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
ReIm11−1−122−2−2θz

Tulis z = 2.5∠−20° dalam bentuk Cartes a + jb dan beri bahagian khayalan b.

r = 2.5θ = −20°
b =
2.Nombor kompleksSukar
ReIm11−1−122−2−2θz

Gunakan teorem De Moivre untuk mencari bahagian khayalan z⁶ bagi z = −2 − j2.

z = −2 − j2n = 6
Im(z⁶) =
3.Impedans AU & fasorSederhana
120 V60 HzR = 80 ΩL = 20 mHC = 100 µFI

Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 120 V (rms), 60 Hz. Cari arus rms I.

V = 120 V (rms)f = 60 HzR = 80 ΩL = 20 mHC = 100 µF
I = A
4.Impedans AU & fasorSukar
50 V100 HzR = 20 ΩL = 200 mHC = 10 µF

Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 50 V (rms), 100 Hz. Cari frekuensi salunan f0 litar itu.

V = 50 V (rms)f = 100 HzR = 20 ΩL = 200 mHC = 10 µF
f0 = Hz
5.Kuasa AU & faktor kuasaSederhana
P = 7 kWQSφ

Satu motor fasa tunggal mengambil 7 kW pada faktor kuasa 0.8 ketinggalan daripada bekalan 230 V. Cari arus talian I.

P = 7 kWpf = 0.8V = 230 V
I = A
6.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
400 V50 Hzbeban10 kW, 0.65C33 µFI = ?

Satu beban fasa tunggal mengambil 10 kW pada faktor kuasa 0.65 ketinggalan daripada bekalan 400 V, 50 Hz. Kapasitor 33 µF disambung selari dengan beban itu. Cari arus talian baharu I.

P = 10 kWpf1 = 0.65V = 400 Vf = 50 HzC = 33 µF
I = A
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSederhana
C = 220 nF+−7.5 VL = 4.7 mHiL​

Kapasitor 220 nF yang dicas kepada 10 V berayun dengan induktor unggul 4.7 mH. Cari tenaga WL yang tersimpan dalam induktor pada saat voltan kapasitor ialah 7.5 V, dalam µJ.

C = 220 nFV0 = 10 VvC = 7.5 V
WL = µJ
8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSukar
V22 Ω100 mH100 nF100 mA

Litar RLC siri (R = 22 Ω, L = 100 mH, C = 100 nF) dipacu pada salunan dengan amplitud arus 100 mA. Cari tenaga Ecycle yang dilesapkan dalam R sepanjang satu kitaran, dalam µJ.

R = 22 ΩL = 100 mHC = 100 nFIm = 100 mA
Ecycle = µJ
9.Kuasa tiga fasaSederhana
ABCVL​ = 415 VZ = 12 + j5 Ωsetiap fasa

Satu beban bersambung Δ yang seimbang dengan impedans 12 + j5 Ω setiap fasa disambung kepada bekalan tiga fasa seimbang dengan voltan antara talian 415 V. Cari jumlah kuasa nyata P yang diserap oleh beban dalam kW.

VL = 415 VZ = 12 + j5 Ω setiap fasa
P = kW
10.Kuasa tiga fasaSukar
P = 250 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Satu beban tiga fasa seimbang mengambil 250 kW pada faktor kuasa 0.7 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. Cari jumlah kuasa reaktif QC yang mesti dibekalkan oleh bank kapasitor, dalam kvar.

P = 250 kWpf1 = 0.7pf2 = 0.95VL = 480 Vf = 50 Hz
QC = kvar
11.Fana RC & RLSederhana
+−Vs​24 Vt = 0R = 68 ΩL10 mHi(t)

Induktor tidak membawa arus sebelum suis ditutup pada t = 0. Cari arus i pada t = 1 ms.

Vs = 24 VR = 68 ΩL = 10 mHt = 1 ms
i = A
12.Fana RC & RLSukar
+−Vs​12 Vt = 0R = 3.3 kΩC100 µF+−vC​vC​(0) = 6 V

Sejurus sebelum suis ditutup pada t = 0, kapasitor menyimpan 6 V dengan polariti seperti yang ditunjukkan. Berapa lama masa yang diambil untuk vC mencapai 8.4 V? Cari t.

