Netwerkanalyse 2: wisselstroomschakelingen: samenvattingspakket

Formuleoverzichten, de belangrijkste methodestappen voor elk onderwerp en 16 oefenopgaven, met volledige oplossingen achterin.

Nieuwe opgaven Terug naar het vak

Kies in het printvenster “Opslaan als pdf” om een kopie op je apparaat te bewaren.

1Formules en methoden

Complexe getallen

Rechthoekige vorm: z = a + jb, j² = −1, z̄ = a − jb
Modulus en argument: |z| = √(a² + b²), tan θ = b/a (check the quadrant)
Poolvorm en exponentiële vorm: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·e^jθ
Deling: z₁/z₂ = z₁z̄₂/|z₂|²
Product en quotiënt: r₁∠θ₁ · r₂∠θ₂ = r₁r₂∠(θ₁ + θ₂), r₁∠θ₁ / r₂∠θ₂ = (r₁/r₂)∠(θ₁ − θ₂)
De Moivre: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ
n-de machtswortels: z_k = R^1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0 … n − 1
Kwadratische vergelijking met p² < 4q: z = −p/2 ± j√(q − p²/4)

Methode

Bepaal welke vorm bij de bewerking past: rechthoekig a + jb voor optellen en aftrekken, pool r∠θ voor vermenigvuldigen, delen, machten en wortels.
Werk uit met j² = −1; deel door teller en noemer te vermenigvuldigen met de geconjugeerde van de noemer.
Reken om met r = √(a² + b²) en θ uit een schets van het punt (controleer het kwadrant), en terug met a = r cos θ, b = r sin θ.
Gebruik voor machten De Moivre, (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ; noteer voor zⁿ = R∠φ alle n wortels R^1/n∠((φ + 360°k)/n).

Wisselstroomimpedantie en fasoren

Impedanties: Z_R = R, Z_L = jωL, Z_C = 1/(jωC)
Hoekfrequentie: ω = 2πf
Modulus en hoek: |Z| = √(R² + X²), φ = atan(X/R)
Wet van Ohm met fasoren: V = I·Z

Methode

Reken de frequentie om: ω = 2πf.
Bereken elke reactantie: X_L = ωL en X_C = 1/(ωC).
Tel impedanties op zoals weerstanden, met Z = R + jX.
Bereken de grootte |Z| = √(R² + X²) en de hoek φ = atan(X/R), en gebruik daarna de wet van Ohm met fasoren.

Wisselstroomvermogen en arbeidsfactor

Werkelijk vermogen: P = V·I·cos φ
Blindvermogen: Q = V·I·sin φ
Schijnbaar vermogen: S = V·I = √(P² + Q²)
Arbeidsfactor: pf = cos φ = P/S
Compensatiecondensator: Q_C = P(tan φ₁ − tan φ₂), C = Q_C/(ωV²)

LC-resonantie, Q-factor en bandbreedte

Eigenfrequentie: ω₀ = 1/√(LC), f₀ = 1/(2π√(LC))
Energie: W = ½CV₀² = ½Cv² + ½Li²
Piekstroom: I_max = V₀√(C/L)
Kwaliteitsfactor: Q = 2π·(energy stored)/(energy lost per cycle)
Serie-RLC: Q = (1/R)√(L/C), BW = R/(2πL)
Parallel-RLC: Q = R√(C/L), BW = 1/(2πRC)
Bandbreedte: BW = f₂ − f₁ = f₀/Q, f₀ = √(f₁f₂)
Halfvermogensfrequenties: f_1,2 = f₀(√(1 + 1/(4Q²)) ∓ 1/(2Q))
Tank met spoelweerstand r: R_D = L/(C·r) = Q²·r
Afname van de amplitude: e^−Rt/(2L)

Methode

Zoek eerst de resonantiefrequentie: ω₀ = 1/√(LC) en f₀ = ω₀/(2π).
Bepaal of de schakeling serie of parallel is: serie Q = (1/R)√(L/C), parallel Q = R√(C/L).
Gebruik BW = f₀/Q voor de bandbreedte, of de snelle formules R/(2πL) (serie) en 1/(2πRC) (parallel).
Gebruik bij energievragen dat de totale energie ½CV₀² in een ideale LC-schakeling constant blijft en elke kwartperiode heen en weer gaat tussen C en L.

