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 = 3∠40° dan z₂ = 2∠20°, cari bahagian nyata w = z₁·z₂.

z₁ = 3∠40°z₂ = 2∠20°
Re(w) =
2.Nombor kompleksSukar
ReIm22−2−244−4−466−6−6ABCD

Tepat satu daripada titik A–D ialah punca bagi z⁶ = 729∠−90°. Klik titik itu.

w = 729∠−90°n = 6
  1. 1A (3∠45°)
  2. 2B (5.4∠75°)
  3. 3C (3∠−45°)
  4. 4D (3∠75°)
3.Impedans AU & fasorSederhana
50 V100 HzR = 10 ΩL = 150 mHC = 10 µFI

Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 50 V (rms), 100 Hz. Cari kuasa nyata P yang diambil daripada bekalan.

V = 50 V (rms)f = 100 HzR = 10 ΩL = 150 mHC = 10 µF
P = W
4.Impedans AU & fasorSukar
VfR = 10 ΩL = 50 mHC = 10 µF

Litar RLC siri mempunyai R = 10 Ω, L = 50 mH dan C = 10 µF. Cari faktor kualitinya Q pada resonans.

R = 10 ΩL = 50 mHC = 10 µF
Q =
5.Kuasa AU & faktor kuasaSederhana
P = 10 kWQ = ?Sφ

Satu motor fasa tunggal mengambil 10 kW pada faktor kuasa 0.75 ketinggalan daripada bekalan 230 V. Cari kuasa reaktif Q yang diambilnya.

P = 10 kWpf = 0.75V = 230 V
Q = kvar
6.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
240 V60 Hzbeban23 kW, 0.75C100 µFI = ?

Satu beban fasa tunggal mengambil 23 kW pada faktor kuasa 0.75 ketinggalan daripada bekalan 240 V, 60 Hz. Kapasitor 100 µF disambung selari dengan beban itu. Cari arus talian baharu I.

P = 23 kWpf1 = 0.75V = 240 Vf = 60 HzC = 100 µF
I = A
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSederhana
f|I|0.70711 kHzf1​ = ?f2​BW

Litar RLC siri bersalun pada 1 kHz dengan Q = 1.5. Cari frekuensi separuh kuasa bawah f1 dengan tepat, dalam Hz.

f0 = 1 kHzQ = 1.5
f1 = Hz
8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalurSukar
f|I|0.7071f0​ = ?2 kHz2.4 kHzBW

Frekuensi separuh kuasa suatu lengkung salunan ialah 2 kHz dan 2.4 kHz. Cari frekuensi salunan sebagai min geometri keduanya, kemudian faktor kualiti Q.

f1 = 2 kHzf2 = 2.4 kHz
Q =
9.Kuasa tiga fasaSederhana
ABCVL​ = 480 VIL​ = 40 Acos φ = 0.9ketinggalan

Satu beban tiga fasa seimbang mengambil arus talian 40 A daripada bekalan dengan voltan antara talian 480 V. Faktor kuasanya 0.9 ketinggalan. Cari jumlah kuasa nyata P yang diambil oleh beban dalam kW.

VL = 480 VIL = 40 Acos φ = 0.9
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 415 V (antara talian), 50 Hz. Satu bank kapasitor tiga fasa secara selari dengan beban mesti menaikkan faktor kuasa keseluruhan kepada 0.92 ketinggalan. Kuasa nyata kekal sama. Cari jumlah kuasa reaktif QC yang mesti dibekalkan oleh bank kapasitor, dalam kvar.

