电路分析（二）：交流电路：速成包

公式表、每个专题的关键方法步骤和 16 道练习题，完整解答附在最后。

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1公式与方法

复数

直角坐标形式
z = a + jb, j² = −1, z̄ = a − jb
模与辐角
|z| = √(a² + b²), tan θ = b/a (check the quadrant)
极坐标形式与指数形式
z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·ejθ
除法
z₁/z₂ = z₁z̄₂/|z₂|²
乘积与商
r₁∠θ₁ · r₂∠θ₂ = r₁r₂∠(θ₁ + θ₂), r₁∠θ₁ / r₂∠θ₂ = (r₁/r₂)∠(θ₁ − θ₂)
棣莫弗定理
(r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ
n 次方根
zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0 … n − 1
p² < 4q 的二次方程
z = −p/2 ± j√(q − p²/4)

方法

  1. 根据运算选择合适的形式：加减用直角坐标形式 a + jb，乘除、乘方和开方用极坐标形式 r∠θ。
  2. 展开相乘时使用 j² = −1；做除法时把分子和分母同乘以分母的共轭。
  3. 用 r = √(a² + b²) 转换，θ 通过画出点 (a, b) 的草图得到（注意象限），再用 a = r cos θ，b = r sin θ 换回去。
  4. 乘方用棣莫弗定理，(r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ；对于 zⁿ = R∠φ，列出全部 n 个根 R1/n∠((φ + 360°k)/n)。

交流阻抗和相量

阻抗
ZR = R, ZL = jωL, ZC = 1/(jωC)
角频率
ω = 2πf
模和相角
|Z| = √(R² + X²), φ = atan(X/R)
相量形式的欧姆定律
V = I·Z

方法

  1. 换算频率：ω = 2πf。
  2. 求各电抗：XL = ωL，XC = 1/(ωC)。
  3. 像电阻一样把阻抗相加，Z = R + jX。
  4. 求模 |Z| = √(R² + X²) 和相角 φ = atan(X/R)，再用相量形式的欧姆定律。

交流功率和功率因数

有功功率
P = V·I·cos φ
无功功率
Q = V·I·sin φ
视在功率
S = V·I = √(P² + Q²)
功率因数
pf = cos φ = P/S
补偿电容
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(ωV²)

LC 谐振、Q 因数与带宽

固有频率
ω0 = 1/√(LC), f0 = 1/(2π√(LC))
能量
W = ½CV0² = ½Cv² + ½Li²
峰值电流
Imax = V0√(C/L)
品质因数
Q = 2π·(energy stored)/(energy lost per cycle)
串联 RLC
Q = (1/R)√(L/C), BW = R/(2πL)
并联 RLC
Q = R√(C/L), BW = 1/(2πRC)
带宽
BW = f2 − f1 = f0/Q, f0 = √(f1f2)
半功率频率
f1,2 = f0(√(1 + 1/(4Q²)) ∓ 1/(2Q))
含线圈电阻 r 的谐振回路
RD = L/(C·r) = Q²·r
振幅的衰减
e−Rt/(2L)

方法

  1. 先求谐振频率：ω₀ = 1/√(LC)，f₀ = ω₀/(2π)。
  2. 判断电路是串联还是并联：串联 Q = (1/R)√(L/C)，并联 Q = R√(C/L)。
  3. 带宽用 BW = f₀/Q，或用简便公式 R/(2πL)（串联）和 1/(2πRC)（并联）。
  4. 能量类问题，利用理想 LC 电路的总能量 ½CV₀² 保持不变，并且每过四分之一周期就在 C 与 L 之间转移一次。

三相电

Y 联结
VL = √3·Vph, IL = Iph
Δ 联结
VL = Vph, IL = √3·Iph
总有功功率
P = √3·VL·IL·cos φ = 3·Iph²·R
视在功率和无功功率
S = √3·VL·IL, Q = P·tan φ
补偿电容
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(3ωV²)
每个电容上的电压
Δ：VL Y：VL/√3
电动机输入
Pin = Pout/η

