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

Cari argumen θ bagi z = −8 − j3 dalam darjah, sebagai nilai utama antara −180° dengan 180°.

z = −8 − j3
θ = °
2.Nombor kompleksSukar
ReIm22−2−244−4−4ABCD

Tepat satu daripada titik A–D ialah punca bagi z⁴ = 81∠180°. Klik titik itu.

w = 81∠180°n = 4
  1. 1A (5.4∠45°)
  2. 2B (3∠180°)
  3. 3C (3∠45°)
  4. 4D (3∠90°)
3.Impedans AU & fasorSederhana
100 V100 HzR = 30 ΩL = 50 mHC = 100 µF

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

V = 100 V (rms)f = 100 HzR = 30 ΩL = 50 mHC = 100 µF
φ = °
4.Impedans AU & fasorSukar
VfR = 100 ΩL = 200 mHC = 0.022 µF

Litar RLC siri mempunyai R = 100 Ω, L = 200 mH dan C = 0.022 µF. Cari faktor kualitinya Q pada resonans.

R = 100 ΩL = 200 mHC = 0.022 µF
Q =
5.Kuasa AU & faktor kuasaSederhana
230 V124 kW, 0.65214 kW, 0.8I

Dua beban disambung selari pada bekalan fasa tunggal 230 V: beban 24 kW pada faktor kuasa 0.65 ketinggalan dan beban 14 kW pada faktor kuasa 0.8 mendahului. Cari faktor kuasa keseluruhan cos φ yang dilihat oleh bekalan.

V = 230 VP1 = 24 kW, pf1 = 0.65 ketinggalanP2 = 14 kW, pf2 = 0.8 mendahului
cos φ =
6.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
P = 20 kWQ1​S1​φ1​QC​

Satu beban fasa tunggal mengambil 20 kW pada faktor kuasa 0.6 ketinggalan daripada bekalan 400 V, 60 Hz. Kapasitor yang disambung secara selari meningkatkan faktor kuasa kepada 0.9. Cari kapasitans C yang diperlukan.

P = 20 kWpf1 = 0.6pf2 = 0.9V = 400 Vf = 60 Hz
C = µF
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSederhana
V10 Ω10 mH4.7 nF

Litar RLC siri mempunyai R = 10 Ω, L = 10 mH dan C = 4.7 nF. Cari faktor kualitinya Q.

R = 10 ΩL = 10 mHC = 4.7 nF
Q =
8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSukar
C = 100 nFR = 1 ΩL = 4.7 mH

Kapasitor 100 nF yang dicas dinyahcas melalui gegelung 4.7 mH dengan jumlah rintangan siri 1 Ω, jadi ayunan perlahan-lahan susut. Amplitudnya susut sebagai e−Rt/(2L). Berapa banyak kitaran ayunan n berlalu sebelum amplitud menjadi separuh? (Kehilangan adalah kecil, jadi frekuensinya ialah f₀.)

L = 4.7 mHC = 100 nFR = 1 Ω
n =
9.Kuasa tiga fasaSederhana
ABCVL​ = 208 VIL​ = 40 Acos φ = 0.92ketinggalan

Satu beban tiga fasa seimbang mengambil arus talian 40 A daripada bekalan dengan voltan antara talian 208 V. Faktor kuasanya 0.92 ketinggalan. Cari jumlah kuasa nyata P yang diambil oleh beban dalam kW.

VL = 208 VIL = 40 Acos φ = 0.92
P = kW
10.Kuasa tiga fasaSukar
P = 60 kWφ1​S1​Q2​QC​

Satu beban tiga fasa seimbang mengambil 60 kW pada faktor kuasa 0.78 ketinggalan daripada bekalan 480 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. Kapasitor disambung secara Y. Cari kapasitans Cph setiap kapasitor dalam µF.

P = 60 kWpf1 = 0.78pf2 = 0.95VL = 480 Vf = 50 Hz
Cph = µF
11.Fana RC & RLSederhana
+−Vs​6 Vt = 0R = 47 ΩL22 mHi(t)

Induktor tidak membawa arus sebelum suis ditutup pada t = 0. Berapa lama selepas suis ditutup arus mencapai 99% daripada nilai akhirnya? Cari t.

