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
ReIm55−5−5θz

Tulis z = 10∠50° dalam bentuk Cartes a + jb dan beri bahagian nyata a.

r = 10θ = 50°
a =
2.Nombor kompleksSukar
ReIm11−1−122−2−233−3−3z₀z₁

Punca bagi zⁿ = w dengan n = 2 dan w = 9∠−90° ialah zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0, 1. Cari bahagian khayalan z₀.

w = 9∠−90°n = 2k = 0
Im(z₀) =
3.Impedans AU & fasorSederhana
100 V50 HzR = 50 ΩL = 50 mHC = 4.7 µF

Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 100 V (rms), 50 Hz. Cari sudut fasa φ impedans, dalam darjah (positif apabila arus ketinggalan daripada voltan).

V = 100 V (rms)f = 50 HzR = 50 ΩL = 50 mHC = 4.7 µF
φ = °
4.Impedans AU & fasorSukar
VfR = 15 ΩL = 20 mHC = 1 µF

Litar RLC siri mempunyai R = 15 Ω, L = 20 mH dan C = 1 µF. Cari lebar jalurnya B (lebar jalur antara frekuensi separuh kuasa), dalam Hz.

R = 15 ΩL = 20 mHC = 1 µF
B = Hz
5.Kuasa AU & faktor kuasaSederhana
120 VZ5 + j12 ΩI

Satu beban dengan impedans Z = 5 + j12 Ω disambung pada bekalan fasa tunggal 120 V (rms). Cari kuasa reaktif Q yang diserapnya.

V = 120 VZ = 5 + j12 Ω
Q = var
6.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
P = 5 kWQ1​S1​φ1​QC​

Satu beban fasa tunggal mengambil 5 kW pada faktor kuasa 0.7 ketinggalan daripada bekalan 400 V, 50 Hz. Kapasitor yang disambung secara selari meningkatkan faktor kuasa kepada 0.95. Cari arus talian baharu Inew.

P = 5 kWpf1 = 0.7pf2 = 0.95V = 400 Vf = 50 Hz
Inew = A
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSederhana
V220 Ω4.7 mH2.2 nF

Litar RLC siri mempunyai R = 220 Ω, L = 4.7 mH dan C = 2.2 nF. Cari lebar jalurnya BW dalam kHz.

R = 220 ΩL = 4.7 mHC = 2.2 nF
BW = kHz
8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSukar
V2 Ω10 mH470 nF100 mA

Litar RLC siri (R = 2 Ω, L = 10 mH, C = 470 nF) dipacu pada salunan dengan amplitud arus 100 mA. Cari tenaga Ecycle yang dilesapkan dalam R sepanjang satu kitaran, dalam µJ.

R = 2 ΩL = 10 mHC = 470 nFIm = 100 mA
Ecycle = µJ
9.Kuasa tiga fasaSederhana
ABCVL​ = 400 VIL​ = ?M37 kW, η = 95%cos φ = 0.86

Satu motor aruhan tiga fasa menghasilkan 37 kW kuasa keluaran mekanikal pada beban penuh. Pada beban ini kecekapannya 95% dan faktor kuasanya 0.86 ketinggalan. Bekalan mempunyai voltan antara talian 400 V. Cari arus talian IL.

Pout = 37 kWη = 95%cos φ = 0.86VL = 400 V
IL = A
10.Kuasa tiga fasaSukar
P = 150 kWφ1​S1​Q2​QC​

Satu beban tiga fasa seimbang mengambil 150 kW pada faktor kuasa 0.75 ketinggalan daripada bekalan 690 V (antara talian), 50 Hz. Satu bank kapasitor tiga fasa secara selari dengan beban mesti menaikkan faktor kuasa keseluruhan kepada 0.98 ketinggalan. Kuasa nyata kekal sama. Kapasitor disambung secara Y. Cari kapasitans Cph setiap kapasitor dalam µF.