RC 和 RL 暂态

时间常数
τ = RC | τ = L/R
响应
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
直流下的电容
开路；vC 不能突变
直流下的电感
短路；iL 不能突变
稳态
t ≈ 5τ

方法

  1. 求换路后瞬间的初始值：电容电压和电感电流不能突变。
  2. 求换路后很长时间的终值：电容相当于开路，电感相当于短路。
  3. 求时间常数：τ = RC 或 τ = L/R，使用从电容或电感两端看进去的电阻。
  4. 使用 x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ。

戴维南和诺顿

戴维南电压
Vth = Vopen circuit
戴维南电阻
Rth：所有独立源置零，从 a–b 看进去
诺顿电流
IN = Vth/Rth
负载电流
IL = Vth/(Rth + RL)
最大功率传输
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

方法

  1. 移去负载，并标出两个端子 a 和 b。
  2. 求 a、b 之间的开路电压：这就是 Vth。
  3. 将所有独立电源置零，求从 a–b 看进去的电阻：这就是 Rth。
  4. 把负载接回等效电路：Vth 与 Rth 串联。
  5. 求诺顿等效电路时进行变换：IN = Vth/Rth，RN = Rth 并联。

2练习题

1.复数中等
ReIm55−5−5θz

求 z = −6 + j8 的辐角 θ，以度为单位，取 −180° 到 180° 之间的主值。

z = −6 + j8
θ = °
2.复数困难
ReIm11−1−122−2−2z₁z₂

解 z² − 4z + 5 = 0。根为 a ± jb；求实部 a。

p = −4q = 5
a =
3.交流阻抗和相量中等
12 V60 HzR = 80 ΩL = 250 mHC = 4.7 µFI

一个串联 RLC 电路接在 12 V（有效值）、60 Hz 的电源上。 求电路的功率因数 cos φ。

V = 12 V (rms)f = 60 HzR = 80 ΩL = 250 mHC = 4.7 µF
cos φ =
4.交流阻抗和相量困难
5 Vf0​R = 10 ΩL = 10 mHC = 2.2 µF

一个 RLC 串联电路由 5 V（有效值）的电源驱动，电源频率设为电路的谐振频率。求电感两端的电压有效值 VL。

V = 5 V (rms)R = 10 ΩL = 10 mHC = 2.2 µF
VL = V
5.交流功率和功率因数中等
P = 40 kWQSφ

一台单相电动机从 400 V 电源吸取 40 kW，功率因数为 0.8（滞后）。 求线路电流 I。

P = 40 kWpf = 0.8V = 400 V
I = A
6.交流功率和功率因数困难
P = 45 kWQ1​S1​φ1​QC​

一个单相负载从 230 V、50 Hz 电源吸取 45 kW，功率因数为 0.6（滞后）。并联一个电容将功率因数提高到 0.95。 求电容需提供的无功功率 QC。

P = 45 kWpf1 = 0.6pf2 = 0.95V = 230 Vf = 50 Hz
QC = kvar
7.LC 谐振、Q 因数与带宽中等
tvC​iL​T/4 = ?T/2TL = 1 mHC = 47 nF

在 L = 1 mH、C = 47 nF 的理想 LC 电路中，电容器在 t = 0 时充满电。要多长时间全部能量才到达电感中？t 以 µs 给出。

L = 1 mHC = 47 nF
t = µs
8.LC 谐振、Q 因数与带宽困难
V5 Ω2.2 mH1 nF100 mA

一个串联 RLC 电路（R = 5 Ω，L = 2.2 mH，C = 1 nF）在谐振时被驱动，电流幅值为 100 mA。求一个周期内在 R 上耗散的能量 Ecycle，单位 nJ。

R = 5 ΩL = 2.2 mHC = 1 nFIm = 100 mA
Ecycle = nJ
9.三相电中等
ABCVL​ = 415 VIL​ = ?M18.5 kW, η = 93%cos φ = 0.82

一台三相感应电动机满载时输出机械功率 18.5 kW。此负载下其效率为 93%，功率因数为 0.82（滞后）。电源线电压为 415 V。求线电流 IL。

Pout = 18.5 kWη = 93%cos φ = 0.82VL = 415 V
IL = A
10.三相电困难
P = 60 kWφ1​S1​Q2​QC​