Draaistroomvermogen

Sterschakeling (Y): V_L = √3·V_ph, I_L = I_ph
Driehoekschakeling (Δ): V_L = V_ph, I_L = √3·I_ph
Totaal werkelijk vermogen: P = √3·V_L·I_L·cos φ = 3·I_ph²·R
Schijnbaar vermogen en blindvermogen: S = √3·V_L·I_L, Q = P·tan φ
Compensatiecondensatoren: Q_C = P(tan φ₁ − tan φ₂), C = Q_C/(3ωV²)
Spanning over elke condensator: Δ: V_L Y: V_L/√3
Opgenomen motorvermogen: P_in = P_out/η

RC- en RL-schakelverschijnselen

Tijdconstante: τ = RC | τ = L/R
Respons: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ
Condensator bij gelijkstroom: open klemmen; v_C kan niet verspringen
Spoel bij gelijkstroom: kortsluiting; i_L kan niet verspringen
Eindtoestand: t ≈ 5τ

Methode

Bepaal de beginwaarde vlak na het schakelen: een condensatorspanning en een spoelstroom kunnen niet verspringen.
Bepaal de eindwaarde lang na het schakelen: een condensator gedraagt zich als een open keten, een spoel als een kortsluiting.
Bepaal de tijdconstante: τ = RC of τ = L/R, met de weerstand die de condensator of spoel ziet.
Gebruik x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ.

Thévenin en Norton

Thévenin-spanning: V_th = V_{open circuit}
Thévenin-weerstand: R_th: alle bronnen uit, gezien vanaf a–b
Norton-stroom: I_N = V_th/R_th
Belastingsstroom: I_L = V_th/(R_th + R_L)
Maximale vermogensoverdracht: R_L = R_th, P_max = V_th²/(4R_th)

Methode

Haal de belasting weg en markeer de twee klemmen a en b.
Bepaal de openklemspanning tussen a en b: dit is V_th.
Schakel alle onafhankelijke bronnen uit en bepaal de weerstand gezien vanaf a–b: dit is R_th.
Zet de belasting terug op het vervangingsschema: V_th in serie met R_th.
Reken voor het Norton-equivalent om: I_N = V_th/R_th, met R_N = R_th parallel.

2Oefenopgaven

1.Complexe getallenGemiddeld

Bepaal het argument θ van z = −5 + j6 in graden, als hoofdwaarde tussen −180° en 180°.

z = −5 + j6

θ = °

2.Complexe getallenMoeilijk

De wortels van zⁿ = w met n = 3 en w = 64∠90° zijn z_k = R^1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0, 1, 2. Bepaal het imaginaire deel van z₂.

w = 64∠90°n = 3k = 2

Im(z₂) =

3.Wisselstroomimpedantie en fasorenGemiddeld

Een weerstand en een spoel zijn parallel aangesloten op een voeding van 100 V (rms), 500 Hz. Vind de grootte van de impedantie |Z|.

V = 100 V (rms)f = 500 HzR = 80 ΩL = 100 mH

|Z| = Ω

4.Wisselstroomimpedantie en fasorenMoeilijk

Een serie-RLC-schakeling heeft R = 50 Ω, L = 20 mH en C = 0,047 µF. Vind de bandbreedte B (de breedte van de band tussen de halfvermogensfrequenties), in Hz.

R = 50 ΩL = 20 mHC = 0,047 µF

B = Hz

5.Wisselstroomvermogen en arbeidsfactorGemiddeld

Een eenfasige motor neemt 34 kW op bij een inductieve arbeidsfactor van 0,7 uit een voeding van 230 V. Vind de lijnstroom I.

