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
ReIm55−5−51010−10−10z₁z₂w

Diberi z₁ = 4∠−60° dan z₂ = 3∠45°, cari bahagian nyata w = z₁·z₂.

z₁ = 4∠−60°z₂ = 3∠45°
Re(w) =
2.Nombor kompleksSukar
ReIm11−1−122−2−233−3−3z₀z₁z₂z₃

Punca bagi zⁿ = w dengan n = 4 dan w = 81∠−90° ialah zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0, 1, 2, 3. Cari bahagian khayalan z₀.

w = 81∠−90°n = 4k = 0
Im(z₀) =
3.Impedans AU & fasorSederhana
100 V100 HzR = 20 ΩL = 250 mHC = 47 µFI

Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 100 V (rms), 100 Hz. Cari faktor kuasa cos φ litar itu.

V = 100 V (rms)f = 100 HzR = 20 ΩL = 250 mHC = 47 µF
cos φ =
4.Impedans AU & fasorSukar
120 V60 HzR = 25 ΩL = 250 mHC = 47 µF

Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 120 V (rms), 60 Hz. Cari frekuensi salunan f0 litar itu.

V = 120 V (rms)f = 60 HzR = 25 ΩL = 250 mHC = 47 µF
f0 = Hz
5.Kuasa AU & faktor kuasaSederhana
P = 38 kWQSφ

Satu motor fasa tunggal mengambil 38 kW pada faktor kuasa 0.7 ketinggalan daripada bekalan 400 V. Cari arus talian I.

P = 38 kWpf = 0.7V = 400 V
I = A
6.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
P = 25 kWQ1​S1​φ1​QC​

Satu beban fasa tunggal mengambil 25 kW pada faktor kuasa 0.65 ketinggalan daripada bekalan 230 V, 60 Hz. Kapasitor yang disambung secara selari meningkatkan faktor kuasa kepada 0.92. Cari kapasitans C yang diperlukan.

P = 25 kWpf1 = 0.65pf2 = 0.92V = 230 Vf = 60 Hz
C = µF
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSederhana
f|I|0.70711 kHzf1​ = ?f2​BW

Litar RLC siri bersalun pada 1 kHz dengan Q = 4. Cari frekuensi separuh kuasa bawah f1 dengan tepat, dalam Hz.

f0 = 1 kHzQ = 4
f1 = Hz
8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSukar
V5 ΩLC = ?

Reka penapis RLC siri dengan jumlah rintangan 5 Ω, frekuensi salunan 10 kHz dan lebar jalur 200 Hz. Cari kemuatan C dalam nF.

R = 5 Ωf0 = 10 kHzBW = 200 Hz
C = nF
9.Kuasa tiga fasaSederhana
ABCVL​ = 480 VNZ = 3 + j4 Ωsetiap fasa

Satu beban bersambung Y yang seimbang dengan impedans 3 + j4 Ω setiap fasa disambung kepada bekalan tiga fasa seimbang dengan voltan antara talian 480 V. Cari jumlah kuasa nyata P yang diserap oleh beban dalam kW.

VL = 480 VZ = 3 + j4 Ω setiap fasa
P = kW
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 400 V (antara talian), 50 Hz. Satu bank kapasitor tiga fasa secara selari dengan beban mesti menaikkan faktor kuasa keseluruhan kepada 0.92 ketinggalan. Kuasa nyata kekal sama. Cari jumlah kuasa reaktif QC yang mesti dibekalkan oleh bank kapasitor, dalam kvar.

P = 100 kWpf1 = 0.78pf2 = 0.92VL = 400 Vf = 50 Hz
QC = kvar
11.Fana RC & RLSederhana
+−Vs​20 Vt = 0R = 47 ΩL220 mHi(t)

Induktor tidak membawa arus sebelum suis ditutup pada t = 0. Cari tenaga W yang tersimpan dalam induktor pada t = 10 ms, dalam mJ.

