أوجد قيمة مصدر التيار Is (بالاتجاه الموضّح) التي تجعل التيار IR3 في R3 مساويًا للصفر.
V1 = 15 VR1 = 20 ΩR2 = 2 ΩR3 = 6 ΩR4 = 2 Ω
Is = A
8.التراكبصعبة
دائرة مقاومات خطية تحتوي على ثلاثة مصادر مستقلة: V1 و V2 و Is. يُقاس التيار I في حِمل ثلاث مرات. مع كل المصادر بقيمها العادية، I = 12 mA. مع مضاعفة V1 وبقاء الآخرَين دون تغيير، I = 7,5 mA. مع عكس اتجاه Is وبقاء الآخرَين دون تغيير، I = −3 mA. أوجد تيار الحِمل I عند إطفاء V2 مع بقاء V1 و Is بقيمهما العادية.
عادي: I = 12 mA2·V1: I = 7,5 mA−Is: I = −3 mA
I = mA
9.ثيفنن ونورتنمتوسطة
أوجد مقاومة ثيفنن Rth المرئية من الطرفين a–b.
V1 = 10 VR1 = 20 ΩR2 = 12 ΩR3 = 2 Ω
Rth = Ω
10.ثيفنن ونورتنصعبة
أوجد جهد ثيفنن Vth المرئي من الطرفين a–b.
V1 = 10 VIs = 2 AR1 = 4 ΩR2 = 20 ΩR3 = 6 Ω
Vth = V
11.دوائر مكبّرات العملياتمتوسطة
اختر مقاومة التغذية الراجعة Rf التي تعطي هذا المكبّر غير العاكس كسب جهد 11.
R1 = 22 kΩAv = 11
Rf = kΩ
12.دوائر مكبّرات العملياتصعبة
مكبّر العمليات مثالي ويعمل بمصدرين ±15 V. نسب المقاومات غير متطابقة. أوجد جهد الخرج Vout.
لا يمرّ تيار في الملف قبل أن يُغلق المفتاح عند t = 0. أوجد الطاقة W المخزّنة في الملف عند t = 25 ms، بوحدة mJ.
Vs = 10 VR = 15 ΩL = 150 mHt = 25 ms
W = mJ
14.الحالات العابرة RC و RLصعبة
المفتاح الموصول على طرفي R2 مغلق منذ وقت طويل، لذا تيار الملف مستقر. عند t = 0 يُفتح المفتاح. أوجد تيار الملف i عند t = 5 ms.
Vs = 15 VR1 = 10 ΩR2 = 47 ΩL = 150 mHt = 5 ms
i = A
3المحاليل
1.المقاومات على التوالي والتوازي
الإجابة: Req = 14,18 Ω
المقاومات على التوالي والتوازي: على التوالي يمرّ التيار نفسه في كل مقاومة و R = R₁ + R₂ + …. وعلى التوازي يكون الجهد نفسه على كل مقاومة و 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. تُبسَّط شبكة السلّم زوجًا بعد زوج حتى تبقى مقاومة مكافئة واحدة.
اجمع المقاومات بدءًا من الطرف البعيد
ابدأ من الطرف الأبعد عن المصدر وتقدّم نحوه. المقاومات التي يمرّ بها التيار نفسه على التوالي؛ والمقاومات بين العقدتين نفسيهما على التوازي.
R3 + R4 = 6 + 12 = 18 Ω
R2 ∥ 18 = 15·18/(15+18) = 8,182 Ω
Req = R1 + 8,182 = 6 + 8,182 = 14,18 Ω
الإجابة
Req = 14,18 Ω
2.المقاومات على التوالي والتوازي
الإجابة: IR1 = 1,516 A
المقاومات على التوالي والتوازي: على التوالي يمرّ التيار نفسه في كل مقاومة و R = R₁ + R₂ + …. وعلى التوازي يكون الجهد نفسه على كل مقاومة و 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. تُبسَّط شبكة السلّم زوجًا بعد زوج حتى تبقى مقاومة مكافئة واحدة.
اجمع المقاومات بدءًا من الطرف البعيد
ابدأ من الطرف الأبعد عن المصدر وتقدّم نحوه. المقاومات التي يمرّ بها التيار نفسه على التوالي؛ والمقاومات بين العقدتين نفسيهما على التوازي.