P = 150 kWpf1 = 0.75pf2 = 0.98VL = 690 Vf = 50 Hz
Cph = µF
11.Fana RC & RLSederhana
+−Vs​10 Vt = 0R = 5 ΩL22 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 = 10 VR = 5 ΩL = 22 mHt = 5 ms
W = mJ
12.Fana RC & RLSukar
+−Vs​12 Vt = 0R = 2.2 kΩC47 µF+−vC​vC​(0) = 15 V

Sejurus sebelum suis ditutup pada t = 0, kapasitor menyimpan 15 V dengan polariti seperti yang ditunjukkan. Cari voltan kapasitor vC pada t = 100 ms.

Vs = 12 VR = 2.2 kΩC = 47 µFvC(0) = 15 Vt = 100 ms
vC = V
13.Thévenin & NortonSederhana
R1​ = 10 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​6 VR2​8 ΩAab

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

V1 = 6 VR1 = 10 ΩR2 = 8 ΩR3 = 20 Ω
Rth = Ω
14.Thévenin & NortonSukar
R1​ = 6 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​10 VR2​2 ΩAIs​2 ABab

Cari arus Norton IN: arus yang mengalir dari a ke b jika terminal dilitar pintaskan.

V1 = 10 VIs = 2 AR1 = 6 ΩR2 = 2 ΩR3 = 15 Ω
IN = A
15.Plot Bode dan marginSederhana
vin​R = 4.7 kΩC = 2.2 nFvout​

penapis laluan rendah RC yang ditunjukkan mempunyai R = 4.7 kΩ, C = 2.2 nF. Input sinusoid 7.7 kHz dikenakan. Cari gandaan |H| = |vout/vin| dalam dB.

R = 4.7 kΩC = 2.2 nFf = 7.7 kHz
|H| = dB
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) = 18/(s(s + 1)(s + 5)). Cari margin gandaan GM dalam dB.

L(s) = 18/(s(s + 1)(s + 5))
GM = dB

3Larutan

1.Nombor kompleks

Jawapan: a = 6.428

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 = 10·cos(50°) = 6.428
b = 10·sin(50°) = 7.66

Bentuk Cartes

z = 6.428 + j7.66
a = 6.428

Jawapan

a = 6.428
2.Nombor kompleks

Jawapan: Im(z₀) = −2.121

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.

Modulus punca-punca

91/2 = 3

Argumen punca

θ₀ = (−90° + 360°·0)/2 = −45°

Bentuk Cartes

z₀ = 3·(cos −45° + j sin −45°) = 2.121 − j2.121
Im(z₀) = −2.121

Jawapan

Im(z₀) = −2.121

2 punca terletak pada bulatan berjejari 3, berjarak 180°.

3.Impedans AU & fasor

Jawapan: φ = −85.68 °

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·50 = 314.2 rad/s
XL = ωL = 314.2·0.05 = 15.71 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(314.2·4.7·10⁻⁶) = 677.3 Ω

Impedans

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

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(50² + (−661.5)²) = 663.4 Ω

Sudut fasa

φ = arctan((XL − XC)/R) = arctan(−661.5/50) = −85.68°

Jawapan

φ = −85.68°
4.Impedans AU & fasor

Jawapan: B = 119.4 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·√(0.02·1·10⁻⁶)) = 1125 Hz

Faktor kualiti

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

Q = (1/R)·√(L/C) = (1/15)·√(0.02/(1·10⁻⁶)) = 9.428

Lebar jalur

B = f0/Q = 1125/9.428 = 119.4 Hz

Jawapan

B = 119.4 Hz
5.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: Q = 1022 var

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| = √(5² + 12²) = 13 Ω
I = V/|Z| = 120/13 = 9.231 A

Kuasa reaktif

Q = I²·X = 9.231²·12 = 1022 var

Jawapan

Q = 1022 var
6.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: Inew = 13.16 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 = 5·tan(45.57°) = 5.101 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 5·tan(18.19°) = 1.643 kvar
QC = Q1 − Q2 = 3.458 kvar

Arus talian baharu

Inew = P/(V·cos φ2) = 5000/(400·0.95) = 13.16 A

Jawapan

Inew = 13.16 A
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: BW = 7.45 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 = 220/0.0047 = 46809 rad/s

Lebar jalur dalam Hz

BW = 46809/(2π) = 7450 Hz = 7.45 kHz

Jawapan

BW = 7.45 kHz

Dengan f₀ = 49.49 kHz ini memberikan Q = 6.644.

