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
ReIm11−1−122−2−233−3−344−4−455−5−566−6−677−7−788−8−8zABCD

Rajah menunjukkan z = −2 − j3. Dengan w = 2∠−90°, klik titik yang mewakili z·w.

z = −2 − j3w = 2∠−90°
  1. 1A (−4 − j6)
  2. 2B (6 − j4)
  3. 3C (−3 + j2)
  4. 4D (−6 + j4)
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
12 V200 HzR = 15 ΩL = 50 mHC = 10 µF

Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 12 V (rms), 200 Hz. Cari sudut fasa φ impedans, dalam darjah (positif apabila arus ketinggalan daripada voltan).

V = 12 V (rms)f = 200 HzR = 15 ΩL = 50 mHC = 10 µF
φ = °
4.Impedans AU & fasorSukar
VfR = 20 ΩL = 200 mHC = 10 µF

Litar RLC siri mempunyai R = 20 Ω, L = 200 mH dan C = 10 µF. Cari faktor kualitinya Q pada resonans.

R = 20 ΩL = 200 mHC = 10 µF
Q =
5.Kuasa AU & faktor kuasaSederhana
P = 14 kWQ = ?Sφ

Satu motor fasa tunggal mengambil 14 kW pada faktor kuasa 0.6 ketinggalan daripada bekalan 240 V. Cari kuasa reaktif Q yang diambilnya.

P = 14 kWpf = 0.6V = 240 V
Q = kvar
6.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
100 V50 HzRs​ = 2 ΩXs​ = j6 ΩZL​ = ?

Sumber 100 V (rms), 50 Hz mempunyai impedans dalaman Zs = 2 + j6 Ω. Impedans beban ZL boleh dipilih dengan bebas. Cari kuasa nyata maksimum Pmax yang boleh dibekalkan kepada beban.

Vs = 100 V (rms)f = 50 HzZs = 2 + j6 Ω
Pmax = W
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSederhana
V10 Ω10 mH1 µF

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

R = 10 ΩL = 10 mHC = 1 µF
BW = Hz
8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSukar
f|I|0.7071f0​ = ?100 kHz150 kHzBW

Frekuensi separuh kuasa suatu lengkung salunan ialah 100 kHz dan 150 kHz. Cari frekuensi salunan sebagai min geometri keduanya, kemudian faktor kualiti Q.

f1 = 100 kHzf2 = 150 kHz
Q =
9.Kuasa tiga fasaSederhana
ABCVL​ = 400 VIL​ = ?M75 kW, η = 88%cos φ = 0.88

Satu motor aruhan tiga fasa menghasilkan 75 kW kuasa keluaran mekanikal pada beban penuh. Pada beban ini kecekapannya 88% dan faktor kuasanya 0.88 ketinggalan. Bekalan mempunyai voltan antara talian 400 V. Cari arus talian IL.

Pout = 75 kWη = 88%cos φ = 0.88VL = 400 V
IL = A
10.Kuasa tiga fasaSukar
P = 50 kWφ1​S1​Q2​QC​

Satu beban tiga fasa seimbang mengambil 50 kW pada faktor kuasa 0.7 ketinggalan daripada bekalan 400 V (antara talian), 60 Hz. Satu bank kapasitor tiga fasa secara selari dengan beban mesti menaikkan faktor kuasa keseluruhan kepada 0.92 ketinggalan. Kuasa nyata kekal sama. Kapasitor disambung secara Y. Cari kapasitans Cph setiap kapasitor dalam µF.

P = 50 kWpf1 = 0.7pf2 = 0.92VL = 400 Vf = 60 Hz
Cph = µF
11.Fana RC & RLSederhana
R = 15 Ωt = 0L68 mHi(t)

Induktor membawa arus mantap 3 A. Pada t = 0 suis menutup gelung melalui R dan sumber dialihkan, maka arus induktor mereput melalui R. Cari arus i pada t = 5 ms.

i(0) = 3 AR = 15 ΩL = 68 mHt = 5 ms
i = A
12.Fana RC & RLSukar
+−Vs​12 VR1​ = 15 ΩR2​ = 5 Ωtertutup pada t = 0L47 mHi(t)

Suis merentasi R2 telah dibuka untuk masa yang lama, maka arus induktor mantap. Pada t = 0 suis ditutup dan memintaskan R2. Cari arus induktor i pada t = 5 ms.

Vs = 12 VR1 = 15 ΩR2 = 5 ΩL = 47 mHt = 5 ms
i = A
13.Thévenin & NortonSederhana
R1​ = 12 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​30 VR2​6 ΩAab

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

V1 = 30 VR1 = 12 ΩR2 = 6 ΩR3 = 4 Ω
Rth = Ω
14.Thévenin & NortonSukar
R1​ = 12 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​9 VR2​3 ΩAIs​2.5 ABab

Cari voltan Thévenin Vth yang dilihat dari terminal a–b.

V1 = 9 VIs = 2.5 AR1 = 12 ΩR2 = 3 ΩR3 = 3 Ω
Vth = V
15.Plot Bode dan marginSederhana
|H| (dB)0.10.111101010010010001000−60−40−200204060ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−180−135−90−450ω = 10

Cari fasa ∠G(jω) bagi G(s) = 6(s + 11)/(s(s + 1)) pada ω = 10 rad/s, dalam darjah.

