11.4.15. Подберите индуктивность дросселя так, чтобы амплитуда напряжения на выходе фильтра при частоте $100~\text{Гц}$ была в 10 раз меньше амплитуды на входе.
К задаче $11.4.15$
Решение
Комплексный метод. Положим комплексная амплитуда напряжения на входе имеет нулевую начальную фазу; обозначим ее так
$$U_{in}e^{i0^\circ}=U_{in},$$
где $U_{in}$ есть модуль амплитуды входного напряжения.
Комплексная амплитуда напряжения на выходе может иметь в общем случае тогда отличную от нуля начальную фазу $\varphi$; вот ее изображение
$$U_{out}e^{i\varphi},$$
где $U_{out}$ есть модуль амплитуды выходного напряжения.
По аналогии с цепью постоянного тока для напряжения на выходе имеем
где $Z_L$ и $Z_C$ есть комплексные сопротивления дросселя (катушки) и конденсатора.
Учитывая, что $U_{in}=10U_{out}$, предыдущее уравнение упрощается в такое
$$\left(Z_L+Z_C\right)e^{i\varphi}=10Z_C,$$
По определению $Z_L=i\omega L$ и $Z_C=\dfrac{1}{i\omega C}$, где $\omega=2\pi\nu$. Тогда из предыдущего после несложных преобразований можем выразить индуктивность:
$$L=-\dfrac{1}{\omega^2Ce^{i\varphi}}\left(10-e^{i\varphi}\right),$$ здесь учтено, что $i^2=-1$.
Индуктивность есть величина реальная (без мнимой части) и положительная. Этому удовлетворяет только комплекс $e^{i\varphi}=-1$, что дает фазу выходного напряжения $\varphi=180^\circ$.
Примечание: в задачнике 1981 года дается иное значение в ответе, что может быть обусловлено некорректными вычислениями, к которым, например, ведут совместно пренебрежение различием фаз входного и выходного напряжений и действия с модулями так называемых реактивных сопротивлений катушки и конденсатора.