Vs = 6 VR = 47 ΩL = 22 mH
t = ms
12.Fana RC & RLSukar
+−Vs​6 Vt = 0R = 6.8 kΩC47 µF+−vC​vC​(0) = 20 V

Sejurus sebelum suis ditutup pada t = 0, kapasitor menyimpan 20 V dengan polariti seperti yang ditunjukkan. Berapa lama masa yang diambil untuk vC mencapai 13 V? Cari t.

Vs = 6 VR = 6.8 kΩC = 47 µFvC(0) = 20 V
t = ms
13.Thévenin & NortonSederhana
R1​ = 3 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​12 VR2​3 ΩAab

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

V1 = 12 VR1 = 3 ΩR2 = 3 ΩR3 = 6 Ω
IN = A
14.Thévenin & NortonSukar
R1​ = 30 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​10 VR2​30 ΩAIs​0.5 ABab

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

V1 = 10 VIs = 0.5 AR1 = 30 ΩR2 = 30 ΩR3 = 15 Ω
IN = A
15.Plot Bode dan marginSederhana
vin​C = 2.2 nFR = 4.7 kΩvout​

penapis laluan tinggi RC yang ditunjukkan mempunyai R = 4.7 kΩ, C = 2.2 nF. Input sinusoid 46 kHz dikenakan. Cari gandaan |H| = |vout/vin| dalam dB.

R = 4.7 kΩC = 2.2 nFf = 46 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) = 78/(s(s + 2)(s + 9)). Cari margin gandaan GM dalam dB.

L(s) = 78/(s(s + 2)(s + 9))
GM = dB

3Larutan

1.Nombor kompleks

Jawapan: θ = −159.4 °

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 = −8, b = −3 → III

Sudut rujukan

α = atan(3/8) = 20.56°

Argumen

θ = −(180° − α) = −159.4°

Jawapan

θ = −159.4°

Dalam bentuk kutub z = 8.544∠−159.4°.

2.Nombor kompleks

Jawapan: C (3∠45°)

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 dan argumen punca-punca

|z| = 3
θ = 45°, 135°, −135°, −45°

Titik itu

C = 3∠45°

Jawapan

C (3∠45°)
3.Impedans AU & fasor

Jawapan: φ = 27.32 °

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·100 = 628.3 rad/s
XL = ωL = 628.3·0.05 = 31.42 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(628.3·100·10⁻⁶) = 15.92 Ω

Impedans

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

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(30² + (15.5)²) = 33.77 Ω

Sudut fasa

φ = arctan((XL − XC)/R) = arctan(15.5/30) = 27.32°

Jawapan

φ = 27.32°
4.Impedans AU & fasor

Jawapan: Q = 30.15

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·√(0.2·0.022·10⁻⁶)) = 2399 Hz

Faktor kualiti

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

Q = (1/R)·√(L/C) = (1/100)·√(0.2/(0.022·10⁻⁶)) = 30.15

Jawapan

Q = 30.15
5.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: cos φ = 0.9078

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 setiap beban

Beban ketinggalan mengambil kuasa reaktif (Q > 0); beban mendahului membekalkannya (Q < 0).

Q1 = 24·tan(arccos 0.65) = 28.06 kvar
Q2 = −14·tan(arccos 0.8) = −10.5 kvar

Jumlah

P = 24 + 14 = 38 kW
Q = 28.06 + (−10.5) = 17.56 kvar
S = √(38² + 17.56²) = 41.86 kVA

Faktor kuasa keseluruhan

cos φ = P/S = 38/41.86 = 0.9078 ketinggalan

Jawapan

cos φ = 0.9078
6.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: C = 281.5 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 = 20·tan(53.13°) = 26.67 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 20·tan(25.84°) = 9.686 kvar
QC = Q1 − Q2 = 16.98 kvar

Kapasitans

Kapasitor merentasi bekalan membekalkan Q = V²·ωC.