G(s) = 6(s + 11)/(s(s + 1))ω = 10 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) = 236/(s(s + 5)(s + 7)). Cari margin gandaan GM dalam dB.

L(s) = 236/(s(s + 5)(s + 7))
GM = dB

3Larutan

1.Nombor kompleks

Jawapan: D (−6 + j4)

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.

Kesan w

|z·w| = 2·|z|, arg(z·w) = arg z + (−90)°

Titik itu

z·w = −6 + j4 → D

Jawapan

D (−6 + j4)
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: φ = −48.15 °

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|.

Reaktans

ω = 2πf = 2π·200 = 1257 rad/s
XL = ωL = 1257·0.05 = 62.83 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(1257·10·10⁻⁶) = 79.58 Ω

Impedans

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

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(15² + (−16.75)²) = 22.48 Ω

Sudut fasa

φ = arctan((XL − XC)/R) = arctan(−16.75/15) = −48.15°

Jawapan

φ = −48.15°
4.Impedans AU & fasor

Jawapan: Q = 7.071

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·√(0.2·10·10⁻⁶)) = 112.5 Hz

Faktor kualiti

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

Q = (1/R)·√(L/C) = (1/20)·√(0.2/(10·10⁻⁶)) = 7.071

Jawapan

Q = 7.071
5.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: Q = 18.67 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 = 14·1.333 = 18.67 kvar

Jawapan

Q = 18.67 kvar
6.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: Pmax = 1250 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* = 2 − j6 Ω

Kuasa maksimum

I = Vs/(2Rs) = 100/4 = 25 A
Pmax = I²·RL = Vs²/(4Rs) = 100²/(4·2) = 1250 W

Jawapan

Pmax = 1250 W
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: BW = 159.2 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).

Lebar jalur dalam rad/s

R/L = 10/0.01 = 1000 rad/s

Lebar jalur dalam Hz

BW = 1000/(2π) = 159.2 Hz = 159.2 Hz

Jawapan

BW = 159.2 Hz

Dengan f₀ = 1.592 kHz ini memberikan Q = 10.

8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: Q = 2.449

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 = √(100000·150000) = 122474 Hz

Lebar jalur

BW = 150000 − 100000 = 50000 Hz

Faktor kualiti

Q = 122474/50000 = 2.449

Jawapan

Q = 2.449
9.Kuasa tiga fasa

Jawapan: IL = 139.8 A

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 masukan elektrik

Pin = Pout/η = 75/0.88 = 85.23 kW

Arus talian

IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 85227/(√3·400·0.88) = 139.8 A

Jawapan

IL = 139.8 A
10.Kuasa tiga fasa

Jawapan: Cph = 492.6 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 = 50·tan(acos 0.7) = 50·1.02 = 51.01 kvar
Q2 = 50·tan(acos 0.92) = 50·0.426 = 21.3 kvar

Kuasa reaktif daripada kapasitor

QC = Q1 − Q2 = 29.71 kvar

Kapasitans setiap fasa

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

V = 400/√3 = 230.9 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 9903/(377·230.9²) = 492.6 µF

Jawapan

Cph = 492.6 µF
11.Fana RC & RL

Jawapan: i = 0.9957 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

τ = L/R = 68 mH / 15 Ω = 4.533 ms

Pereputan arus

i(t) = 3·e−5/4.533 = 0.9957 A

Jawapan

i = 0.9957 A
12.Fana RC & RL

Jawapan: i = 0.7594 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 kedua-dua perintang berada dalam gelung; selepas itu suis yang tertutup memintaskan R₂.

i(0) = 12/(15 + 5) = 0.6 A
i(∞) = 12/15 = 0.8 A
τ = L/R = 47/15 = 3.133 ms
i(t) = 0.8 + (0.6 − 0.8)·e−t/τ

Arus pada masa yang diberi

i(5) = 0.8 + (−0.2)·e−5/3.133 = 0.7594 A

Jawapan

i = 0.7594 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​ = 12 ΩR3​ = 4 ΩPINTASR2​6 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 = 12·6/(12+6) = 4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4 + 4 = 8 Ω
14.Thévenin & Norton

Jawapan: Vth = 15.3 V

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​ = 3 ΩPINTASR2​3 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 = 12·3/(12+3) = 2.4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.4 + 3 = 5.4 Ω
R1​ = 12 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​9 VR2​3 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) = 1.8 + 2.5·2.4 = 7.8 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 7.8 + 2.5·3 = 15.3 V
15.Plot Bode dan margin

Jawapan: ∠G(jω) = −132 °

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(10/11) − 90° − atan(10/1) = 42.27° − 90° − 84.29°

Keputusan

∠G(j10) = −132°

Jawapan

∠G(jω) = −132°
16.Plot Bode dan margin

Jawapan: GM = 5.007 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/5)·(ω/7) = 1 → ω180 = √(5·7) = 5.916 rad/s

Magnitud pada lintasan fasa

|L(jω180)| = K/(ω·√(ω² + 25)·√(ω² + 49)) = K/(5·7·(5 + 7)) = K/420

Margin gandaan

GM = 20·log₁₀(420/236) = 5.007 dB

Jawapan

GM = 5.007 dB

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