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
ReIm22−2−244−4−466−6−6z₁z₂w

Diberi z₁ = 2∠−60° dan z₂ = 4∠20°, cari bahagian khayalan w = z₁·z₂.

z₁ = 2∠−60°z₂ = 4∠20°
Im(w) =
2.Nombor kompleksSukar
ReIm11−1−122−2−2z₀z₁z₂

Punca bagi zⁿ = w dengan n = 3 dan w = 8∠120° ialah zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0, 1, 2. Cari argumen z₀ dalam darjah, antara −180° dengan 180°.

w = 8∠120°n = 3k = 0
θ₀ = °
3.Impedans AU & fasorSederhana
Vf0​ = 100 HzRL = 2 mHC = ?

Litar RLC siri dengan L = 2 mH mesti bergema pada 100 Hz. Cari kemuatan C yang diperlukan.

f0 = 100 HzL = 2 mH
C = µF
4.Impedans AU & fasorSukar
VfR = 15 ΩL = 200 mHC = 1 µF

Litar RLC siri mempunyai R = 15 Ω, L = 200 mH dan C = 1 µF. Cari lebar jalurnya B (lebar jalur antara frekuensi separuh kuasa), dalam Hz.

R = 15 ΩL = 200 mHC = 1 µF
B = Hz
5.Kuasa AU & faktor kuasaSederhana
120 VR + jXP = 384 W4 A

Beban induktif mengambil 4 A dan 384 W daripada bekalan fasa tunggal 120 V (rms). Modelkan ia sebagai rintangan R secara siri dengan reaktans X. Cari R.

V = 120 VI = 4 AP = 384 W
R = Ω
6.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
24 V50 HzRs​ = 10 ΩXs​ = j40 ΩZL​ = ?

Sumber 24 V (rms), 50 Hz mempunyai impedans dalaman Zs = 10 + j40 Ω. Impedans beban ZL boleh dipilih dengan bebas. Cari kuasa nyata maksimum Pmax yang boleh dibekalkan kepada beban.

Vs = 24 V (rms)f = 50 HzZs = 10 + j40 Ω
Pmax = W
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSederhana
V5 Ω100 µH1 µF

Litar RLC siri mempunyai R = 5 Ω, L = 100 µH dan C = 1 µF. Cari faktor kualitinya Q.

R = 5 ΩL = 100 µHC = 1 µF
Q =
8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSukar
f|I|0.7071f0​ = ?50 kHz125 kHzBW

Frekuensi separuh kuasa suatu lengkung salunan ialah 50 kHz dan 125 kHz. Cari frekuensi salunan sebagai min geometri keduanya, kemudian faktor kualiti Q.

f1 = 50 kHzf2 = 125 kHz
Q =
9.Kuasa tiga fasaSederhana
ABCVL​ = 400 VIL​ = 12 Acos φ = 0.88ketinggalan

Satu beban tiga fasa seimbang mengambil arus talian 12 A daripada bekalan dengan voltan antara talian 400 V. Faktor kuasanya 0.88 ketinggalan. Cari jumlah kuasa nyata P yang diambil oleh beban dalam kW.

VL = 400 VIL = 12 Acos φ = 0.88
P = kW
10.Kuasa tiga fasaSukar
P = 80 kWφ1​S1​Q2​QC​

Satu beban tiga fasa seimbang mengambil 80 kW pada faktor kuasa 0.8 ketinggalan daripada bekalan 415 V (antara talian), 50 Hz. Satu bank kapasitor tiga fasa secara selari dengan beban mesti menaikkan faktor kuasa keseluruhan kepada 0.9 ketinggalan. Kuasa nyata kekal sama. Kapasitor disambung secara Y. Cari kapasitans Cph setiap kapasitor dalam µF.

P = 80 kWpf1 = 0.8pf2 = 0.9VL = 415 Vf = 50 Hz
Cph = µF
11.Fana RC & RLSederhana
+−Vs​12 Vt = 0R = 47 ΩL220 mHi(t)

Induktor tidak membawa arus sebelum suis ditutup pada t = 0. Cari voltan vL merentasi induktor pada t = 10 ms.

Vs = 12 VR = 47 ΩL = 220 mHt = 10 ms
vL = V
12.Fana RC & RLSukar
+−Vs​20 Vterbuka pada t = 0R1​ = 6.8 kΩR2​ = 4.7 kΩi2​C10 µF+−vC​

Suis telah ditutup untuk masa yang lama, maka litar berada dalam keadaan mantap. Pada t = 0 suis dibuka. Cari arus i2 melalui R2 pada t = 100 ms.

Vs = 20 VR1 = 6.8 kΩR2 = 4.7 kΩC = 10 µFt = 100 ms
i2 = mA
13.Thévenin & NortonSederhana
R1​ = 12 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​6 VR2​15 ΩAab

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

V1 = 6 VR1 = 12 ΩR2 = 15 ΩR3 = 5 Ω
Rth = Ω
14.Thévenin & NortonSukar
R1​ = 2 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩAIs​3 ABRL​4 ΩIL​

Satu beban RL = 4 Ω disambungkan merentasi a–b. Gantikan bahagian litar yang lain dengan setara Thévenin dan cari arus beban IL.

V1 = 24 VIs = 3 AR1 = 2 ΩR2 = 4 ΩR3 = 2 ΩRL = 4 Ω
IL = A
15.Plot Bode dan marginSederhana
|H| (dB)0.10.111101010010010001000−40−200204060ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−135−90−450ω = 1

Cari fasa ∠G(jω) bagi G(s) = 16(s + 20)/(s(s + 11)) pada ω = 1 rad/s, dalam darjah.

