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 = −1 − j7 dalam darjah, sebagai nilai utama antara −180° dengan 180°.

z = −1 − j7
θ = °
2.Nombor kompleksSukar
ReIm11−1−122−2−2θz

Gunakan teorem De Moivre untuk mencari bahagian khayalan z⁹ bagi z = √3 + j.

z = √3 + jn = 9
Im(z⁹) =
3.Impedans AU & fasorSederhana
12 V60 HzR = 30 ΩL = 250 mHC = 22 µFI

Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 12 V (rms), 60 Hz. Cari arus rms I.

V = 12 V (rms)f = 60 HzR = 30 ΩL = 250 mHC = 22 µF
I = A
4.Impedans AU & fasorSukar
24 Vf0​R = 10 ΩL = 5 mHC = 0.1 µF

Litar RLC siri digerakkan oleh sumber 24 V (rms) yang frekuensinya ditetapkan pada frekuensi resonans litar. Cari voltan rms VL merentasi induktor.

V = 24 V (rms)R = 10 ΩL = 5 mHC = 0.1 µF
VL = V
5.Kuasa AU & faktor kuasaSederhana
P = 30 kWQ = ?Sφ

Satu motor fasa tunggal mengambil 30 kW pada faktor kuasa 0.6 ketinggalan daripada bekalan 240 V. Cari kuasa reaktif Q yang diambilnya.

P = 30 kWpf = 0.6V = 240 V
Q = kvar
6.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
230 V60 Hzbeban11 kW, 0.7C330 µFI

Satu beban fasa tunggal mengambil 11 kW pada faktor kuasa 0.7 ketinggalan daripada bekalan 230 V, 60 Hz. Kapasitor 330 µF disambung selari dengan beban itu. Cari faktor kuasa baharu cos φ yang dilihat oleh bekalan.

P = 11 kWpf1 = 0.7V = 230 Vf = 60 HzC = 330 µF
cos φ =
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSederhana
V10 Ω1 mH1 nF

Litar RLC siri mempunyai R = 10 Ω, L = 1 mH dan C = 1 nF. Cari lebar jalurnya BW dalam kHz.

R = 10 ΩL = 1 mHC = 1 nF
BW = kHz
8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSukar
f|I|0.7071f0​ = ?400 kHz800 kHzBW

Frekuensi separuh kuasa suatu lengkung salunan ialah 400 kHz dan 800 kHz. Cari frekuensi salunan sebagai min geometri keduanya, kemudian faktor kualiti Q.

f1 = 400 kHzf2 = 800 kHz
Q =
9.Kuasa tiga fasaSederhana
ABCVL​ = 400 VIL​ = 75 Acos φ = 0.8ketinggalan

Satu beban tiga fasa seimbang mengambil arus talian 75 A daripada bekalan dengan voltan antara talian 400 V. Faktor kuasanya 0.8 ketinggalan. Cari jumlah kuasa nyata P yang diambil oleh beban dalam kW.

VL = 400 VIL = 75 Acos φ = 0.8
P = kW
10.Kuasa tiga fasaSukar
P = 50 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Satu beban tiga fasa seimbang mengambil 50 kW pada faktor kuasa 0.72 ketinggalan daripada bekalan 690 V (antara talian), 60 Hz. Satu bank kapasitor tiga fasa secara selari dengan beban mesti menaikkan faktor kuasa keseluruhan kepada 0.95 ketinggalan. Kuasa nyata kekal sama. Cari jumlah kuasa reaktif QC yang mesti dibekalkan oleh bank kapasitor, dalam kvar.

P = 50 kWpf1 = 0.72pf2 = 0.95VL = 690 Vf = 60 Hz
QC = kvar
11.Fana RC & RLSederhana
+−Vs​24 Vt = 0R = 68 ΩL33 mHi(t)

Induktor tidak membawa arus sebelum suis ditutup pada t = 0. Berapa lama selepas suis ditutup arus mencapai 75% daripada nilai akhirnya? Cari t.