一个对称三相负载从 480 V（线电压）、60 Hz 的电源取用 60 kW，功率因数为 0.75（滞后）。与负载并联的三相电容器组须把总功率因数提高到 0.9（滞后）。有功功率保持不变。 电容采用 Y 联结。求每个电容的电容量 Cph，以 µF 计。

P = 60 kWpf1 = 0.75pf2 = 0.9VL = 480 Vf = 60 Hz
Cph = µF
11.RC 和 RL 暂态中等
R = 15 Ωt = 0L220 mHi(t)

电感中流过 2 A 的稳定电流。在 t = 0 开关使回路经 R 闭合并移除电源，于是电感电流经 R 衰减。 求 t = 25 ms 时 R 两端的电压 vR。

i(0) = 2 AR = 15 ΩL = 220 mHt = 25 ms
vR = V
12.RC 和 RL 暂态困难
+−Vs​9 Vt = 0R = 1 kΩC100 µF+−vC​vC​(0) = 18 V

开关在 t = 0 闭合前的一瞬间，电容电压为 18 V，极性如图所示。 求 t = 80 ms 时的电容电压 vC。

Vs = 9 VR = 1 kΩC = 100 µFvC(0) = 18 Vt = 80 ms
vC = V
13.戴维南和诺顿中等
R1​ = 15 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​18 VR2​5 ΩAab

求诺顿电流 IN：端口短路时从 a 流向 b 的电流。

V1 = 18 VR1 = 15 ΩR2 = 5 ΩR3 = 8 Ω
IN = A
14.戴维南和诺顿困难
R1​ = 15 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​24 VR2​3 ΩAIs​4 ABab

求从端口 a–b 看进去的戴维南电压 Vth。

V1 = 24 VIs = 4 AR1 = 15 ΩR2 = 3 ΩR3 = 6 Ω
Vth = V
15.伯德图与裕度中等
|H| (dB)0.10.1111010100100−200204060ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−135−90−450ω = 1

求 G(s) = 20(s + 7)/(s(s + 3)) 在 ω = 1 rad/s 时的相位 ∠G(jω)，单位为度。

G(s) = 20(s + 7)/(s(s + 3))ω = 1 rad/s
∠G(jω) = °
16.伯德图与裕度困难
|H| (dB)0.10.111101010010010001000−60−40−200204060ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−180−135−90−450ωc​

一个单位反馈回路的开环传递函数为 L(s) = 135/(s(s + 5))。 求相位裕度 PM，单位为度。

L(s) = 135/(s(s + 5))
PM = °

3溶液

1.复数

答案: θ = 126.9 °

极坐标形式：z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·ejθ，其中 r = |z|，θ = arg z。换回直角坐标形式：a = r cos θ，b = r sin θ。求辐角需要考虑象限：仅当 a > 0 时 θ = atan(b/a)；当 a < 0 时要加上或减去 180°。在极坐标形式下乘法很简单：模相乘，辐角相加；除法则模相除，辐角相减。

象限

a = −6, b = 8 → II

参考角

α = atan(8/6) = 53.13°

辐角

θ = 180° − α = 126.9°

答案

θ = 126.9°

极坐标形式为 z = 10∠126.9°。

2.复数

答案: a = 2

棣莫弗定理与方根：(r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ。方程 zⁿ = R∠φ 恰有 n 个根，模都是 R1/n，辐角为 (φ + 360°·k)/n，k = 0, 1, …, n − 1：它们均匀分布在一个圆上，相隔 360°/n。当 p² < 4q 时，二次方程 z² + pz + q = 0 有复根 z = −p/2 ± j√(q − p²/4)；实系数多项式的复根总是成共轭对 a ± jb 出现。

判别式

p² − 4q = 16 − 20 = −4 < 0

求根公式

z = (4 ± j√4)/2 = 2 + j, 2 − j

答案

a = 2

答案

a = 2
3.交流阻抗和相量

答案: cos φ = 0.1678

相量法分析交流电路：电阻、电感和电容的阻抗分别为 R、jωL 和 1/(jωC)，其中 ω = 2πf。串联时阻抗像电阻一样相加，但按复数计算。电流和电压的有效值满足以 |Z| 表示的欧姆定律。

