Elektros grandinių teorija 1: pasiruošimo paketas

Formulių lapai, pagrindiniai kiekvienos temos metodų žingsniai ir 14 uždavinių, o pilni sprendimai pateikti gale.

Nauji uždaviniai Atgal į kursą

Spausdinimo lange pasirinkite „Išsaugoti kaip PDF“, kad nuosavą kopiją išsaugotumėte savo įrenginyje.

1Formulės ir metodai

Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai

Nuosekliai sujungti rezistoriai: R_eq = R₁ + R₂ + …
Lygiagrečiai sujungti rezistoriai: 1/R_eq = 1/R₁ + 1/R₂ + …
Du lygiagrečiai: R_eq = R₁R₂ / (R₁ + R₂)
Omo dėsnis: V = I·R
Galia: P = V·I = I²R = V²/R

Metodas

Pradėkite nuo grandinės galo, esančio toliausiai nuo gnybtų.
Nuosekliai sujungtus rezistorius sudėkite, o lygiagrečius junkite pagal 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
Po kiekvieno žingsnio perbraižykite grandinę.
Kartokite, kol tarp gnybtų liks vienas rezistorius.

Mazgų potencialų metodas

Kirchhofo srovių dėsnis: ΣI_in = ΣI_out
Šakos srovė: I = (V_a − V_b)/R
Atskaitos mazgas: V_ground = 0

Metodas

Pasirinkite atskaitos mazgą (įžeminimą) ir pažymėkite kitų mazgų potencialus.
Kiekvienam nežinomam mazgui užrašykite Kirchhofo srovių dėsnį: per šakas ištekančios srovės lygios įtekančioms.
Kiekvienos šakos srovę išreikškite kaip (V_a − V_b)/R.
Išspręskite lygčių sistemą, tada raskite reikiamas sroves.

Kontūrų srovių metodas

Kirchhofo įtampų dėsnis: ΣV = 0 kiekviename kontūre
Bendras rezistorius: srovė = I₁ − I₂
Srovės šaltinis kontūre: nustato to kontūro srovę

Metodas

Kiekviename grandinės kontūre (lange) nubrėžkite pagal laikrodžio rodyklę tekančią srovę.
Kiekvienam kontūrui taikykite Kirchhofo įtampų dėsnį: įtampų kritimų suma lygi nuliui.
Dviem kontūrams bendrame rezistoriuje srovė lygi abiejų kontūrų srovių skirtumui.
Išspręskite lygtis; neigiamas rezultatas reiškia, kad srovė teka priešinga kryptimi.

Superpozicija

Superpozicija: x = x₁ + x₂ + … (one source at a time)
Išjungtas įtampos šaltinis: trumpasis jungimas (0 V)
Išjungtas srovės šaltinis: atvira grandinė (0 A)
Įtampos daliklis: V₂ = V·R₂/(R₁ + R₂)
Srovės daliklis: I₁ = I·R₂/(R₁ + R₂)

Metodas

Suskaičiuokite nepriklausomus šaltinius. Kiekvienam šaltiniui išspręsite po vieną paprastesnę grandinę.
Palikite vieną šaltinį, o kitus išjunkite: įtampos šaltinis tampa trumpuoju jungimu (laidu), srovės šaltinis – atvira grandine (tarpu).
Paprastesnėje grandinėje raskite reikiamą įtampą arba srovę, sekdami jos kryptį.
Pakartokite kiekvienam šaltiniui, tada sudėkite indėlius su jų ženklais.

Teveninas ir Nortonas

Tevenino įtampa: V_th = V_{open circuit}
Tevenino varža: R_th: visi šaltiniai išjungti, žiūrint iš a–b
Nortono srovė: I_N = V_th/R_th
Apkrovos srovė: I_L = V_th/(R_th + R_L)
Didžiausios galios perdavimas: R_L = R_th, P_max = V_th²/(4R_th)

Metodas

Atjunkite apkrovą ir pažymėkite abu gnybtus a ir b.
Raskite tuščiosios veikos įtampą tarp a ir b: tai V_th.
Išjunkite visus nepriklausomus šaltinius ir raskite varžą, matomą iš a–b: tai R_th.
Grąžinkite apkrovą į ekvivalentinę grandinę: V_th nuosekliai su R_th.
Nortono ekvivalentui perskaičiuokite: I_N = V_th/R_th, o R_N = R_th lygiagrečiai.