Vs = 20 VR = 47 ΩL = 220 mHt = 10 ms
W = mJ
12.Fana RC & RLSukar
+−Vs​5 Vt = 0R = ?C22 µF+−vC​

Sebuah pemasa mula mengecas kapasitor tidak bercas melalui perintang daripada bekalan 5 V pada t = 0. Ia mesti mencetuskan apabila voltan kapasitor mencapai 3 V, tepat 200 ms selepas permulaan. Dengan C = 22 µF, cari rintangan R yang diperlukan.

Vs = 5 VVth = 3 VT = 200 msC = 22 µF
R = kΩ
13.Thévenin & NortonSederhana
R1​ = 10 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩARL​2 ΩIL​B

Satu beban RL = 2 Ω disambungkan merentasi a–b. Gantikan bahagian litar yang lain dengan setara Thévenin dan cari arus beban IL.

V1 = 24 VR1 = 10 ΩR2 = 4 ΩR3 = 5 ΩRL = 2 Ω
IL = A
14.Thévenin & NortonSukar
R1​ = 15 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​10 VR2​5 ΩAIs​5 ABab

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

V1 = 10 VIs = 5 AR1 = 15 ΩR2 = 5 ΩR3 = 3 Ω
IN = A
15.Plot Bode dan marginSederhana
vin​L = 50 mHC = 2.2 µFR = 5 Ωvout​

Dalam penapis laluan jalur RLC sesiri yang ditunjukkan output diambil merentasi R = 5 Ω, dengan L = 50 mH dan C = 2.2 µF. Cari lebar jalur −3 dB BW dalam Hz.

R = 5 ΩL = 50 mHC = 2.2 µF
BW = Hz
16.Plot Bode dan marginSukar
|H| (dB)0.10.1111010100100−100−80−60−40−20020ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−270−180−900ω180​

Gelung suap balik unit mempunyai fungsi pindah gelung terbuka L(s) = K/(s(s + 2)(s + 5)). Cari gandaan K yang memberi margin gandaan 20 dB.

L(s) = K/(s(s + 2)(s + 5))GM = 20 dB
K =

3Larutan

1.Nombor kompleks

Jawapan: Re(w) = 11.59

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.

Modulus dan argumen w

|w| = 4 · 3 = 12
θ = −60° + 45° = −15°

Bentuk Cartes

Re(w) = 12·cos(−15°) = 11.59
Im(w) = 12·sin(−15°) = −3.106
Re(w) = 11.59

Jawapan

Re(w) = 11.59
2.Nombor kompleks

Jawapan: Im(z₀) = −1.148

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

811/4 = 3

Argumen punca

θ₀ = (−90° + 360°·0)/4 = −22.5°

Bentuk Cartes

z₀ = 3·(cos −22.5° + j sin −22.5°) = 2.772 − j1.148
Im(z₀) = −1.148

Jawapan

Im(z₀) = −1.148

4 punca terletak pada bulatan berjejari 3, berjarak 90°.

3.Impedans AU & fasor

Jawapan: cos φ = 0.1602

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 = 157.1 Ω, XC = 33.86 Ω

Impedans

|Z| = √(20² + (123.2)²) = 124.8 Ω

Faktor kuasa

cos φ = R/|Z| = 20/124.8 = 0.1602
Litar itu induktif, maka faktor kuasanya ketinggalan.

Jawapan

cos φ = 0.1602
4.Impedans AU & fasor

Jawapan: f0 = 46.43 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|.

Salunan

Pada salunan, reaktans induktif dan kapasitif saling membatalkan: ωL = 1/(ωC). Frekuensi bekalan tidak penting.

f0 = 1/(2π√(LC)) = 1/(2π·√(0.25·47·10⁻⁶)) = 46.43 Hz

Jawapan

f0 = 46.43 Hz
5.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: I = 135.7 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/(400·0.7) = 135.7 A

Jawapan

I = 135.7 A
6.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: C = 931.6 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 = 25·tan(49.46°) = 29.23 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 25·tan(23.07°) = 10.65 kvar
QC = Q1 − Q2 = 18.58 kvar

Kapasitans

Kapasitor merentasi bekalan membekalkan Q = V²·ωC.