Vs = 12 VR = 3.3 kΩC = 100 µFvC(0) = 6 V
t = ms
13.Thévenin & NortonSederhana
R1​ = 12 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩAab

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

V1 = 24 VR1 = 12 ΩR2 = 4 ΩR3 = 6 Ω
Rth = Ω
14.Thévenin & NortonSukar
R1​ = 2 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​12 VR2​20 ΩAIs​2.5 ABRL​5 ΩIL​

Satu beban RL = 5 Ω disambungkan merentasi a–b. Gunakan setara Thévenin untuk mencari kuasa PL yang dihantar kepada beban.

V1 = 12 VIs = 2.5 AR1 = 2 ΩR2 = 20 ΩR3 = 3 ΩRL = 5 Ω
PL = W
15.Plot Bode dan marginSederhana
vin​R = 10 ΩL = 100 mHvout​

penapis laluan tinggi RL yang ditunjukkan mempunyai R = 10 Ω, L = 100 mH. Input sinusoid 8 Hz dikenakan. Cari anjakan fasa φ bagi vout relatif kepada vin, dalam darjah.

R = 10 ΩL = 100 mHf = 8 Hz
φ = °
16.Plot Bode dan marginSukar
|H| (dB)11101010010010001000−80−60−40−2002040ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−180−135−90−450ωc​ = ?

Gelung suap balik unit mempunyai fungsi pindah gelung terbuka L(s) = 175/(s(s + 10)). Cari frekuensi lintasan gandaan ωc, di mana |L(jω)| = 1.

L(s) = 175/(s(s + 10))
ωc = rad/s

3Larutan

1.Nombor kompleks

Jawapan: b = −0.8551

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 = 2.5·cos(−20°) = 2.349
b = 2.5·sin(−20°) = −0.8551

Bentuk Cartes

z = 2.349 − j0.8551
b = −0.8551

Jawapan

b = −0.8551
2.Nombor kompleks

Jawapan: Im(z⁶) = −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 = −2 − j2 = 2√2∠−135°

De Moivre

z⁶ = (2√2)⁶∠−810° = 512∠−90°

Bentuk Cartes

z⁶ = 512·(cos −90° + j sin −90°) = −j512
Im(z⁶) = −512

Jawapan

Im(z⁶) = −512
3.Impedans AU & fasor

Jawapan: I = 1.459 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 = 377·0.02 = 7.54 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(377·100·10⁻⁶) = 26.53 Ω

Impedans

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

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(80² + (−18.99)²) = 82.22 Ω

Arus

Arus yang sama mengalir melalui setiap unsur litar bersiri.

I = V/|Z| = 120/82.22 = 1.459 A

Jawapan

I = 1.459 A
4.Impedans AU & fasor

Jawapan: f0 = 112.5 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·√(0.2·10·10⁻⁶)) = 112.5 Hz

Jawapan

f0 = 112.5 Hz
5.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: I = 38.04 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) = 7000/(230·0.8) = 38.04 A

Jawapan

I = 38.04 A
6.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: I = 35.41 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 = 10·tan(arccos 0.65) = 11.69 kvar
QC = V²·2πf·C = 400²·2π·50·33·10⁻⁶ = 1659 var = 1.659 kvar
Q2 = 11.69 − 1.659 = 10.03 kvar

Kuasa ketara baharu

S2 = √(10² + 10.03²) = 14.17 kVA

Arus talian baharu

I = S2/V = 14165/400 = 35.41 A

Jawapan

I = 35.41 A
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: WL = 4.813 µJ

Salunan LC: kapasitor bercas yang disambungkan kepada induktor memacu arus yang mengecasnya ke arah sebaliknya: tenaga berayun antara medan elektrik C (½Cv²) dan medan magnet L (½Li²) pada frekuensi tabii f0 = 1/(2π√(LC)). Tanpa rintangan jumlah tenaga ½CV0² kekal malar, jadi arus puncak ialah Imax = V0√(C/L). Satu tempoh ialah T = 1/f0; tenaga berpindah dari C ke L dalam suku daripadanya.