Operacinių stiprintuvų grandinės

Invertuojantysis stiprintuvas: V_out = −(R_f/R_in)·V_in
Neinvertuojantysis stiprintuvas: V_out = (1 + R_f/R₁)·V_in
Sumuojantysis stiprintuvas: V_out = −R_f(V₁/R₁ + V₂/R₂)
Idealus operacinis stiprintuvas: V₊ = V₋, I_in = 0

RC ir RL pereinamieji procesai

Laiko konstanta: τ = RC | τ = L/R
Atsakas: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ
Kondensatorius esant nuolatinei srovei: atvira grandinė; v_C negali kisti šuoliu
Ritė esant nuolatinei srovei: trumpasis jungimas; i_L negali kisti šuoliu
Nusistovėjęs režimas: t ≈ 5τ

Metodas

Raskite pradinę vertę iškart po perjungimo: kondensatoriaus įtampa ir ritės srovė negali kisti šuoliu.
Raskite galutinę vertę praėjus ilgam laikui po perjungimo: kondensatorius veikia kaip atvira grandinė, ritė – kaip trumpasis jungimas.
Raskite laiko konstantą: τ = RC arba τ = L/R, naudodami varžą, kurią „mato“ kondensatorius ar ritė.
Naudokite x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ.

2Uždaviniai

1.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriaiVidutinis

Raskite srovę I_R2 per R₂.

V₁ = 12 VR₁ = 15 ΩR₂ = 4 ΩR₃ = 15 ΩR₄ = 12 Ω

I_R2 = A

2.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriaiSunkus

Raskite srovę I_R2 per R₂.

V₁ = 18 VR₁ = 25 ΩR₂ = 12 ΩR₃ = 3 ΩR₄ = 30 ΩR₅ = 20 ΩR₆ = 20 Ω

I_R2 = A

3.Mazgų potencialų metodasVidutinis

Tarp mazgo A ir įžeminimo prijungtos trys šakos, kaip pavaizduota. Mazgų potencialų metodu raskite srovę I₁ šakoje 1, tekančią aukštyn į mazgą A rodyklės kryptimi.

V₁ = 15 VR₁ = 4 ΩV₂ = 15 VR₂ = 8 ΩV₃ = 10 VR₃ = 20 Ω

I₁ = A

4.Mazgų potencialų metodasSunkus

Taikykite mazgų potencialų metodą ir raskite mazgo potencialą V_A (matuojamą nuo įžeminimo).

V₁ = 36 VI_s = 3 AV₂ = 36 VR₁ = 12 ΩR₂ = 10 ΩR₃ = 20 ΩR₄ = 20 ΩR₅ = 2 Ω

V_A = V

5.Kontūrų srovių metodasVidutinis

Taikykite kontūrų srovių metodą ir raskite kontūro srovę I₂ (pagal laikrodžio rodyklę).

V₁ = 24 VV₂ = 15 VR₁ = 8 ΩR₂ = 2 ΩR₃ = 2 Ω

I₂ = A

6.Kontūrų srovių metodasSunkus

Taikykite kontūrų srovių metodą ir raskite srovę I_R4 per R₄ rodyklės kryptimi.

V₁ = 6 VV₂ = 6 VR₁ = 15 ΩR₂ = 10 ΩR₃ = 2 ΩR₄ = 20 ΩR₅ = 4 Ω

I_R4 = A

7.SuperpozicijaVidutinis

Raskite srovės šaltinio I_s vertę (kryptis kaip pavaizduota), kuriai esant srovė I_R3 per R₃ lygi nuliui.

V₁ = 18 VR₁ = 10 ΩR₂ = 10 ΩR₃ = 12 ΩR₄ = 2 Ω

I_s = A

8.SuperpozicijaSunkus

Taikydami superpoziciją, raskite galią P_R2, kurią sunaudoja R₂.

V₁ = 10 VI_s = 1 AV₂ = 36 VR₁ = 30 ΩR₂ = 3 ΩR₃ = 5 ΩR₄ = 8 Ω

P_R2 = W

9.Teveninas ir NortonasVidutinis

Raskite Nortono srovę I_N: srovę, tekančią iš a į b, kai gnybtai sujungti trumpai.