C = QC/(2πf·V²) = 18578/(2π·60·230²) = 931.6 µF

Jawapan

C = 931.6 µF
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: f1 = 882.8 Hz

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/(4·4²)) = 1.008

Frekuensi separuh kuasa bawah

f1 = 1000·(1.008 − 0.125) = 882.8 Hz = 882.8 Hz

Jawapan

f1 = 882.8 Hz

Yang atas ialah f₂ = 1.133 kHz; semakan: f₂ − f₁ = 250 Hz = f₀/Q.

8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: C = 63.66 nF

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).

Kearuhan daripada lebar jalur

L = R/(2π·BW) = 5/(2π·200) = 0.003979 H

Kemuatan daripada frekuensi salunan

C = 1/((2π·10000)²·0.003979) = 6.366 × 10⁻⁸ F = 63.66 nF

Jawapan

C = 63.66 nF

Q = f₀/BW = 50.

9.Kuasa tiga fasa

Jawapan: P = 27.65 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 = 480/√3 = 277.1 V

Arus fasa

|Z| = √(3² + 4²) = 5 Ω
Iph = 277.1/5 = 55.43 A

Jumlah kuasa nyata

Hanya bahagian rintangan setiap impedans yang menyerap kuasa nyata.

P = 3·Iph²·R = 3·55.43²·3 = 27.65 kW

Jawapan

P = 27.65 kW

Semak: cos φ = R/|Z| = 0.6, dan √3·VL·IL·cos φ memberikan kuasa yang sama.

10.Kuasa tiga fasa

Jawapan: QC = 37.63 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 0.92) = 100·0.426 = 42.6 kvar

Kuasa reaktif daripada kapasitor

QC = Q1 − Q2 = 37.63 kvar

Jawapan

QC = 37.63 kvar
11.Fana RC & RL

Jawapan: W = 15.49 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 = 220 mH / 47 Ω = 4.681 ms
i(∞) = Vs/R = 20/47 = 0.4255 A

Arus pada masa yang diberi

i(t) = 0.4255·(1 − e−10/4.681) = 0.3753 A

Tenaga tersimpan

W = ½·L·i² = ½·220·0.3753² = 15.49 mJ

Jawapan

W = 15.49 mJ
12.Fana RC & RL

Jawapan: R = 9.921 kΩ

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 yang diperlukan

3 = 5·(1 − e−200/τ) → τ = 200/ln(5/(5 − 3))
τ = 200/0.9163 = 218.3 ms

Rintangan

kΩ darab µF memberikan milisaat.

R = τ/C = 218.3/22 = 9.921 kΩ

Jawapan

R = 9.921 kΩ
13.Thévenin & Norton

Jawapan: IL = 0.6957 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​ = 10 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 = 10·4/(10+4) = 2.857 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.857 + 5 = 7.857 Ω
R1​ = 10 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​24 VR2​4 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) = 24·4/(10+4) = 6.857 V
Rth​ = 7.857 Ω+−Vth​6.857 VRL​2 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) = 6.857/(7.857 + 2) = 0.6957 A
14.Thévenin & Norton

Jawapan: IN = 5.37 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​ = 15 ΩR3​ = 3 ΩPINTASR2​5 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 = 15·5/(15+5) = 3.75 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3.75 + 3 = 6.75 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​10 VR2​5 ΩAIs​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) = 2.5 + 5·3.75 = 21.25 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 21.25 + 5·3 = 36.25 V
IN​5.37 ARth​6.75 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 = 36.25/6.75 = 5.37 A
15.Plot Bode dan margin

Jawapan: BW = 15.92 Hz

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 salunan

ω₀ = 1/√(LC) = 1/√(0.05·2.2 × 10⁻⁶) = 3015 rad/s
f₀ = ω₀/(2π) = 479.9 Hz

Lebar jalur

BW = R/L = 5/0.05 = 100 rad/s = 15.92 Hz

Jawapan

BW = 15.92 Hz
16.Plot Bode dan margin

Jawapan: K = 7

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/5) = 1 → ω180 = √(2·5) = 3.162 rad/s

Magnitud pada lintasan fasa

|L(jω180)| = K/(ω·√(ω² + 4)·√(ω² + 25)) = K/(2·5·(2 + 5)) = K/70

Gandaan yang diperlukan

70/K = 1020/20 = 10
K = 70/10 = 7

Jawapan

K = 7

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