P = 34 kWpf = 0,7V = 230 V

I = A

6.Wisselstroomvermogen en arbeidsfactorMoeilijk

Een eenfasige transformator van 200 kVA voedt een belasting van 65 kW met een inductieve arbeidsfactor van 0,7. Hoeveel extra werkelijk vermogen ΔP kan er als resistieve belasting (arbeidsfactor 1) worden bijgeplaatst voordat de transformator zijn nominale kVA bereikt?

S_max = 200 kVAP₁ = 65 kWpf₁ = 0,7

ΔP = kW

7.LC-resonantie, Q-factor en bandbreedteGemiddeld

Een serie-RLC-schakeling heeft R = 100 Ω, L = 47 µH en C = 1 nF. Bepaal zijn kwaliteitsfactor Q.

R = 100 ΩL = 47 µHC = 1 nF

Q =

8.LC-resonantie, Q-factor en bandbreedteMoeilijk

Een opgeladen condensator van 470 pF ontlaadt over een spoel van 10 mH met een totale serieweerstand van 20 Ω, zodat de oscillatie langzaam uitdooft. De amplitude neemt af als e^−Rt/(2L). Hoeveel perioden n verstrijken voordat de amplitude is gehalveerd? (De verliezen zijn klein, dus de frequentie is f₀.)

L = 10 mHC = 470 pFR = 20 Ω

n =

9.DraaistroomvermogenGemiddeld

Een symmetrische, in ster geschakelde belasting met een impedantie van 24 + j7 Ω per fase is aangesloten op een symmetrisch draaistroomnet met een lijnspanning van 400 V. Vind het totale werkelijk vermogen P dat de belasting opneemt, in kW.

V_L = 400 VZ = 24 + j7 Ω per fase

P = kW

10.DraaistroomvermogenMoeilijk

Een symmetrische driefasige belasting neemt 120 kW op bij een inductieve arbeidsfactor van 0,75 uit een net van 400 V (lijnspanning), 60 Hz. Een driefasige condensatorbank parallel aan de belasting moet de totale arbeidsfactor verhogen tot 0,95 inductief. Het werkelijk vermogen blijft gelijk. Vind het totale blindvermogen Q_C dat de condensatorbank moet leveren, in kvar.

P = 120 kWpf₁ = 0,75pf₂ = 0,95V_L = 400 Vf = 60 Hz

Q_C = kvar

11.RC- en RL-schakelverschijnselenGemiddeld

De spoel voert een constante stroom van 1,5 A. Op t = 0 sluit de schakelaar de kring via R en wordt de bron verwijderd, zodat de spoelstroom via R uitdooft. Vind de stroom i op t = 1 ms.

i(0) = 1,5 AR = 22 ΩL = 22 mHt = 1 ms

i = A

12.RC- en RL-schakelverschijnselenMoeilijk

Vlak voordat de schakelaar op t = 0 sluit, staat er 6 V over de condensator met de aangegeven polariteit. Hoe lang duurt het voordat v_C 17,2 V bereikt? Vind t.

V_s = 20 VR = 1 kΩC = 22 µFv_C(0) = 6 V

t = ms

13.Thévenin en NortonGemiddeld

Vind de Thévenin-weerstand R_th gezien vanaf de klemmen a–b.

V₁ = 9 VR₁ = 5 ΩR₂ = 8 ΩR₃ = 5 Ω

R_th = Ω

14.Thévenin en NortonMoeilijk

Een belasting R_L = 10 Ω is aangesloten over a–b. Gebruik een Thévenin-equivalent om het vermogen P_L in de belasting te vinden.

V₁ = 5 VI_s = 4 AR₁ = 2 ΩR₂ = 30 ΩR₃ = 15 ΩR_L = 10 Ω

P_L = W

15.Bodediagrammen en margesGemiddeld

Het getoonde RC-laagdoorlaatfilter heeft R = 3,3 kΩ, C = 4,7 nF. Er wordt een sinusvormige ingang van 31 kHz aangelegd. Bepaal de faseverschuiving φ van v_out ten opzichte van v_in, in graden.