G(s) = 16(s + 20)/(s(s + 11))ω = 1 rad/s
∠G(jω) = °
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) = 858/(s(s + 9)(s + 10)). Cari frekuensi lintasan fasa ω180, di mana ∠L(jω) = −180°.

L(s) = 858/(s(s + 9)(s + 10))
ω180 = rad/s

3Larutan

1.Nombor kompleks

Jawapan: Im(w) = −5.142

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| = 2 · 4 = 8
θ = −60° + 20° = −40°

Bentuk Cartes

Re(w) = 8·cos(−40°) = 6.128
Im(w) = 8·sin(−40°) = −5.142
Im(w) = −5.142

Jawapan

Im(w) = −5.142
2.Nombor kompleks

Jawapan: θ₀ = 40 °

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

81/3 = 2

Argumen punca

θ₀ = (120° + 360°·0)/3 = 40°

Argumen

θ₀ = 40°

Jawapan

θ₀ = 40°

3 punca terletak pada bulatan berjejari 2, berjarak 120°.

3.Impedans AU & fasor

Jawapan: C = 1267 µF

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·100 = 628.3 rad/s
C = 1/(ω₀²·L) = 1/(628.3²·0.002) = 1267 µF

Jawapan

C = 1267 µF
4.Impedans AU & fasor

Jawapan: B = 11.94 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·√(0.2·1·10⁻⁶)) = 355.9 Hz

Faktor kualiti

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

Q = (1/R)·√(L/C) = (1/15)·√(0.2/(1·10⁻⁶)) = 29.81

Lebar jalur

B = f0/Q = 355.9/29.81 = 11.94 Hz

Jawapan

B = 11.94 Hz
5.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: R = 24 Ω

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.

Rintangan daripada kuasa nyata

R = P/I² = 384/4² = 24 Ω

Jawapan

R = 24 Ω
6.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: Pmax = 14.4 W

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* = 10 − j40 Ω

Kuasa maksimum

I = Vs/(2Rs) = 24/20 = 1.2 A
Pmax = I²·RL = Vs²/(4Rs) = 24²/(4·10) = 14.4 W

Jawapan

Pmax = 14.4 W
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: Q = 2

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) = √(1 × 10⁻⁴/1 × 10⁻⁶) = 10 Ω

Faktor kualiti

Q = 10/5 = 2

Jawapan

Q = 2

Frekuensi salunan ialah 15.92 kHz, jadi BW = f₀/Q = 7.958 kHz.

8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: Q = 1.054

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).

Frekuensi salunan

f0 = √(50000·125000) = 79057 Hz

Lebar jalur

BW = 125000 − 50000 = 75000 Hz

Faktor kualiti

Q = 79057/75000 = 1.054

Jawapan

Q = 1.054
9.Kuasa tiga fasa

Jawapan: P = 7.316 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 = √3·400·12 = 8.314 kVA

Kuasa nyata

P = S·cos φ = 8.314·0.88 = 7.316 kW

Jawapan

P = 7.316 kW
10.Kuasa tiga fasa

Jawapan: Cph = 392.8 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 = 80·tan(acos 0.8) = 80·0.75 = 60 kvar
Q2 = 80·tan(acos 0.9) = 80·0.4843 = 38.75 kvar

Kuasa reaktif daripada kapasitor

QC = Q1 − Q2 = 21.25 kvar

Kapasitans setiap fasa

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

V = 415/√3 = 239.6 V, ω = 2π·50 = 314.2 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 7085/(314.2·239.6²) = 392.8 µF

Jawapan

Cph = 392.8 µF
11.Fana RC & RL

Jawapan: vL = 1.417 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 = 220 mH / 47 Ω = 4.681 ms
i(∞) = Vs/R = 12/47 = 0.2553 A

Voltan induktor

Pada t = 0 seluruh voltan bekalan muncul merentasi induktor; kemudian ia susut kepada sifar.

vL(t) = Vs·e−t/τ = 12·e−10/4.681 = 1.417 V

Jawapan

vL = 1.417 V
12.Fana RC & RL

Jawapan: i2 = 0.2072 mA

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) = 20·4.7/(6.8 + 4.7) = 8.174 V

Pemalar masa selepas suis dibuka

τ = R2·C = 4.7·10 = 47 ms

Nyahcas

vC(t) = 8.174·e−100/47 = 0.9736 V
i2 = vC/R2 = 0.9736/4.7 = 0.2072 mA

Jawapan

i2 = 0.2072 mA
13.Thévenin & Norton

Jawapan: Rth = 11.67 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​ = 12 ΩR3​ = 5 ΩPINTASR2​15 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 = 12·15/(12+15) = 6.667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6.667 + 5 = 11.67 Ω
14.Thévenin & Norton

Jawapan: IL = 3.545 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​ = 2 ΩR3​ = 2 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 = 2·4/(2+4) = 1.333 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1.333 + 2 = 3.333 Ω
R1​ = 2 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩAIs​3 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) = 16 + 3·1.333 = 20 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 20 + 3·2 = 26 V
Rth​ = 3.333 Ω+−Vth​26 VRL​4 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) = 26/(3.333 + 4) = 3.545 A
15.Plot Bode dan margin

Jawapan: ∠G(jω) = −92.33 °

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.

Tambah sudut

∠G = atan(1/20) − 90° − atan(1/11) = 2.862° − 90° − 5.194°

Keputusan

∠G(j1) = −92.33°

Jawapan

∠G(jω) = −92.33°
16.Plot Bode dan margin

Jawapan: ω180 = 9.487 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/9)·(ω/10) = 1 → ω180 = √(9·10) = 9.487 rad/s

Jawapan

ω180 = 9.487 rad/s

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