R5 + R6 = 12 + 12 = 24 Ω
R4 ∥ 24 = 1,846 Ω
R3 + 1,846 = 3,846 Ω
R2 ∥ 3,846 = 2,597 Ω
Req = R1 + 2,597 = 4 + 2,597 = 6,597 Ω
التيار من المصدر
لا يرى المصدر إلا Req، فيعطي قانون أوم التيار الذي يورّده. وهذا التيار يمرّ عبر R₁.
IR1 = V1/Req = 10/6,597 = 1,516 A
الإجابة
IR1 = 1,516 A
3.تحليل العقد
الإجابة: VB = 7,105 V
تحليل العقد: اختر عقدة مرجعية، وسمِّ جهود العقد المجهولة، واكتب قانون كيرشوف للتيار عند كل عقدة مجهولة باستخدام قانون أوم (I = ΔV/R)، ثم حلّ المعادلات الناتجة.
كوّن عقدة فائقة
مصدر الجهد بين A و B يحمل تيارًا مجهولًا، لذا لا يمكن كتابة قانون كيرشوف للتيار عند A أو B منفصلتين. احصر A و B والمصدر في عقدة فائقة واحدة: التيار الداخل إليها يساوي التيار الخارج منها.
VB = VA + Vs = VA + 3
VA/R1 + VB/R2 = Is
الحل
VA/4 + (VA + 3)/15 = 1,5
VA = (1,5 − 3/15)/(1/4 + 1/15) = 4,105 V
VB = 4,105 + 3 = 7,105 V
الإجابة
VB = 7,105 V
4.تحليل العقد
الإجابة: Is = 1,722 A
تحليل العقد: اختر عقدة مرجعية، وسمِّ جهود العقد المجهولة، واكتب قانون كيرشوف للتيار عند كل عقدة مجهولة باستخدام قانون أوم (I = ΔV/R)، ثم حلّ المعادلات الناتجة.
قانون كيرشوف للتيار عند العقدة A
VA معلوم، لذا تعطي هذه المعادلة VB.
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
(5 − 30)/15 + 5/2 = (VB − 5)/10
0,8333 = (VB − 5)/10 → VB = 13,33 V
قانون كيرشوف للتيار عند العقدة B
التيارات الخارجة من B عبر المقاومات تساوي التيار الذي تدفعه المصادر إلى B.
Is = (VB − VA)/R3 + VB/R4 = (13,33 − 5)/10 + 13,33/15 = 1,722 A
الإجابة
Is = 1,722 A
5.تحليل الحلقات
الإجابة: I2 = −3,3 A
تحليل الحلقات: أعطِ كل نافذة في دائرة مستوية تيار حلقة خاصًا بها، واكتب قانون كيرشوف للجهد حول كل حلقة (مجموع الهبوطات = مجموع الارتفاعات)، ثم حلّ. تيارات الفروع هي تيار الحلقة، أو الفرق بين تياري حلقتين في فرع مشترك.
عيّن تيارات الحلقات
ارسم في كل نافذة تيارًا باتجاه عقارب الساعة: I1, I2. المقاومة المشتركة بين حلقتين تحمل الفرق بين تياريهما.
قانون كيرشوف للجهد حول الحلقة 1
عند الدوران باتجاه عقارب الساعة، تساوي هبوطات الجهد على المقاومات ارتفاعات جهد المصادر (من − إلى + باتجاه الدوران).
R1·I1 + R3(I1 − I2) = V1
8·I1 + 4(I1 − I2) = 24
12·I1 − 4·I2 = 24
قانون كيرشوف للجهد حول الحلقة 2
عند الدوران باتجاه عقارب الساعة، تساوي هبوطات الجهد على المقاومات ارتفاعات جهد المصادر (من − إلى + باتجاه الدوران).
R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
4·I2 + 4(I2 − I1) = (−30)
−4·I1 + 8·I2 = −30
الحل
Δ = (12)(8) − (−4)(−4) = 80
I1 = Δ1/Δ = 72/80 = 0,9 A
I2 = Δ2/Δ = −264/80 = −3,3 A
الإجابة
I2 = −3,3 A
تيار الحلقة السالب يسري عكس عقارب الساعة.