C = QC/(2πf·V²) = 16980/(2π·60·400²) = 281.5 µF

Jawapan

C = 281.5 µF
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: Q = 145.9

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) = √(0.01/4.7 × 10⁻⁹) = 1459 Ω

Faktor kualiti

Q = 1459/10 = 145.9

Jawapan

Q = 145.9

Frekuensi salunan ialah 23.22 kHz, jadi BW = f₀/Q = 159.2 Hz.

8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: n = 47.83

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).

Separuh hayat amplitud

t = 2·0.0047·ln 2/1 = 0.006516 s

Bilangan kitaran

n = t·f0 = 0.006516·7341 = 47.83

Jawapan

n = 47.83

Jalan pintas: n = Q·ln 2/π dengan Q = 216.8.

9.Kuasa tiga fasa

Jawapan: P = 13.26 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 = √3·208·40 = 14.41 kVA

Kuasa nyata

P = S·cos φ = 14.41·0.92 = 13.26 kW

Jawapan

P = 13.26 kW
10.Kuasa tiga fasa

Jawapan: Cph = 392.6 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 = 60·tan(acos 0.78) = 60·0.8023 = 48.14 kvar
Q2 = 60·tan(acos 0.95) = 60·0.3287 = 19.72 kvar

Kuasa reaktif daripada kapasitor

QC = Q1 − Q2 = 28.42 kvar

Kapasitans setiap fasa

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

V = 480/√3 = 277.1 V, ω = 2π·50 = 314.2 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 9472/(314.2·277.1²) = 392.6 µF

Jawapan

Cph = 392.6 µF
11.Fana RC & RL

Jawapan: t = 2.156 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.

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 / 47 Ω = 0.4681 ms
i(∞) = Vs/R = 6/47 = 0.1277 A

Selesaikan untuk masa

0.99 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0.99)
t = −0.4681·ln(0.01) = 2.156 ms

Jawapan

t = 2.156 ms
12.Fana RC & RL

Jawapan: t = 221.5 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) = 20 V, vC(∞) = Vs = 6 V
τ = R·C = 6.8 kΩ · 47 µF = 319.6 ms
vC(t) = 6 + (20 − 6)·e−t/τ

Selesaikan untuk masa

13 = 6 + (14)·e−t/τ → e−t/τ = (13 − 6)/(20 − 6) = 0.5
t = τ·ln((20 − 6)/(13 − 6)) = 319.6·ln(2) = 221.5 ms

Jawapan

t = 221.5 ms
13.Thévenin & Norton

Jawapan: IN = 0.8 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​ = 3 ΩR3​ = 6 ΩPINTASR2​3 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 = 3·3/(3+3) = 1.5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1.5 + 6 = 7.5 Ω
R1​ = 3 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​12 VR2​3 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) = 12·3/(3+3) = 6 V
IN​0.8 ARth​7.5 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 = 6/7.5 = 0.8 A
14.Thévenin & Norton

Jawapan: IN = 0.6667 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​ = 30 ΩR3​ = 15 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 = 30·30/(30+30) = 15 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 15 + 15 = 30 Ω
R1​ = 30 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​10 VR2​30 ΩAIs​0.5 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 + 0.5·15 = 12.5 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 12.5 + 0.5·15 = 20 V
IN​0.6667 ARth​30 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 = 20/30 = 0.6667 A
15.Plot Bode dan margin

Jawapan: |H| = −0.4609 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 = 46000/15392 = 2.989

Gandaan

|H| = 2.989/√(1 + 2.989²) = 0.9483
20·log₁₀(0.9483) = −0.4609 dB

Jawapan

|H| = −0.4609 dB
16.Plot Bode dan margin

Jawapan: GM = 8.091 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/2)·(ω/9) = 1 → ω180 = √(2·9) = 4.243 rad/s

Magnitud pada lintasan fasa

|L(jω180)| = K/(ω·√(ω² + 4)·√(ω² + 81)) = K/(2·9·(2 + 9)) = K/198

Margin gandaan

GM = 20·log₁₀(198/78) = 8.091 dB

Jawapan

GM = 8.091 dB

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