V₁ = 10 VR₁ = 5 ΩR₂ = 20 ΩR₃ = 15 Ω

I_N = A

10.Teveninas ir NortonasSunkus

Prie a–b prijungta apkrova R_L = 8 Ω. Naudodami Tevenino ekvivalentą raskite apkrovai tiekiamą galią P_L.

V₁ = 6 VI_s = 6 AR₁ = 3 ΩR₂ = 5 ΩR₃ = 3 ΩR_L = 8 Ω

P_L = W

11.Operacinių stiprintuvų grandinėsVidutinis

Operacinis stiprintuvas idealus ir maitinamas ±15 V įtampa; jo išėjimas įsisotina ties ±14 V. Neinvertuojantis stiprintuvas valdomas sinusiniu signalu. Raskite didžiausią įėjimo amplitudę V_in,max (amplitudinę vertę), kuriai esant išėjimas neapribojamas.

R₁ = 22 kΩR_f = 47 kΩV_sat = ±14 V

V_in,max = V

12.Operacinių stiprintuvų grandinėsSunkus

Sumuojantysis stiprintuvas naudoja idealų operacinį stiprintuvą, maitinamą ±15 V. Raskite išėjimo įtampą V_out.

V₁ = −0,2 VV₂ = 1,5 VR₁ = 1 kΩR₂ = 22 kΩR_f = 4,7 kΩ

V_out = V

13.RC ir RL pereinamieji procesaiVidutinis

Kol jungiklis neužsidarė momentu t = 0, rite srovė neteka. Raskite srovę i momentu t = 2 ms.

V_s = 12 VR = 100 ΩL = 150 mHt = 2 ms

i = A

14.RC ir RL pereinamieji procesaiSunkus

Laikmatis momentu t = 0 pradeda krauti neįkrautą kondensatorių per rezistorių iš 9 V šaltinio. Jis turi suveikti, kai kondensatoriaus įtampa pasiekia 4,5 V, lygiai po 100 ms nuo pradžios. Kai R = 100 kΩ, raskite reikiamą talpą C.

V_s = 9 VV_th = 4,5 VT = 100 msR = 100 kΩ

C = µF

3Tirpalai

1.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai

Atsakymas: I_R2 = 0,5654 A

Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai: nuosekliai per kiekvieną rezistorių teka ta pati srovė ir R = R₁ + R₂ + …. Lygiagrečiai ant kiekvieno rezistoriaus ta pati įtampa ir 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Kopėčių tinklas supaprastinamas po vieną porą, kol lieka viena ekvivalentinė varža.

Junkite rezistorius nuo tolimiausio galo

Pradėkite nuo galo, esančio toliausiai nuo šaltinio, ir eikite link jo. Rezistoriai, kuriais teka ta pati srovė, sujungti nuosekliai; rezistoriai tarp tų pačių dviejų mazgų – lygiagrečiai.

R₃ + R₄ = 15 + 12 = 27 Ω

R₂ ∥ 27 = 4·27/(4+27) = 3,484 Ω

R_eq = R₁ + 3,484 = 15 + 3,484 = 18,48 Ω

Šaltinio srovė

Šaltinis mato tik R_eq, todėl Omo dėsnis duoda jo tiekiamą srovę. Ši srovė teka per R₁.

I_R1 = V₁/R_eq = 12/18,48 = 0,6492 A

Srovė per R₂

Atimkite įtampos kritimą ant R₁ ir gausite mazgo A įtampą, kuri yra įtampa ant R₂.

V_A = V₁ − I_R1·R₁ = 12 − 0,6492·15 = 2,262 V

I_R2 = V_A/R₂ = 2,262/4 = 0,5654 A

Atsakymas

I_R2 = 0,5654 A

2.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai

Atsakymas: I_R2 = 0,3469 A

Junkite rezistorius nuo tolimiausio galo

R₅ + R₆ = 20 + 20 = 40 Ω

R₄ ∥ 40 = 17,14 Ω

R₃ + 17,14 = 20,14 Ω

R₂ ∥ 20,14 = 7,52 Ω

R_eq = R₁ + 7,52 = 25 + 7,52 = 32,52 Ω

Šaltinio srovė

Šaltinis mato tik R_eq, todėl Omo dėsnis duoda jo tiekiamą srovę. Ši srovė teka per R₁.