R = 3,3 kΩC = 4,7 nFf = 31 kHz

φ = °

16.Bodediagrammen en margesMoeilijk

Een lus met eenheidsterugkoppeling heeft de open-lus-overdrachtsfunctie L(s) = 15/(s(s + 2)). Bepaal de fasemarge PM in graden.

L(s) = 15/(s(s + 2))

PM = °

3Oplossingen

1.Complexe getallen

Antwoord: θ = 129,8 °

Poolvorm: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·e^jθ, met r = |z| en θ = arg z. Terug naar de rechthoekige vorm: a = r cos θ, b = r sin θ. Voor het argument is het kwadrant nodig: θ = atan(b/a) alleen als a > 0; voor a < 0 tel je 180° op of trek je 180° af. In poolvorm is vermenigvuldigen eenvoudig: vermenigvuldig de moduli en tel de argumenten op; bij delen deel je de moduli en trek je de argumenten af.

Kwadrant

a = −5, b = 6 → II

Referentiehoek

α = atan(6/5) = 50,19°

Argument

θ = 180° − α = 129,8°

Antwoord

θ = 129,8°

In poolvorm is z = 7,81∠129,8°.

2.Complexe getallen

Antwoord: Im(z₂) = −4

De Moivre en wortels: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ. De vergelijking zⁿ = R∠φ heeft precies n wortels, allemaal met modulus R^1/n, bij de argumenten (φ + 360°·k)/n voor k = 0, 1, …, n − 1: ze liggen gelijkmatig verdeeld op een cirkel, 360°/n uit elkaar. Een kwadratische vergelijking z² + pz + q = 0 met p² < 4q heeft de complexe wortels z = −p/2 ± j√(q − p²/4); een polynoom met reële coëfficiënten heeft zijn complexe wortels altijd in geconjugeerde paren a ± jb.

Modulus van de wortels

64^1/3 = 4

Argument van de wortel

θ₂ = (90° + 360°·2)/3 = 270° → −90°

Rechthoekige vorm

z₂ = 4·(cos −90° + j sin −90°) = −j4

Im(z₂) = −4

Antwoord

Im(z₂) = −4

De 3 wortels liggen op de cirkel met straal 4, 120° uit elkaar.

3.Wisselstroomimpedantie en fasoren

Antwoord: |Z| = 77,53 Ω

Wisselstroom met fasoren: weerstanden, spoelen en condensatoren hebben impedanties R, jωL en 1/(jωC), met ω = 2πf. In serie tellen impedanties op zoals weerstanden, maar dan als complexe getallen. Effectieve stroom en spanning volgen de wet van Ohm met |Z|.

Reactantie

X_L = ωL = 2π·500·0,1 = 314,2 Ω

Takstromen

Beide takken zijn rechtstreeks op de voeding aangesloten, dus elke tak krijgt de volle spanning V.

I_R = V/R = 100/80 = 1,25 A

I_X = V/X_L = 100/314,2 = 0,3183 A

Totale stroom

De stroom door de weerstand is in fase met V en de reactieve stroom is 90° uit fase, dus ze tellen op als de zijden van een rechthoekige driehoek.

I = √(I_R² + I_X²) = √(1,25² + 0,3183²) = 1,29 A

Impedantie

|Z| = V/I = 100/1,29 = 77,53 Ω

Antwoord

|Z| = 77,53 Ω

4.Wisselstroomimpedantie en fasoren

Antwoord: B = 397,9 Hz

Resonantiefrequentie

f₀ = 1/(2π·√(0,02·0,047·10⁻⁶)) = 5191 Hz

Kwaliteitsfactor

Q vergelijkt de reactantie bij resonantie met de weerstand: Q = ω₀L/R.

Q = (1/R)·√(L/C) = (1/50)·√(0,02/(0,047·10⁻⁶)) = 13,05

Bandbreedte

B = f₀/Q = 5191/13,05 = 397,9 Hz

Antwoord

B = 397,9 Hz

5.Wisselstroomvermogen en arbeidsfactor

Antwoord: I = 211,2 A

Wisselstroomvermogen: het schijnbaar vermogen S = V·I (VA) splitst zich in werkelijk vermogen P = S·cos φ (W), dat nuttig werk doet, en blindvermogen Q = S·sin φ (var), dat heen en weer gaat tussen bron en belasting. De arbeidsfactor is cos φ. Een condensator parallel levert blindvermogen ter plaatse, dus de lijnstroom daalt bij hetzelfde werkelijk vermogen.

