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
ReIm55−5−51010−10−10θz

Cari argumen θ bagi z = −2 − j9 dalam darjah, sebagai nilai utama antara −180° dengan 180°.

z = −2 − j9
θ = °
2.Nombor kompleksSukar
ReIm0.50.5−0.5−0.511−1−1θz

Cari bahagian nyata (−1 − j)⁴.

z = −1 − jn = 4
Re(z⁴) =
3.Impedans AU & fasorSederhana
50 V60 HzR = 80 ΩL = 150 mHC = 100 µFI

Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 50 V (rms), 60 Hz. Cari faktor kuasa cos φ litar itu.

V = 50 V (rms)f = 60 HzR = 80 ΩL = 150 mHC = 100 µF
cos φ =
4.Impedans AU & fasorSukar
2 Vf0​R = 15 ΩL = 10 mHC = 2.2 µF

Litar RLC siri digerakkan oleh sumber 2 V (rms) yang frekuensinya ditetapkan pada frekuensi resonans litar. Cari voltan rms VL merentasi induktor.

V = 2 V (rms)R = 15 ΩL = 10 mHC = 2.2 µF
VL = V
5.Kuasa AU & faktor kuasaSederhana
P = 27 kWQSφ

Satu motor fasa tunggal mengambil 27 kW pada faktor kuasa 0.85 ketinggalan daripada bekalan 230 V. Cari arus talian I.

P = 27 kWpf = 0.85V = 230 V
I = A
6.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
230 V60 HzRs​ = 4 ΩXs​ = j6 ΩZL​ = ?

Sumber 230 V (rms), 60 Hz mempunyai impedans dalaman Zs = 4 + j6 Ω. Impedans beban ZL boleh dipilih dengan bebas. Cari kuasa nyata maksimum Pmax yang boleh dibekalkan kepada beban.

Vs = 230 V (rms)f = 60 HzZs = 4 + j6 Ω
Pmax = W
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSederhana
f|I|0.7071200 kHzf1​ = ?f2​BW

Litar RLC siri bersalun pada 200 kHz dengan Q = 2.5. Cari frekuensi separuh kuasa bawah f1 dengan tepat, dalam kHz.

f0 = 200 kHzQ = 2.5
f1 = kHz
8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSukar
V20 ΩLC = ?

Reka penapis RLC siri dengan jumlah rintangan 20 Ω, frekuensi salunan 200 kHz dan lebar jalur 10 kHz. Cari kemuatan C dalam nF.

R = 20 Ωf0 = 200 kHzBW = 10 kHz
C = nF
9.Kuasa tiga fasaSederhana
ABCVL​ = 415 VIL​ = 40 Acos φ = 0.92ketinggalan

Satu beban tiga fasa seimbang mengambil arus talian 40 A daripada bekalan dengan voltan antara talian 415 V. Faktor kuasanya 0.92 ketinggalan. Cari jumlah kuasa nyata P yang diambil oleh beban dalam kW.

VL = 415 VIL = 40 Acos φ = 0.92
P = kW
10.Kuasa tiga fasaSukar
P = 300 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Satu beban tiga fasa seimbang mengambil 300 kW pada faktor kuasa 0.75 ketinggalan daripada bekalan 690 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. Cari jumlah kuasa reaktif QC yang mesti dibekalkan oleh bank kapasitor, dalam kvar.

P = 300 kWpf1 = 0.75pf2 = 0.9VL = 690 Vf = 50 Hz
QC = kvar
11.Fana RC & RLSederhana
+−Vs​15 Vt = 0R = 33 ΩL220 mHi(t)

Induktor tidak membawa arus sebelum suis ditutup pada t = 0. Cari arus i pada t = 5 ms.

Vs = 15 VR = 33 ΩL = 220 mHt = 5 ms
i = A
12.Fana RC & RLSukar
+−Vs​12 Vt = 0R = ?C47 µF+−vC​

Sebuah pemasa mula mengecas kapasitor tidak bercas melalui perintang daripada bekalan 12 V pada t = 0. Ia mesti mencetuskan apabila voltan kapasitor mencapai 6 V, tepat 500 ms selepas permulaan. Dengan C = 47 µF, cari rintangan R yang diperlukan.

Vs = 12 VVth = 6 VT = 500 msC = 47 µF
R = kΩ
13.Thévenin & NortonSederhana
R1​ = 12 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​6 VR2​6 ΩAab

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

V1 = 6 VR1 = 12 ΩR2 = 6 ΩR3 = 15 Ω
Vth = V
14.Thévenin & NortonSukar
R1​ = 15 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​18 VR2​8 ΩAIs​5 ABab

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

V1 = 18 VIs = 5 AR1 = 15 ΩR2 = 8 ΩR3 = 8 Ω
IN = A
15.Plot Bode dan marginSederhana
vin​L = 47 mHR = 22 Ωvout​

penapis laluan rendah RL yang ditunjukkan mempunyai R = 22 Ω, L = 47 mH. Input sinusoid 740 Hz dikenakan. Cari anjakan fasa φ bagi vout relatif kepada vin, dalam darjah.

R = 22 ΩL = 47 mHf = 740 Hz
φ = °
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) = 314/(s(s + 4)(s + 10)). Cari frekuensi lintasan fasa ω180, di mana ∠L(jω) = −180°.