I_R1 = V₁/R_eq = 18/32,52 = 0,5535 A

Srovė per R₂

Atimkite įtampos kritimą ant R₁ ir gausite mazgo A įtampą, kuri yra įtampa ant R₂.

V_A = V₁ − I_R1·R₁ = 18 − 0,5535·25 = 4,162 V

I_R2 = V_A/R₂ = 4,162/12 = 0,3469 A

Atsakymas

I_R2 = 0,3469 A

3.Mazgų potencialų metodas

Atsakymas: I₁ = −2,941 A

Mazgų potencialų metodas: pasirinkite atskaitos mazgą, pažymėkite nežinomus mazgų potencialus, kiekvienam nežinomam mazgui užrašykite Kirchhofo srovių dėsnį naudodami Omo dėsnį (I = ΔV/R) ir išspręskite gautas lygtis.

Kirchhofo srovių dėsnis mazge A

Apatinį laidą laikykite įžeminimu. Kiekviena šaka nuo A nuneša srovę (V_A − V_k)/R_k, kur V_k – jos šaltinio įtampa (paprastam rezistoriui nulis). Iš A išeinančių srovių suma lygi nuliui.

(V_A − (−15))/4 + (V_A − 15)/8 + (V_A − 10)/20 = 0

Raskite V_A

V_A = ((−15)/4 + 15/8 + 10/20) / (1/4 + 1/8 + 1/20) = −1,375/0,425 = −3,235 V

Šakos srovė

Rodyklė šakoje nukreipta aukštyn, į mazgą A.

I₁ = ((−15) − V_A)/R₁ = ((−15) − (−3,235))/4 = −2,941 A

Atsakymas

I₁ = −2,941 A

Neigiamas rezultatas reiškia, kad tikroji srovė teka prieš rodyklę.

4.Mazgų potencialų metodas

Atsakymas: V_A = 17,15 V

Nustatykite mazgus

Įžeminimas – apatinis laidas. Žinomi mazgų potencialai gaunami tiesiai iš šaltinių (V₁ = 36 V, V₂ = 36 V). Nežinomieji: V_A, V_B.

KSD mazge A

Srovės, ištekančios iš A per rezistorius, lygios srovei, kurią šaltiniai įleidžia į A.

V_A/R₃ + (V_A − V₁)/R₁ + (V_A − V_B)/R₂ = 0

V_A/20 + (V_A − 36)/12 + (V_A − V_B)/10 = 0

0,2333·V_A − 0,1·V_B = 3

KSD mazge B

Srovės, ištekančios iš B per rezistorius, lygios srovei, kurią šaltiniai įleidžia į B.

V_B/R₅ + (V_B − V_A)/R₂ + (V_B − V₂)/R₄ = I_s

V_B/2 + (V_B − V_A)/10 + (V_B − 36)/20 = 3

−0,1·V_A + 0,65·V_B = 4,8

Išspręskite

Δ = (0,2333)(0,65) − (−0,1)(−0,1) = 0,1417

V_A = Δ₁/Δ = 2,43/0,1417 = 17,15 V

V_B = Δ₂/Δ = 1,42/0,1417 = 10,02 V

Atsakymas

V_A = 17,15 V

5.Kontūrų srovių metodas

Atsakymas: I₂ = −2,833 A

Kontūrų srovių metodas: kiekvienam plokščios grandinės langui priskirkite savo kontūro srovę, kiekvienam kontūrui užrašykite Kirchhofo įtampų dėsnį (kritimų suma = padidėjimų suma) ir išspręskite. Šakų srovės yra kontūro srovė arba dviejų kontūrų srovių skirtumas bendroje šakoje.

Priskirkite kontūrų sroves

Kiekviename lange nubrėžkite srovę pagal laikrodžio rodyklę: I₁, I₂. Dviem kontūrams bendras rezistorius praleidžia jų srovių skirtumą.

KĮD kontūre 1

Einant pagal laikrodžio rodyklę, įtampos kritimai ant rezistorių lygūs šaltinių įtampų padidėjimams (nuo − iki + ėjimo kryptimi).

R₁·I₁ + R₃(I₁ − I₂) = V₁

8·I₁ + 2(I₁ − I₂) = 24

10·I₁ − 2·I₂ = 24

KĮD kontūre 2

Einant pagal laikrodžio rodyklę, įtampos kritimai ant rezistorių lygūs šaltinių įtampų padidėjimams (nuo − iki + ėjimo kryptimi).

