapan: PM = 45.19 °

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 + 400ω² − 313600 = 0
ω² = (−400 + √(160000 + 4·313600))/2 = 394.6
ωc = 19.87 rad/s

Margin fasa

∠L(jωc) = −90° − atan(19.87/20) = −134.8°
PM = 180° + ∠L = 45.19°

Jawapan

PM = 45.19°

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