L(s) = 314/(s(s + 4)(s + 10))
ω180 = rad/s

3Larutan

1.Nombor kompleks

Jawapan: θ = −102.5 °

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 = −2, b = −9 → III

Sudut rujukan

α = atan(9/2) = 77.47°

Argumen

θ = −(180° − α) = −102.5°

Jawapan

θ = −102.5°

Dalam bentuk kutub z = 9.22∠−102.5°.

2.Nombor kompleks

Jawapan: Re(z⁴) = −4

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.

Kuasa langkah demi langkah

z² = (−1 − j)(−1 − j) = j2
z³ = (j2)(−1 − j) = 2 − j2
z⁴ = (2 − j2)(−1 − j) = −4

Semak dengan De Moivre

z = 1.414∠−135° → z⁴ = 4∠180°
Re(z⁴) = −4

Jawapan

Re(z⁴) = −4
3.Impedans AU & fasor

Jawapan: cos φ = 0.9362

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 = 56.55 Ω, XC = 26.53 Ω

Impedans

|Z| = √(80² + (30.02)²) = 85.45 Ω

Faktor kuasa

cos φ = R/|Z| = 80/85.45 = 0.9362
Litar itu induktif, maka faktor kuasanya ketinggalan.

Jawapan

cos φ = 0.9362
4.Impedans AU & fasor

Jawapan: VL = 8.989 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/√(0.01·2.2·10⁻⁶) = 6742 rad/s
I = V/R = 2/15 = 0.1333 A

Voltan merentasi induktor

XL = ω₀L = 6742·0.01 = 67.42 Ω
VL = I·XL = 0.1333·67.42 = 8.989 V

Jawapan

VL = 8.989 V

Ini ialah Q = 4.495 kali voltan bekalan.

5.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: I = 138.1 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) = 27000/(230·0.85) = 138.1 A

Jawapan

I = 138.1 A
6.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: Pmax = 3306 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* = 4 − j6 Ω

Kuasa maksimum

I = Vs/(2Rs) = 230/8 = 28.75 A
Pmax = I²·RL = Vs²/(4Rs) = 230²/(4·4) = 3306 W

Jawapan

Pmax = 3306 W
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: f1 = 164 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).

Sebutan punca kuasa dua

√(1 + 1/(4·2.5²)) = 1.02

Frekuensi separuh kuasa bawah

f1 = 200000·(1.02 − 0.2) = 163961 Hz = 164 kHz

Jawapan

f1 = 164 kHz

Yang atas ialah f₂ = 244 kHz; semakan: f₂ − f₁ = 80 kHz = f₀/Q.

8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: C = 1.989 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) = 20/(2π·10000) = 0.0003183 H

Kemuatan daripada frekuensi salunan

C = 1/((2π·200000)²·0.0003183) = 1.989 × 10⁻⁹ F = 1.989 nF

Jawapan

C = 1.989 nF

Q = f₀/BW = 20.

9.Kuasa tiga fasa

Jawapan: P = 26.45 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 = √3·415·40 = 28.75 kVA

Kuasa nyata

P = S·cos φ = 28.75·0.92 = 26.45 kW

Jawapan

P = 26.45 kW
10.Kuasa tiga fasa

Jawapan: QC = 119.3 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 = 300·tan(acos 0.75) = 300·0.8819 = 264.6 kvar
Q2 = 300·tan(acos 0.9) = 300·0.4843 = 145.3 kvar

Kuasa reaktif daripada kapasitor

QC = Q1 − Q2 = 119.3 kvar

Jawapan

QC = 119.3 kvar
11.Fana RC & RL

Jawapan: i = 0.2398 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 = 220 mH / 33 Ω = 6.667 ms
i(∞) = Vs/R = 15/33 = 0.4545 A

Arus pada masa yang diberi

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0.4545·(1 − e−5/6.667) = 0.2398 A

Jawapan

i = 0.2398 A
12.Fana RC & RL

Jawapan: R = 15.35 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

6 = 12·(1 − e−500/τ) → τ = 500/ln(12/(12 − 6))
τ = 500/0.6931 = 721.3 ms

Rintangan

kΩ darab µF memberikan milisaat.

R = τ/C = 721.3/47 = 15.35 kΩ

Jawapan

R = 15.35 kΩ
13.Thévenin & Norton

Jawapan: Vth = 2 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​ = 15 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 + 15 = 19 Ω
R1​ = 12 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​6 VR2​6 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) = 6·6/(12+6) = 2 V
14.Thévenin & Norton

Jawapan: IN = 5.474 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​ = 8 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 = 15·8/(15+8) = 5.217 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 5.217 + 8 = 13.22 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​18 VR2​8 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) = 6.261 + 5·5.217 = 32.35 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 32.35 + 5·8 = 72.35 V
IN​5.474 ARth​13.22 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 = 72.35/13.22 = 5.474 A
15.Plot Bode dan margin

Jawapan: φ = −84.25 °

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 = 22/0.047 = 468.1 rad/s
fc = 74.5 Hz → f/fc = 740/74.5 = 9.933

Fasa

φ = − atan(9.933) = −84.25°

Jawapan

φ = −84.25°
16.Plot Bode dan margin

Jawapan: ω180 = 6.325 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/4)·(ω/10) = 1 → ω180 = √(4·10) = 6.325 rad/s

Jawapan

ω180 = 6.325 rad/s

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