8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: Ecycle = 4.308 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 = ½·0.01·0.1² = 5 × 10⁻⁵ J

Faktor kualiti

Q = (1/2)·√(0.01/4.7 × 10⁻⁷) = 72.93

Tenaga hilang setiap kitaran

Ecycle = 2π·W/Q = 2π·5 × 10⁻⁵/72.93 = 4.308 × 10⁻⁶ J = 4.308 µJ
semakan: ½·0.1²·2/2322 = 4.308 × 10⁻⁶ J

Jawapan

Ecycle = 4.308 µJ
9.Kuasa tiga fasa

Jawapan: IL = 65.37 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 = 37/0.95 = 38.95 kW

Arus talian

IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 38947/(√3·400·0.86) = 65.37 A

Jawapan

IL = 65.37 A
10.Kuasa tiga fasa

Jawapan: Cph = 680.8 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 = 150·tan(acos 0.75) = 150·0.8819 = 132.3 kvar
Q2 = 150·tan(acos 0.98) = 150·0.2031 = 30.46 kvar

Kuasa reaktif daripada kapasitor

QC = Q1 − Q2 = 101.8 kvar

Kapasitans setiap fasa

Dalam bank Y setiap kapasitor disambung antara talian dan titik bintang.

V = 690/√3 = 398.4 V, ω = 2π·50 = 314.2 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 33943/(314.2·398.4²) = 680.8 µF

Jawapan

Cph = 680.8 µF
11.Fana RC & RL

Jawapan: W = 20.29 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 = 22 mH / 5 Ω = 4.4 ms
i(∞) = Vs/R = 10/5 = 2 A

Arus pada masa yang diberi

i(t) = 2·(1 − e−5/4.4) = 1.358 A

Tenaga tersimpan

W = ½·L·i² = ½·22·1.358² = 20.29 mJ

Jawapan

W = 20.29 mJ
12.Fana RC & RL

Jawapan: vC = 13.14 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) = 15 V, vC(∞) = Vs = 12 V
τ = R·C = 2.2 kΩ · 47 µF = 103.4 ms
vC(t) = 12 + (15 − 12)·e−t/τ

Voltan pada masa yang diberi

vC(100) = 12 + (3)·e−100/103.4 = 13.14 V

Jawapan

vC = 13.14 V
13.Thévenin & Norton

Jawapan: Rth = 24.44 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​ = 10 ΩR3​ = 20 ΩPINTASR2​8 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 = 10·8/(10+8) = 4.444 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4.444 + 20 = 24.44 Ω
14.Thévenin & Norton

Jawapan: IN = −1.848 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​ = 15 ΩPINTASR2​2 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 = 6·2/(6+2) = 1.5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1.5 + 15 = 16.5 Ω
R1​ = 6 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​10 VR2​2 ΩAIs​2 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) = 2.5 + (−2)·1.5 = −0.5 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −0.5 + (−2)·15 = −30.5 V
IN​1.848 ARth​16.5 Ωab

Setara Norton

Sumber Norton ialah litar yang sama dilihat sebagai sumber arus selari dengan R_th. Arusnya ialah arus litar pintas pada a–b.

IN = Vth/Rth = −30.5/16.5 = −1.848 A
15.Plot Bode dan margin

Jawapan: |H| = −0.97 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/(4700·2.2 × 10⁻⁹) = 96712 rad/s
fc = 15392 Hz → f/fc = 7700/15392 = 0.5003

Gandaan

|H| = 1/√(1 + 0.5003²) = 0.8943
20·log₁₀(0.8943) = −0.97 dB

Jawapan

|H| = −0.97 dB
16.Plot Bode dan margin

Jawapan: GM = 4.437 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.

Lintasan fasa

(ω/1)·(ω/5) = 1 → ω180 = √(1·5) = 2.236 rad/s

Magnitud pada lintasan fasa

|L(jω180)| = K/(ω·√(ω² + 1)·√(ω² + 25)) = K/(1·5·(1 + 5)) = K/30

Margin gandaan

GM = 20·log₁₀(30/18) = 4.437 dB

Jawapan

GM = 4.437 dB

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