R₂·I₂ + R₃(I₂ − I₁) = −V₂

2·I₂ + 2(I₂ − I₁) = (−15)

−2·I₁ + 4·I₂ = −15

Išspręskite

Δ = (10)(4) − (−2)(−2) = 36

I₁ = Δ₁/Δ = 66/36 = 1,833 A

I₂ = Δ₂/Δ = −102/36 = −2,833 A

Atsakymas

I₂ = −2,833 A

Neigiama kontūro srovė teka prieš laikrodžio rodyklę.

6.Kontūrų srovių metodas

Atsakymas: I_R4 = 0,1837 A

Priskirkite kontūrų sroves

Kiekviename lange nubrėžkite srovę pagal laikrodžio rodyklę: I₁, I₂, I₃. Dviem kontūrams bendras rezistorius praleidžia jų srovių skirtumą.

KĮD kontūre 1

Einant pagal laikrodžio rodyklę, įtampos kritimai ant rezistorių lygūs šaltinių įtampų padidėjimams (nuo − iki + ėjimo kryptimi).

R₁·I₁ + R₄(I₁ − I₂) = V₁

15·I₁ + 20(I₁ − I₂) = 6

35·I₁ − 20·I₂ = 6

KĮD kontūre 2

Einant pagal laikrodžio rodyklę, įtampos kritimai ant rezistorių lygūs šaltinių įtampų padidėjimams (nuo − iki + ėjimo kryptimi).

R₂·I₂ + R₄(I₂ − I₁) + R₅(I₂ − I₃) = 0

10·I₂ + 20(I₂ − I₁) + 4(I₂ − I₃) = 0

−20·I₁ + 34·I₂ − 4·I₃ = 0

KĮD kontūre 3

Einant pagal laikrodžio rodyklę, įtampos kritimai ant rezistorių lygūs šaltinių įtampų padidėjimams (nuo − iki + ėjimo kryptimi).

R₃·I₃ + R₅(I₃ − I₂) = −V₂

2·I₃ + 4(I₃ − I₂) = (−6)

−4·I₂ + 6·I₃ = −6

Išspręskite

Δ = koeficientų matricos determinantas = 4180

I₁ = Δ₁/Δ = 648/4180 = 0,155 A

I₂ = Δ₂/Δ = −120/4180 = −0,02871 A

I₃ = Δ₃/Δ = −4260/4180 = −1,019 A

Atsakymas

I_R4 = I₁ − I₂ = 0,1837 A

Neigiama kontūro srovė teka prieš laikrodžio rodyklę.

7.Superpozicija

Atsakymas: I_s = 4,5 A

Superpozicija: tiesinėje grandinėje bet kuri įtampa ar srovė yra atsakų į kiekvieną atskirai veikiantį nepriklausomą šaltinį suma. Norėdami išjungti šaltinį, idealų įtampos šaltinį pakeiskite trumpuoju jungimu, o idealų srovės šaltinį – atvira grandine. Rezistoriai lieka savo vietose.

1 atvejis · veikia tik V₁

Iₛ tampa atvira grandine, todėl R₃ ir R₄ sudaro vieną nuoseklią šaką nuo A iki įžeminimo, lygiagrečią su R₂.

R₃+R₄ = 12+2 = 14 Ω

R₂ ∥ (R₃+R₄) = 10·14/(10+14) = 5,833 Ω

V_A = 18·5,833/(10+5,833) = 6,632 V

V_B = V_A·R₄/(R₃+R₄) = 6,632·2/14 = 0,9474 V

I_R3′ = (V_A − V_B)/R₃ = (6,632 − 0,9474)/12 = 0,4737 A

2 atvejis · veikia tik I_s

V₁ tampa trumpuoju jungimu, todėl R₁ ∥ R₂ jungia A su įžeminimu. Taške B Iₛ pasiskirsto tarp R₄ ir kelio R₃ + R₁∥R₂; dalis per R₃ teka nuo B į A, prieš rodyklę.