Lijnstroom

Alleen het werkelijke deel van het vermogen doet werk, dus deel door de arbeidsfactor.

I = P/(V·cos φ) = 34000/(230·0,7) = 211,2 A

Antwoord

I = 211,2 A

6.Wisselstroomvermogen en arbeidsfactor

Antwoord: ΔP = 123,7 kW

Blindvermogen van de bestaande belasting

Q₁ = 65·tan(arccos 0,7) = 66,31 kvar

Grootste totale werkelijk vermogen

Bij volle belasting is S = S_max, en Q verandert niet door de resistieve belasting.

P = √(S_max² − Q₁²) = √(200² − 66,31²) = 188,7 kW

Extra werkelijk vermogen

ΔP = 188,7 − 65 = 123,7 kW

Antwoord

ΔP = 123,7 kW

7.LC-resonantie, Q-factor en bandbreedte

Antwoord: Q = 2,168

Q-factor en bandbreedte: in een resonantiekring is Q = 2π·(opgeslagen energie)/(verloren energie per periode). Voor serie-RLC is Q = ω₀L/R = (1/R)√(L/C); voor parallel-RLC is Q = R/(ω₀L) = R√(C/L). De bandbreedte tussen de halfvermogensfrequenties f₁ en f₂ (waar het vermogen de helft is en de stroom of spanning 1/√2 van de piekwaarde) is BW = f₂ − f₁ = f₀/Q, dat is R/(2πL) in serie en 1/(2πRC) parallel. De resonantiefrequentie is het meetkundig gemiddelde f₀ = √(f₁f₂), en f_1,2 = f₀(√(1 + 1/(4Q²)) ∓ 1/(2Q)). Verliezen laten de trilling ook uitdoven: in serie-RLC neemt de amplitude af als e^−Rt/(2L).

Karakteristieke impedantie

√(L/C) = √(4,7 × 10⁻⁵/1 × 10⁻⁹) = 216,8 Ω

Kwaliteitsfactor

Q = 216,8/100 = 2,168

Antwoord

Q = 2,168

De resonantiefrequentie is 734,1 kHz, dus BW = f₀/Q = 338,6 kHz.

8.LC-resonantie, Q-factor en bandbreedte

Antwoord: n = 50,89

Halfwaardetijd van de amplitude

t = 2·0,01·ln 2/20 = 0,0006931 s

Aantal perioden

n = t·f₀ = 0,0006931·73413 = 50,89

Antwoord

n = 50,89

Snelle formule: n = Q·ln 2/π met Q = 230,6.

9.Draaistroomvermogen

Antwoord: P = 6,144 kW

Fasespanning

V_ph = 400/√3 = 230,9 V

Fasestroom

|Z| = √(24² + 7²) = 25 Ω

I_ph = 230,9/25 = 9,238 A

Totaal werkelijk vermogen

Alleen het resistieve deel van elke impedantie neemt werkelijk vermogen op.

P = 3·I_ph²·R = 3·9,238²·24 = 6,144 kW

Antwoord

P = 6,144 kW

Controle: cos φ = R/|Z| = 0,96, en √3·V_L·I_L·cos φ geeft hetzelfde vermogen.

10.Draaistroomvermogen

Antwoord: Q_C = 66,39 kvar

Symmetrische draaistroomsystemen: in een Y-schakeling (ster) is de lijnspanning √3 keer de fasespanning, V_L = √3·V_ph, en is de lijnstroom gelijk aan de fasestroom. In een Δ-schakeling (driehoek) is de lijnspanning gelijk aan de fasespanning en is de lijnstroom √3 keer de fasestroom, I_L = √3·I_ph. Het totale vermogen is drie keer het vermogen van één fase: P = 3·V_ph·I_ph·cos φ = √3·V_L·I_L·cos φ. Arbeidsfactorcompensatie: condensatoren leveren blindvermogen ter plaatse, Q_C = P·(tan φ₁ − tan φ₂). Elk van de drie condensatoren levert Q_C/3 = V²·ω·C, waarbij V de spanning over die condensator is: V_L in een driehoeksbank, V_L/√3 in een sterbank.