6.تحليل الحلقات
الإجابة: I3 = −0,1859 A
تحليل الحلقات: أعطِ كل نافذة في دائرة مستوية تيار حلقة خاصًا بها، واكتب قانون كيرشوف للجهد حول كل حلقة (مجموع الهبوطات = مجموع الارتفاعات)، ثم حلّ. تيارات الفروع هي تيار الحلقة، أو الفرق بين تياري حلقتين في فرع مشترك.
عيّن تيارات الحلقات
ارسم في كل نافذة تيارًا باتجاه عقارب الساعة: I1, I2, I3. المقاومة المشتركة بين حلقتين تحمل الفرق بين تياريهما.
قانون كيرشوف للجهد حول الحلقة 1
عند الدوران باتجاه عقارب الساعة، تساوي هبوطات الجهد على المقاومات ارتفاعات جهد المصادر (من − إلى + باتجاه الدوران).
R1·I1 + R4(I1 − I2) = V1
30·I1 + 30(I1 − I2) = 12
60·I1 − 30·I2 = 12
قانون كيرشوف للجهد حول الحلقة 2
عند الدوران باتجاه عقارب الساعة، تساوي هبوطات الجهد على المقاومات ارتفاعات جهد المصادر (من − إلى + باتجاه الدوران).
R2·I2 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
8·I2 + 30(I2 − I1) + 25(I2 − I3) = 0
−30·I1 + 63·I2 − 25·I3 = 0
قانون كيرشوف للجهد حول الحلقة 3
عند الدوران باتجاه عقارب الساعة، تساوي هبوطات الجهد على المقاومات ارتفاعات جهد المصادر (من − إلى + باتجاه الدوران).
R3·I3 + R5(I3 − I2) = −V2
25·I3 + 25(I3 − I2) = (−10)
−25·I2 + 50·I3 = −10
الحل
Δ = محدد مصفوفة المعاملات = 106500
I1 = Δ1/Δ = 22800/106500 = 0,2141 A
I2 = Δ2/Δ = 3000/106500 = 0,02817 A
I3 = Δ3/Δ = −19800/106500 = −0,1859 A
الإجابة
I3 = −0,1859 A
تيار الحلقة السالب يسري عكس عقارب الساعة.
7.التراكب
الإجابة: Is = 0,6818 A
التراكب: في الدائرة الخطية، أي جهد أو تيار هو مجموع الاستجابات لكل مصدر مستقل يعمل وحده. لإطفاء مصدر، استبدل مصدر الجهد المثالي بـقصر ومصدر التيار المثالي بـدائرة مفتوحة. تبقى المقاومات في مكانها.
الحالة 1 · V1 يعمل وحده
يصبح Iₛ دائرة مفتوحة، فيشكّل R₃ و R₄ فرعًا واحدًا على التوالي من A إلى الأرضي، على التوازي مع R₂.
التراكب: في الدائرة الخطية، أي جهد أو تيار هو مجموع الاستجابات لكل مصدر مستقل يعمل وحده. لإطفاء مصدر، استبدل مصدر الجهد المثالي بـقصر ومصدر التيار المثالي بـدائرة مفتوحة. تبقى المقاومات في مكانها.
اكتب القياسات بدلالة الإسهامات
كل إسهام يتناسب مع مصدره.
I₁ + I₂ + I₃ = 12
2·I₁ + I₂ + I₃ = 7,5
I₁ + I₂ − I₃ = −3
حلّ لإيجاد الإسهامات
I₁ = 7,5 − 12 = −4,5 mA
I₃ = (12 − (−3))/2 = 7,5 mA
I₂ = 12 − (−4,5) − 7,5 = 9 mA
أطفئ V₂
I = I₁ + I₃ = (−4,5) + 7,5 = 3 mA
الإجابة
I = 3 mA
9.ثيفنن ونورتن
الإجابة: Rth = 9,5 Ω
نظرية ثيفنن: أي شبكة خطية ذات طرفين تتصرّف كمصدر جهد واحد Vth على التوالي مع مقاومة Rth. ونظرية نورتن تعطي الشبكة نفسها كمصدر تيار IN = Vth/Rth على التوازي مع Rth.