P = 50 kWpf1 = 0.72pf2 = 0.92VL = 415 Vf = 50 Hz
QC = kvar
11.Fana RC & RLSederhana
R = 33 Ωt = 0L220 mHi(t)

Induktor membawa arus mantap 2.5 A. Pada t = 0 suis menutup gelung melalui R dan sumber dialihkan, maka arus induktor mereput melalui R. Berapa lamakah masa yang diambil untuk arus jatuh kepada 0.25 A? Cari t.

i(0) = 2.5 AR = 33 ΩL = 220 mH
t = ms
12.Fana RC & RLSukar
+−Vs​10 Vt = 0R = 10 kΩC47 µF+−vC​vC​(0) = 8 V

Sejurus sebelum suis ditutup pada t = 0, kapasitor menyimpan 8 V dengan polariti seperti yang ditunjukkan. Berapa lama masa yang diambil untuk vC mencapai 8.6 V? Cari t.

Vs = 10 VR = 10 kΩC = 47 µFvC(0) = 8 V
t = ms
13.Thévenin & NortonSederhana
R1​ = 8 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​6 VR2​15 ΩAab

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

V1 = 6 VR1 = 8 ΩR2 = 15 ΩR3 = 12 Ω
IN = A
14.Thévenin & NortonSukar
R1​ = 25 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​30 VR2​5 ΩAIs​1.5 ABRL​3 ΩIL​

Satu beban RL = 3 Ω disambungkan merentasi a–b. Gunakan setara Thévenin untuk mencari kuasa PL yang dihantar kepada beban.

V1 = 30 VIs = 1.5 AR1 = 25 ΩR2 = 5 ΩR3 = 15 ΩRL = 3 Ω
PL = W
15.Plot Bode dan marginSederhana
vin​L = 20 mHC = 0.22 µFR = 50 Ωvout​

Dalam penapis laluan jalur RLC sesiri yang ditunjukkan output diambil merentasi R = 50 Ω, dengan L = 20 mH dan C = 0.22 µF. Cari frekuensi pusat (salunan) f0 dalam Hz.

R = 50 ΩL = 20 mHC = 0.22 µF
f0 = Hz
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 + 2)(s + 4)). Cari gandaan K yang memberi margin gandaan 2 dB.

L(s) = K/(s(s + 2)(s + 4))GM = 2 dB
K =

3Larutan

1.Nombor kompleks

Jawapan: Re(w) = 3

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| = 3 · 2 = 6
θ = 40° + 20° = 60°

Bentuk Cartes

Re(w) = 6·cos(60°) = 3
Im(w) = 6·sin(60°) = 5.196
Re(w) = 3

Jawapan

Re(w) = 3
2.Nombor kompleks

Jawapan: A (3∠45°)

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 dan argumen punca-punca

|z| = 3
θ = −15°, 45°, 105°, 165°, −135°, −75°

Titik itu

A = 3∠45°

Jawapan

A (3∠45°)
3.Impedans AU & fasor

Jawapan: P = 5.797 W

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 = 94.25 Ω, XC = 159.2 Ω

Impedans

|Z| = √(10² + (−64.91)²) = 65.67 Ω

Kuasa nyata

Induktor dan kapasitor hanya menyimpan dan mengembalikan tenaga; perintang menyerap semua kuasa nyata.

I = 50/65.67 = 0.7613 A
P = I²·R = 0.7613²·10 = 5.797 W

Jawapan

P = 5.797 W
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·√(0.05·10·10⁻⁶)) = 225.1 Hz

Faktor kualiti

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

Q = (1/R)·√(L/C) = (1/10)·√(0.05/(10·10⁻⁶)) = 7.071

Jawapan

Q = 7.071
5.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: Q = 8.819 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(0.75) = 41.41°, tan φ = 0.8819

Kuasa reaktif

Q = P·tan φ = 10·0.8819 = 8.819 kvar

Jawapan

Q = 8.819 kvar
6.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: I = 122 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 = 23·tan(arccos 0.75) = 20.28 kvar
QC = V²·2πf·C = 240²·2π·60·100·10⁻⁶ = 2171 var = 2.171 kvar
Q2 = 20.28 − 2.171 = 18.11 kvar

Kuasa ketara baharu

S2 = √(23² + 18.11²) = 29.28 kVA

Arus talian baharu

I = S2/V = 29276/240 = 122 A

Jawapan

I = 122 A
7.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: f1 = 720.8 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).