电抗

XL = 94.25 Ω, XC = 564.4 Ω

阻抗

|Z| = √(80² + (−470.1)²) = 476.9 Ω

功率因数

cos φ = R/|Z| = 80/476.9 = 0.1678
电路是容性的，所以功率因数超前。

答案

cos φ = 0.1678
4.交流阻抗和相量

答案: VL = 33.71 V

相量法分析交流电路：电阻、电感和电容的阻抗分别为 R、jωL 和 1/(jωC)，其中 ω = 2πf。串联时阻抗像电阻一样相加，但按复数计算。电流和电压的有效值满足以 |Z| 表示的欧姆定律。

谐振

谐振时电抗相互抵消，所以阻抗就是 R。

ω₀ = 1/√(LC) = 1/√(0.01·2.2·10⁻⁶) = 6742 rad/s
I = V/R = 5/10 = 0.5 A

电感两端的电压

XL = ω₀L = 6742·0.01 = 67.42 Ω
VL = I·XL = 0.5·67.42 = 33.71 V

答案

VL = 33.71 V

这是电源电压的 Q = 6.742 倍。

5.交流功率和功率因数

答案: I = 125 A

交流功率：视在功率 S = V·I (VA) 分为做有用功的有功功率 P = S·cos φ (W)，以及在电源和负载之间来回交换的无功功率 Q = S·sin φ (var)。功率因数为 cos φ。并联电容就地提供无功功率，因此在有功功率不变时线路电流减小。

线路电流

只有有功部分做功，所以要除以功率因数。

I = P/(V·cos φ) = 40000/(400·0.8) = 125 A

答案

I = 125 A
6.交流功率和功率因数

答案: QC = 45.21 kvar

交流功率：视在功率 S = V·I (VA) 分为做有用功的有功功率 P = S·cos φ (W)，以及在电源和负载之间来回交换的无功功率 Q = S·sin φ (var)。功率因数为 cos φ。并联电容就地提供无功功率，因此在有功功率不变时线路电流减小。

补偿前后的无功功率

有功功率 P 不变；改变的只是从电源吸取的无功功率。

Q1 = P·tan φ1 = 45·tan(53.13°) = 60 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 45·tan(18.19°) = 14.79 kvar
QC = Q1 − Q2 = 45.21 kvar

答案

QC = 45.21 kvar
7.LC 谐振、Q 因数与带宽

答案: t = 10.77 µs

LC 谐振：充电的电容器连接到电感后，驱动电流使它反向充电：能量在 C 的电场（½Cv²）与 L 的磁场（½Li²）之间以固有频率 f0 = 1/(2π√(LC)) 来回转移。没有电阻时，总能量 ½CV0² 保持不变，所以峰值电流为 Imax = V0√(C/L)。一个周期为 T = 1/f0；能量在其四分之一周期内从 C 转移到 L。

周期

T = 2π√(0.001·4.7 × 10⁻⁸) = 43.08 µs

四分之一周期

t = T/4 = 10.77 µs

答案

t = 10.77 µs
8.LC 谐振、Q 因数与带宽

答案: Ecycle = 233 nJ

Q 因数与带宽：在谐振电路中，Q = 2π·（储存的能量）/（每周期损失的能量）。对串联 RLC，Q = ω0L/R = (1/R)√(L/C)；对并联 RLC，Q = R/(ω0L) = R√(C/L)。半功率频率 f1 与 f2（功率减半，电流或电压为峰值的 1/√2）之间的带宽为 BW = f2 − f1 = f0/Q，串联时是 R/(2πL)，并联时是 1/(2πRC)。谐振频率是几何平均值 f0 = √(f1f2)，且 f1,2 = f0(√(1 + 1/(4Q²)) ∓ 1/(2Q))。损耗还会使振荡衰减：在串联 RLC 中，振幅按 e−Rt/(2L) 下降。