Vs = 24 VR = 68 ΩL = 33 mH
t = ms
12.Fana RC & RLSukar
+−Vs​12 VR1​ = 22 ΩR2​ = 5 Ωterbuka pada t = 0L150 mHi(t)

Suis merentasi R2 telah ditutup untuk masa yang lama, maka arus induktor mantap. Pada t = 0 suis dibuka. Cari arus induktor i pada t = 10 ms.

Vs = 12 VR1 = 22 ΩR2 = 5 ΩL = 150 mHt = 10 ms
i = A
13.Thévenin & NortonSederhana
R1​ = 15 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​6 VR2​10 ΩAab

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

V1 = 6 VR1 = 15 ΩR2 = 10 ΩR3 = 2 Ω
Rth = Ω
14.Thévenin & NortonSukar
R1​ = 20 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​18 VR2​8 ΩAIs​3 ABRL​6 ΩIL​

Satu beban RL = 6 Ω disambungkan merentasi a–b. Gunakan setara Thévenin untuk mencari kuasa PL yang dihantar kepada beban.

V1 = 18 VIs = 3 AR1 = 20 ΩR2 = 8 ΩR3 = 2 ΩRL = 6 Ω
PL = W
15.Plot Bode dan marginSederhana
vin​L = 4.7 mHR = 100 Ωvout​

penapis laluan rendah RL yang ditunjukkan mempunyai R = 100 Ω, L = 4.7 mH. Input sinusoid 6.8 kHz dikenakan. Cari gandaan |H| = |vout/vin| dalam dB.

R = 100 ΩL = 4.7 mHf = 6.8 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) = K/(s(s + 4)(s + 9)). Cari gandaan K yang memberi margin gandaan 15 dB.

L(s) = K/(s(s + 4)(s + 9))GM = 15 dB
K =

3Larutan

1.Nombor kompleks

Jawapan: θ = −98.13 °

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 = −1, b = −7 → III

Sudut rujukan

α = atan(7/1) = 81.87°

Argumen

θ = −(180° − α) = −98.13°

Jawapan

θ = −98.13°

Dalam bentuk kutub z = 7.071∠−98.13°.

2.Nombor kompleks

Jawapan: Im(z⁹) = −512

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.

Bentuk kutub

z = √3 + j = 2∠30°

De Moivre

z⁹ = (2)⁹∠270° = 512∠−90°

Bentuk Cartes

z⁹ = 512·(cos −90° + j sin −90°) = −j512
Im(z⁹) = −512

Jawapan

Im(z⁹) = −512
3.Impedans AU & fasor

Jawapan: I = 0.3007 A

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·60 = 377 rad/s
XL = ωL = 377·0.25 = 94.25 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(377·22·10⁻⁶) = 120.6 Ω

Impedans

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

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(30² + (−26.32)²) = 39.91 Ω

Arus

Arus yang sama mengalir melalui setiap unsur litar bersiri.

I = V/|Z| = 12/39.91 = 0.3007 A

Jawapan

I = 0.3007 A
4.Impedans AU & fasor

Jawapan: VL = 536.7 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/√(0.005·0.1·10⁻⁶) = 44721 rad/s
I = V/R = 24/10 = 2.4 A

Voltan merentasi induktor

XL = ω₀L = 44721·0.005 = 223.6 Ω
VL = I·XL = 2.4·223.6 = 536.7 V

Jawapan

VL = 536.7 V

Ini ialah Q = 22.36 kali voltan bekalan.

5.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: Q = 40 kvar

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.

Sudut

φ = arccos(0.6) = 53.13°, tan φ = 1.333

Kuasa reaktif

Q = P·tan φ = 30·1.333 = 40 kvar

Jawapan

Q = 40 kvar
6.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: cos φ = 0.9213

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 = 11·tan(arccos 0.7) = 11.22 kvar
QC = V²·2πf·C = 230²·2π·60·330·10⁻⁶ = 6581 var = 6.581 kvar
Q2 = 11.22 − 6.581 = 4.641 kvar

Kuasa ketara baharu

S2 = √(11² + 4.641²) = 11.94 kVA

Faktor kuasa baharu

cos φ = P/S2 = 11/11.94 = 0.9213

Jawapan

cos φ = 0.9213
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: BW = 1.592 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 = 10/0.001 = 10000 rad/s

Lebar jalur dalam Hz

BW = 10000/(2π) = 1592 Hz = 1.592 kHz

Jawapan

BW = 1.592 kHz

Dengan f₀ = 159.2 kHz ini memberikan Q = 100.