Blindvermogen voor en na

Het werkelijk vermogen verandert niet, dus elke arbeidsfactor legt het blindvermogen vast: Q = P·tan φ.

Q₁ = 120·tan(acos 0,75) = 120·0,8819 = 105,8 kvar

Q₂ = 120·tan(acos 0,95) = 120·0,3287 = 39,44 kvar

Blindvermogen van de condensatoren

Q_C = Q₁ − Q₂ = 66,39 kvar

Antwoord

Q_C = 66,39 kvar

11.RC- en RL-schakelverschijnselen

Antwoord: i = 0,5518 A

Eerste-orde schakelverschijnselen: in een schakeling met één condensator of één spoel gaat elke spanning en stroom exponentieel van de beginwaarde naar de eindwaarde: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ, met τ = RC of τ = L/R. Na ongeveer 5τ is de schakeling uitgeslingerd.

Tijdconstante

τ = L/R = 22 mH / 22 Ω = 1 ms

Afname van de stroom

i(t) = 1,5·e^−1/1 = 0,5518 A

Antwoord

i = 0,5518 A

12.RC- en RL-schakelverschijnselen

Antwoord: t = 35,41 ms

Beginwaarde, eindwaarde, tijdconstante

De condensatorspanning kan niet verspringen, dus begint ze bij de opgeslagen waarde en gaat ze naar de bronspanning.

v_C(0) = 6 V, v_C(∞) = V_s = 20 V

τ = R·C = 1 kΩ · 22 µF = 22 ms

v_C(t) = 20 + (6 − 20)·e^−t/τ

Los op naar de tijd

17,2 = 20 + (−14)·e^−t/τ → e^−t/τ = (17,2 − 20)/(6 − 20) = 0,2

t = τ·ln((6 − 20)/(17,2 − 20)) = 22·ln(5) = 35,41 ms

Antwoord

t = 35,41 ms

13.Thévenin en Norton

Antwoord: R_th = 8,077 Ω

Stelling van Thévenin: elk lineair tweepoolnetwerk gedraagt zich als één spanningsbron V_th in serie met een weerstand R_th. De stelling van Norton geeft hetzelfde netwerk als een stroombron I_N = V_th/R_th parallel aan R_th.

Vind R_th met alle bronnen uitgeschakeld

Vervang spanningsbronnen door kortsluitingen en stroombronnen door open circuits, en kijk dan vanaf a–b de schakeling in.

R₁ ∥ R₂ = 5·8/(5+8) = 3,077 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 3,077 + 5 = 8,077 Ω

14.Thévenin en Norton

Antwoord: P_L = 54,63 W

Vind R_th met alle bronnen uitgeschakeld

Vervang spanningsbronnen door kortsluitingen en stroombronnen door open circuits, en kijk dan vanaf a–b de schakeling in.

R₁ ∥ R₂ = 2·30/(2+30) = 1,875 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 1,875 + 15 = 16,88 Ω

Vind V_th, de openklemspanning

Met a–b open is het enige pad voor Iₛ via R₃ naar knooppunt A. Vind V_A met superpositie van V₁ en Iₛ, en tel dan de spanningsval over R₃ erbij op.

V_A = V₁·R₂/(R₁+R₂) + I_s·(R₁∥R₂) = 4,688 + (−4)·1,875 = −2,813 V

V_th = V_B = V_A + I_s·R₃ = −2,813 + (−4)·15 = −62,81 V

Sluit de belasting aan op het Thévenin-equivalent

De Thévenin-bron en R_th in serie gedragen zich bij a–b precies als de oorspronkelijke schakeling, dus de belasting ziet een eenvoudige serielus.