储存的能量

W = ½·0.0022·0.1² = 1.1 × 10⁻⁵ J

品质因数

Q = (1/5)·√(0.0022/1 × 10⁻⁹) = 296.6

每周期损失的能量

Ecycle = 2π·W/Q = 2π·1.1 × 10⁻⁵/296.6 = 2.33 × 10⁻⁷ J = 233 nJ
校核: ½·0.1²·5/107302 = 2.33 × 10⁻⁷ J

答案

Ecycle = 233 nJ
9.三相电

答案: IL = 33.75 A

对称三相系统：在 Y（星形）联结中，线电压是相电压的 √3 倍，VL = √3·Vph，线电流等于相电流。在 Δ（三角形）联结中，线电压等于相电压，线电流是相电流的 √3 倍，IL = √3·Iph。总功率是一相功率的三倍：P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ。

电输入功率

Pin = Pout/η = 18.5/0.93 = 19.89 kW

线路电流

IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 19892/(√3·415·0.82) = 33.75 A

答案

IL = 33.75 A
10.三相电

答案: Cph = 274.6 µF

对称三相系统：在 Y（星形）联结中，线电压是相电压的 √3 倍，VL = √3·Vph，线电流等于相电流。在 Δ（三角形）联结中，线电压等于相电压，线电流是相电流的 √3 倍，IL = √3·Iph。总功率是一相功率的三倍：P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ。 功率因数校正：电容就地提供无功功率，QC = P·(tan φ1 − tan φ2)。三个电容各提供 QC/3 = V²·ω·C，其中 V 是该电容两端的电压：Δ 联结电容器组为 VL，Y 联结电容器组为 VL/√3。

补偿前后的无功功率

有功功率不变，因此每个功率因数对应确定的无功功率：Q = P·tan φ。

Q1 = 60·tan(acos 0.75) = 60·0.8819 = 52.92 kvar
Q2 = 60·tan(acos 0.9) = 60·0.4843 = 29.06 kvar

电容提供的无功功率

QC = Q1 − Q2 = 23.86 kvar

每相电容

在 Y 联结电容器组中，每个电容接在一根相线和星点之间。

V = 480/√3 = 277.1 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 7952/(377·277.1²) = 274.6 µF

答案

Cph = 274.6 µF
11.RC 和 RL 暂态

答案: vR = 5.456 V

一阶暂态：在只含一个电容或一个电感的电路中，每个电压和电流都从初始值按指数规律变化到终值：x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ，其中 τ = RC 或 τ = L/R。约 5τ 后电路进入稳态。

时间常数

τ = L/R = 220 mH / 15 Ω = 14.67 ms

电流的衰减

i(t) = 2·e−25/14.67 = 0.3637 A
vR = R·i = 15·0.3637 = 5.456 V

答案

vR = 5.456 V
12.RC 和 RL 暂态

答案: vC = 13.04 V

一阶暂态：在只含一个电容或一个电感的电路中，每个电压和电流都从初始值按指数规律变化到终值：x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ，其中 τ = RC 或 τ = L/R。约 5τ 后电路进入稳态。

初始值、终值、时间常数

电容电压不能突变，所以它从储存值开始，趋向电源电压。

vC(0) = 18 V, vC(∞) = Vs = 9 V
τ = R·C = 1 kΩ · 100 µF = 100 ms
vC(t) = 9 + (18 − 9)·e−t/τ

给定时刻的电压

vC(80) = 9 + (9)·e−80/100 = 13.04 V

答案

vC = 13.04 V
13.戴维南和诺顿

答案: IN = 0.383 A

戴维南定理：任何线性二端网络都等效为一个电压源 Vth 串联一个电阻 Rth。诺顿定理则把同一网络等效为电流源 IN = Vth/Rth 与 Rth 并联。

R1​ = 15 ΩR3​ = 8 Ω短路R2​5 ΩAabRth​

将所有电源置零，求 Rth

电压源换成短路，电流源换成开路，然后从 a–b 看进电路。

R1 ∥ R2 = 15·5/(15+5) = 3.75 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3.75 + 8 = 11.75 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​18 VR2​5 ΩAab+−Vth​