8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: Q = 1.414

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 = √(400000·800000) = 565685 Hz

Lebar jalur

BW = 800000 − 400000 = 400000 Hz

Faktor kualiti

Q = 565685/400000 = 1.414

Jawapan

Q = 1.414
9.Kuasa tiga fasa

Jawapan: P = 41.57 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 = √3·400·75 = 51.96 kVA

Kuasa nyata

P = S·cos φ = 51.96·0.8 = 41.57 kW

Jawapan

P = 41.57 kW
10.Kuasa tiga fasa

Jawapan: QC = 31.76 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 = 50·tan(acos 0.72) = 50·0.9639 = 48.19 kvar
Q2 = 50·tan(acos 0.95) = 50·0.3287 = 16.43 kvar

Kuasa reaktif daripada kapasitor

QC = Q1 − Q2 = 31.76 kvar

Jawapan

QC = 31.76 kvar
11.Fana RC & RL

Jawapan: t = 0.6728 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 = 33 mH / 68 Ω = 0.4853 ms
i(∞) = Vs/R = 24/68 = 0.3529 A

Selesaikan untuk masa

0.75 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0.75)
t = −0.4853·ln(0.25) = 0.6728 ms

Jawapan

t = 0.6728 ms
12.Fana RC & RL

Jawapan: i = 0.4611 A

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

Sebelum t = 0 suis yang tertutup memintaskan R₂; selepas itu R₁ dan R₂ kedua-duanya berada dalam gelung.

i(0) = 12/22 = 0.5455 A
i(∞) = 12/(22 + 5) = 0.4444 A
τ = L/R = 150/27 = 5.556 ms
i(t) = 0.4444 + (0.5455 − 0.4444)·e−t/τ

Arus pada masa yang diberi

i(10) = 0.4444 + (0.101)·e−10/5.556 = 0.4611 A

Jawapan

i = 0.4611 A
13.Thévenin & Norton

Jawapan: Rth = 8 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​ = 15 ΩR3​ = 2 ΩPINTASR2​10 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 = 15·10/(15+10) = 6 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6 + 2 = 8 Ω
14.Thévenin & Norton

Jawapan: PL = 25.52 W

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​ = 20 ΩR3​ = 2 ΩPINTASR2​8 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 = 20·8/(20+8) = 5.714 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 5.714 + 2 = 7.714 Ω
R1​ = 20 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​18 VR2​8 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) = 5.143 + 3·5.714 = 22.29 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 22.29 + 3·2 = 28.29 V
Rth​ = 7.714 Ω+−Vth​28.29 VRL​6 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) = 28.29/(7.714 + 6) = 2.062 A
PL = IL²·RL = 2.062²·6 = 25.52 W
15.Plot Bode dan margin

Jawapan: |H| = −7.018 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 = R/L = 100/0.0047 = 21277 rad/s
fc = 3386 Hz → f/fc = 6800/3386 = 2.008

Gandaan

|H| = 1/√(1 + 2.008²) = 0.4458
20·log₁₀(0.4458) = −7.018 dB

Jawapan

|H| = −7.018 dB
16.Plot Bode dan margin

Jawapan: K = 83.22

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/4)·(ω/9) = 1 → ω180 = √(4·9) = 6 rad/s

Magnitud pada lintasan fasa

|L(jω180)| = K/(ω·√(ω² + 16)·√(ω² + 81)) = K/(4·9·(4 + 9)) = K/468

Gandaan yang diperlukan

468/K = 1015/20 = 5.623
K = 468/5.623 = 83.22

Jawapan

K = 83.22

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