Sebutan punca kuasa dua

√(1 + 1/(4·1.5²)) = 1.054

Frekuensi separuh kuasa bawah

f1 = 1000·(1.054 − 0.3333) = 720.8 Hz = 720.8 Hz

Jawapan

f1 = 720.8 Hz

Yang atas ialah f₂ = 1.387 kHz; semakan: f₂ − f₁ = 666.7 Hz = f₀/Q.

8.Salunan LC, faktor Q & lebar jalur

Jawapan: Q = 5.477

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 = √(2000·2400) = 2191 Hz

Lebar jalur

BW = 2400 − 2000 = 400 Hz

Faktor kualiti

Q = 2191/400 = 5.477

Jawapan

Q = 5.477
9.Kuasa tiga fasa

Jawapan: P = 29.93 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 = √3·480·40 = 33.26 kVA

Kuasa nyata

P = S·cos φ = 33.26·0.9 = 29.93 kW

Jawapan

P = 29.93 kW
10.Kuasa tiga fasa

Jawapan: QC = 26.89 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 0.92) = 50·0.426 = 21.3 kvar

Kuasa reaktif daripada kapasitor

QC = Q1 − Q2 = 26.89 kvar

Jawapan

QC = 26.89 kvar
11.Fana RC & RL

Jawapan: t = 15.35 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

τ = L/R = 220 mH / 33 Ω = 6.667 ms

Selesaikan untuk masa

0.25 = 2.5·e−t/τ → t = τ·ln(2.5/0.25)
t = 6.667·ln(10) = 15.35 ms

Jawapan

t = 15.35 ms
12.Fana RC & RL

Jawapan: t = 167.6 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) = 8 V, vC(∞) = Vs = 10 V
τ = R·C = 10 kΩ · 47 µF = 470 ms
vC(t) = 10 + (8 − 10)·e−t/τ

Selesaikan untuk masa

8.6 = 10 + (−2)·e−t/τ → e−t/τ = (8.6 − 10)/(8 − 10) = 0.7
t = τ·ln((8 − 10)/(8.6 − 10)) = 470·ln(1.429) = 167.6 ms

Jawapan

t = 167.6 ms
13.Thévenin & Norton

Jawapan: IN = 0.2273 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​ = 8 ΩR3​ = 12 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 = 8·15/(8+15) = 5.217 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 5.217 + 12 = 17.22 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​6 VR2​15 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) = 6·15/(8+15) = 3.913 V
IN​0.2273 ARth​17.22 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 = 3.913/17.22 = 0.2273 A
14.Thévenin & Norton

Jawapan: PL = 6.955 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​ = 25 ΩR3​ = 15 ΩPINTASR2​5 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 = 25·5/(25+5) = 4.167 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4.167 + 15 = 19.17 Ω
R1​ = 25 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​30 VR2​5 ΩAIs​1.5 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) = 5 + 1.5·4.167 = 11.25 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 11.25 + 1.5·15 = 33.75 V
Rth​ = 19.17 Ω+−Vth​33.75 VRL​3 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) = 33.75/(19.17 + 3) = 1.523 A
PL = IL²·RL = 1.523²·3 = 6.955 W
15.Plot Bode dan margin

Jawapan: f0 = 2399 Hz

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 salunan

ω₀ = 1/√(LC) = 1/√(0.02·2.2 × 10⁻⁷) = 15076 rad/s
f₀ = ω₀/(2π) = 2399 Hz

Jawapan

f0 = 2399 Hz
16.Plot Bode dan margin

Jawapan: K = 38.13

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/2)·(ω/4) = 1 → ω180 = √(2·4) = 2.828 rad/s

Magnitud pada lintasan fasa

|L(jω180)| = K/(ω·√(ω² + 4)·√(ω² + 16)) = K/(2·4·(2 + 4)) = K/48

Gandaan yang diperlukan

48/K = 102/20 = 1.259
K = 48/1.259 = 38.13

Jawapan

K = 38.13

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