I_L = V_th/(R_th + R_L) = −62,81/(16,88 + 10) = −2,337 A

P_L = I_L²·R_L = −2,337²·10 = 54,63 W

15.Bodediagrammen en marges

Antwoord: φ = −71,68 °

Frequentierespons: substitueer s = jω in de overdrachtsfunctie. De grootte in decibel is 20·log₁₀|H(jω)| en de fase is de som van de hoeken van de tellerfactoren min die van de noemerfactoren. Een eerste-orde RC- of RL-filter heeft zijn kantelfrequentie (−3 dB) bij ω_c = 1/(RC) of R/L, en f_c = ω_c/(2π); een laagdoorlaatfilter geeft |H| = 1/√(1 + (ω/ω_c)²) en φ = −atan(ω/ω_c). In het asymptotische (rechte-lijn-)Bodediagram buigt elke pool de grootte met 20 dB/decade omlaag bij zijn kantelfrequentie, buigt elk nulpunt haar met 20 dB/decade omhoog, en geeft een integrator 1/s −20 dB/decade bij alle frequenties. Versterkingsdoorsnijding ω_c: |L(jω)| = 1 (0 dB); fasemarge PM = 180° + ∠L(jω_c). Faseomslag ω₁₈₀: ∠L(jω) = −180°; versterkingsmarge GM = −20·log₁₀|L(jω₁₈₀)| dB. De gesloten lus is stabiel als beide marges positief zijn.

Kantelfrequentie

ω_c = 1/(RC) = 1/(3300·4,7 × 10⁻⁹) = 64475 rad/s

f_c = 10261 Hz → f/f_c = 31000/10261 = 3,021

Fase

φ = − atan(3,021) = −71,68°

Antwoord

φ = −71,68°

16.Bodediagrammen en marges

Antwoord: PM = 28,89 °

Versterkingsdoorsnijding

ω⁴ + 4ω² − 225 = 0

ω² = (−4 + √(16 + 4·225))/2 = 13,13

ω_c = 3,624 rad/s

Fasemarge

∠L(jω_c) = −90° − atan(3,624/2) = −151,1°

PM = 180° + ∠L = 28,89°

Antwoord

PM = 28,89°

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

Netwerkanalyse 2: wisselstroomschakelingen: samenvattingspakket

1Formules en methoden

Complexe getallen

Methode

Wisselstroomimpedantie en fasoren

Methode

Wisselstroomvermogen en arbeidsfactor

LC-resonantie, Q-factor en bandbreedte

Methode

Draaistroomvermogen

RC- en RL-schakelverschijnselen

Methode

Thévenin en Norton

Methode

2Oefenopgaven

3Oplossingen

Kwadrant

Referentiehoek

Argument

Antwoord

Modulus van de wortels

Argument van de wortel

Rechthoekige vorm

Antwoord

Reactantie

Takstromen

Totale stroom

Impedantie

Antwoord

Resonantiefrequentie

Kwaliteitsfactor

Bandbreedte

Antwoord

Lijnstroom

Antwoord

Blindvermogen van de bestaande belasting

Grootste totale werkelijk vermogen

Extra werkelijk vermogen

Antwoord

Karakteristieke impedantie

Kwaliteitsfactor

Antwoord

Halfwaardetijd van de amplitude

Aantal perioden

Antwoord

Fasespanning

Fasestroom

Totaal werkelijk vermogen

Antwoord

Blindvermogen voor en na

Blindvermogen van de condensatoren

Antwoord

Tijdconstante

Afname van de stroom

Antwoord

Beginwaarde, eindwaarde, tijdconstante

Los op naar de tijd

Antwoord

Vind Rth met alle bronnen uitgeschakeld

Vind Rth met alle bronnen uitgeschakeld

Vind Vth, de openklemspanning

Sluit de belasting aan op het Thévenin-equivalent

Kantelfrequentie

Fase

Antwoord

Versterkingsdoorsnijding

Fasemarge

Antwoord

Vind R_th met alle bronnen uitgeschakeld

Vind R_th met alle bronnen uitgeschakeld

Vind V_th, de openklemspanning