أوجد Rth مع إطفاء كل المصادر
استبدل مصادر الجهد بقصر ومصادر التيار بدوائر مفتوحة، ثم انظر إلى الدائرة من a–b.
R1 ∥ R2 = 20·12/(20+12) = 7,5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 7,5 + 2 = 9,5 Ω
10.ثيفنن ونورتن
الإجابة: Vth = 27 V
نظرية ثيفنن: أي شبكة خطية ذات طرفين تتصرّف كمصدر جهد واحد Vth على التوالي مع مقاومة Rth. ونظرية نورتن تعطي الشبكة نفسها كمصدر تيار IN = Vth/Rth على التوازي مع Rth.
أوجد Rth مع إطفاء كل المصادر
استبدل مصادر الجهد بقصر ومصادر التيار بدوائر مفتوحة، ثم انظر إلى الدائرة من a–b.
R1 ∥ R2 = 4·20/(4+20) = 3,333 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,333 + 6 = 9,333 Ω
أوجد Vth، جهد الدائرة المفتوحة
عندما يكون a–b مفتوحًا، المسار الوحيد لـ Iₛ هو عبر R₃ إلى العقدة A. أوجد V_A بتراكب V₁ و Iₛ، ثم أضف الهبوط على R₃.
VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 8,333 + 2·3,333 = 15 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 15 + 2·6 = 27 V
11.دوائر مكبّرات العمليات
الإجابة: Rf = 220 kΩ
قواعد مكبّر العمليات المثالي: مع التغذية الراجعة السالبة، يضبط المكبّر خرجه بحيث يكون دخلاه على الجهد نفسه (V₋ = V₊)، ولا يدخل أي تيار إلى أي من الدخلين. كتابة قانون كيرشوف للتيار عند الدخل العاكس مع هاتين الحقيقتين تعطي الخرج.
كسب المكبّر غير العاكس
V₋ = V₊ = Vin، والتيار عبر R₁ يمرّ أيضًا عبر Rf، إذن Vout = Vin·(1 + Rf/R₁).
Av = 1 + Rf/R1
Rf = (11 − 1)·22 = 220 kΩ
الإجابة
Rf = 220 kΩ
12.دوائر مكبّرات العمليات
الإجابة: Vout = −0,7583 V
قواعد مكبّر العمليات المثالي: مع التغذية الراجعة السالبة، يضبط المكبّر خرجه بحيث يكون دخلاه على الجهد نفسه (V₋ = V₊)، ولا يدخل أي تيار إلى أي من الدخلين. كتابة قانون كيرشوف للتيار عند الدخل العاكس مع هاتين الحقيقتين تعطي الخرج.
الحالات العابرة من الرتبة الأولى: في دائرة فيها مكثّف واحد أو ملف واحد، يتغيّر كل جهد وتيار أُسّيًا من قيمته الابتدائية إلى قيمته النهائية: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ، حيث τ = RC أو τ = L/R. بعد نحو 5τ تستقر الدائرة.
الثابت الزمني والتيار النهائي
بعد إغلاق المفتاح بوقت طويل يتصرّف الملف كقصر، لذا يحدّد R وحده التيار النهائي.
τ = L/R = 150 mH / 15 Ω = 10 ms
i(∞) = Vs/R = 10/15 = 0,6667 A
التيار في اللحظة المعطاة
i(t) = 0,6667·(1 − e−25/10) = 0,6119 A
الطاقة المخزّنة
W = ½·L·i² = ½·150·0,6119² = 28,09 mJ
الإجابة
W = 28,09 mJ
14.الحالات العابرة RC و RL
الإجابة: i = 0,4482 A
الحالات العابرة من الرتبة الأولى: في دائرة فيها مكثّف واحد أو ملف واحد، يتغيّر كل جهد وتيار أُسّيًا من قيمته الابتدائية إلى قيمته النهائية: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ، حيث τ = RC أو τ = L/R. بعد نحو 5τ تستقر الدائرة.
القيمة الابتدائية، القيمة النهائية، الثابت الزمني
قبل t = 0 يتجاوز المفتاح المغلق R₂؛ وبعدها يكون R₁ و R₂ كلاهما في الحلقة.