Jumlah tenaga

½·2.2 × 10⁻⁷·10² = 1.1 × 10⁻⁵ J

Tenaga yang tinggal dalam kapasitor

½·2.2 × 10⁻⁷·7.5² = 6.188 × 10⁻⁶ J

Tenaga dalam induktor

WL = 4.813 × 10⁻⁶ J = 4.813 µJ

Jawapan

WL = 4.813 µJ
8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: Ecycle = 69.12 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 = ½·0.1·0.1² = 0.0005 J

Faktor kualiti

Q = (1/22)·√(0.1/1 × 10⁻⁷) = 45.45

Tenaga hilang setiap kitaran

Ecycle = 2π·W/Q = 2π·0.0005/45.45 = 6.912 × 10⁻⁵ J = 69.12 µJ
semakan: ½·0.1²·22/1592 = 6.912 × 10⁻⁵ J

Jawapan

Ecycle = 69.12 µJ
9.Kuasa tiga fasa

Jawapan: P = 36.69 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 = VL = 415 V

Arus fasa

|Z| = √(12² + 5²) = 13 Ω
Iph = 415/13 = 31.92 A

Jumlah kuasa nyata

Hanya bahagian rintangan setiap impedans yang menyerap kuasa nyata.

P = 3·Iph²·R = 3·31.92²·12 = 36.69 kW

Jawapan

P = 36.69 kW

Semak: cos φ = R/|Z| = 0.9231, dan √3·VL·IL·cos φ memberikan kuasa yang sama.

10.Kuasa tiga fasa

Jawapan: QC = 172.9 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 = 250·tan(acos 0.7) = 250·1.02 = 255.1 kvar
Q2 = 250·tan(acos 0.95) = 250·0.3287 = 82.17 kvar

Kuasa reaktif daripada kapasitor

QC = Q1 − Q2 = 172.9 kvar

Jawapan

QC = 172.9 kvar
11.Fana RC & RL

Jawapan: i = 0.3525 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.

Pemalar masa dan arus akhir

Lama selepas suis ditutup, induktor berkelakuan seperti litar pintas, jadi arus akhir ditentukan oleh R sahaja.

τ = L/R = 10 mH / 68 Ω = 0.1471 ms
i(∞) = Vs/R = 24/68 = 0.3529 A

Arus pada masa yang diberi

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0.3529·(1 − e−1/0.1471) = 0.3525 A

Jawapan

i = 0.3525 A
12.Fana RC & RL

Jawapan: t = 168.6 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) = 6 V, vC(∞) = Vs = 12 V
τ = R·C = 3.3 kΩ · 100 µF = 330 ms
vC(t) = 12 + (6 − 12)·e−t/τ

Selesaikan untuk masa

8.4 = 12 + (−6)·e−t/τ → e−t/τ = (8.4 − 12)/(6 − 12) = 0.6
t = τ·ln((6 − 12)/(8.4 − 12)) = 330·ln(1.667) = 168.6 ms

Jawapan

t = 168.6 ms
13.Thévenin & Norton

Jawapan: Rth = 9 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​ = 6 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 = 12·4/(12+4) = 3 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3 + 6 = 9 Ω
14.Thévenin & Norton

Jawapan: PL = 27.33 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​ = 2 ΩR3​ = 3 ΩPINTASR2​20 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 = 2·20/(2+20) = 1.818 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1.818 + 3 = 4.818 Ω
R1​ = 2 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​12 VR2​20 ΩAIs​2.5 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) = 10.91 + 2.5·1.818 = 15.45 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 15.45 + 2.5·3 = 22.95 V
Rth​ = 4.818 Ω+−Vth​22.95 VRL​5 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) = 22.95/(4.818 + 5) = 2.338 A
PL = IL²·RL = 2.338²·5 = 27.33 W
15.Plot Bode dan margin

Jawapan: φ = 63.31 °

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 = 10/0.1 = 100 rad/s
fc = 15.92 Hz → f/fc = 8/15.92 = 0.5027

Fasa

φ = 90° − atan(0.5027) = 63.31°

Jawapan

φ = 63.31°
16.Plot Bode dan margin

Jawapan: ωc = 11.49 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 gandaan

ω⁴ + 100ω² − 30625 = 0
ω² = (−100 + √(10000 + 4·30625))/2 = 132
ωc = 11.49 rad/s

Jawapan

ωc = 11.49 rad/s

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