求开路电压 Vth

a–b 开路时 R₃ 中没有电流，因此其上无压降，V_b = V_A。R₁ 和 R₂ 构成分压电路。

Vth = V1·R2/(R1+R2) = 18·5/(15+5) = 4.5 V
IN​0.383 ARth​11.75 Ωab

诺顿等效

诺顿电源是同一电路看作与 R_th 并联的电流源。其电流就是 a–b 的短路电流。

IN = Vth/Rth = 4.5/11.75 = 0.383 A
14.戴维南和诺顿

答案: Vth = 38 V

戴维南定理：任何线性二端网络都等效为一个电压源 Vth 串联一个电阻 Rth。诺顿定理则把同一网络等效为电流源 IN = Vth/Rth 与 Rth 并联。

R1​ = 15 ΩR3​ = 6 Ω短路R2​3 ΩA开路BabRth​

将所有电源置零，求 Rth

电压源换成短路，电流源换成开路，然后从 a–b 看进电路。

R1 ∥ R2 = 15·3/(15+3) = 2.5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.5 + 6 = 8.5 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​24 VR2​3 ΩAIs​4 ABab+−Vth​

求开路电压 Vth

a–b 开路时，Iₛ 只能经 R₃ 流入节点 A。用 V₁ 和 Iₛ 叠加求 V_A，再加上 R₃ 上的压降。

VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 4 + 4·2.5 = 14 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 14 + 4·6 = 38 V
15.伯德图与裕度

答案: ∠G(jω) = −100.3 °

频率响应：在传递函数中代入 s = jω。以分贝表示的幅值为 20·log₁₀|H(jω)|，相位是分子各因子的角度之和减去分母各因子的角度之和。一阶 RC 或 RL 滤波器的转折（−3 dB）频率为 ωc = 1/(RC) 或 R/L，而 fc = ωc/(2π)；低通滤波器给出 |H| = 1/√(1 + (ω/ωc)²)，φ = −atan(ω/ωc)。在渐近（折线）伯德图中，每个极点在其转折频率处使幅值向下弯折 20 dB/十倍频，每个零点使它向上弯折 20 dB/十倍频，积分环节 1/s 在所有频率上给出 −20 dB/十倍频。增益穿越频率 ωc：|L(jω)| = 1（0 dB）；相位裕度 PM = 180° + ∠L(jωc)。相位穿越频率 ω180：∠L(jω) = −180°；增益裕度 GM = −20·log₁₀|L(jω180)| dB。当两个裕度都为正时，闭环稳定。

把各角度相加

∠G = atan(1/7) − 90° − atan(1/3) = 8.13° − 90° − 18.43°

结果

∠G(j1) = −100.3°

答案

∠G(jω) = −100.3°
16.伯德图与裕度

答案: PM = 24.26 °

频率响应：在传递函数中代入 s = jω。以分贝表示的幅值为 20·log₁₀|H(jω)|，相位是分子各因子的角度之和减去分母各因子的角度之和。一阶 RC 或 RL 滤波器的转折（−3 dB）频率为 ωc = 1/(RC) 或 R/L，而 fc = ωc/(2π)；低通滤波器给出 |H| = 1/√(1 + (ω/ωc)²)，φ = −atan(ω/ωc)。在渐近（折线）伯德图中，每个极点在其转折频率处使幅值向下弯折 20 dB/十倍频，每个零点使它向上弯折 20 dB/十倍频，积分环节 1/s 在所有频率上给出 −20 dB/十倍频。增益穿越频率 ωc：|L(jω)| = 1（0 dB）；相位裕度 PM = 180° + ∠L(jωc)。相位穿越频率 ω180：∠L(jω) = −180°；增益裕度 GM = −20·log₁₀|L(jω180)| dB。当两个裕度都为正时，闭环稳定。

增益穿越

ω⁴ + 25ω² − 18225 = 0
ω² = (−25 + √(625 + 4·18225))/2 = 123.1
ωc = 11.09 rad/s

相位裕度

∠L(jωc) = −90° − atan(11.09/5) = −155.7°
PM = 180° + ∠L = 24.26°

答案

PM = 24.26°

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