R₁ ∥ R₂ = 5 Ω

I_R3″ = −I_s·R₄/(R₄ + R₃ + R₁∥R₂) = −I_s·2/19 = −0,1053·I_s

Prilyginkite sumą nuliui

I_R3′ + I_R3″ = 0,4737 − 0,1053·I_s = 0

I_s = 0,4737/0,1053 = 4,5 A

Atsakymas

I_s = 4,5 A

8.Superpozicija

Atsakymas: P_R2 = 26,5 W

1 atvejis · veikia tik V₁

V₂ tampa trumpuoju jungimu, o Iₛ – atvira grandine. Žiūrint iš A, R₃ yra lygiagretus su nuoseklia pora R₂+R₄.

R₃ ∥ (R₂+R₄) = 5 ∥ 11 = 3,438 Ω

V_A = 10·3,438/(30+3,438) = 1,028 V

V_B = V_A·R₄/(R₂+R₄) = 1,028·8/11 = 0,7477 V

I_R2′ = (V_A − V_B)/R₂ = (1,028 − 0,7477)/3 = 0,09346 A

2 atvejis · veikia tik I_s

Abu įtampos šaltiniai tampa trumpaisiais jungimais. Iₛ taške B dalijasi tarp R₄ (dabar į įžeminimą) ir R₂, nuoseklaus su R₁ ∥ R₃. Iₛ rodyklė nukreipta žemyn, tolyn nuo savo mazgo, todėl Iₛ ištraukia srovę iš to mazgo: jos narys įrašomas su minuso ženklu.

R₁ ∥ R₃ = 4,286 Ω, todėl kairysis kelias yra R₂+4,286 = 7,286 Ω

R_eq = R₄ ∥ 7,286 = 3,813 Ω

V_B = −I_s·R_eq = −1·3,813 = −3,813 V

V_A = V_B·4,286/7,286 = −2,243 V

I_R2″ = (V_A − V_B)/R₂ = (−2,243 − −3,813)/3 = 0,5234 A

3 atvejis · veikia tik V₂

V₁ tampa trumpuoju jungimu, o Iₛ – atvira grandine. R₁ ∥ R₃ eina nuo A, nuosekliai su R₂ atgal iki B.

R₁ ∥ R₃ = 30·5/(30+5) = 4,286 Ω

V_B = V₂·(R₂+R₁∥R₃)/(R₄+R₂+R₁∥R₃) = (−36)·7,286/15,29 = −17,16 V

V_A = V_B·(R₁∥R₃)/(R₂+R₁∥R₃) = −17,16·4,286/7,286 = −10,09 V

I_R2‴ = (V_A − V_B)/R₂ = (−10,09 − −17,16)/3 = 2,355 A

Sudėkite srovės indėlius

I_R2 = I_R2′ + I_R2″ + I_R2‴ = 0,09346 + 0,5234 + 2,355 = 2,972 A

Rezistoriaus galia

Galia priklauso nuo srovės kvadrato, todėl superpozicijos principas jai negalioja: pirmiausia sudėkite sroves, tada kelkite kvadratu.

P_R2 = I_R2²·R₂ = 2,972²·3 = 26,5 W

Atsakymas

P_R2 = 26,5 W

Sudėjus atskirų atvejų galias būtų gauta 17,49 W, o tai neteisinga.

9.Teveninas ir Nortonas

Atsakymas: I_N = 0,4211 A

Tevenino teorema: bet kuris tiesinis dvipolis tinklas elgiasi kaip vienas įtampos šaltinis V_th, nuosekliai sujungtas su varža R_th. Nortono teorema tą patį tinklą pateikia kaip srovės šaltinį I_N = V_th/R_th, lygiagretų su R_th.

Raskite R_th, išjungę visus šaltinius

Įtampos šaltinius pakeiskite trumpaisiais jungimais, srovės šaltinius – atvira grandine, tada žiūrėkite į grandinę iš a–b.

R₁ ∥ R₂ = 5·20/(5+20) = 4 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 4 + 15 = 19 Ω

Raskite V_th – tuščiosios veikos įtampą

Kai a–b atviri, per R₃ srovė neteka, todėl ant jo nėra įtampos kritimo ir V_b = V_A. R₁ ir R₂ sudaro įtampos daliklį.

V_th = V₁·R₂/(R₁+R₂) = 10·20/(5+20) = 8 V

Nortono ekvivalentas

Nortono šaltinis – ta pati grandinė, matoma kaip srovės šaltinis lygiagrečiai su R_th. Jo srovė yra trumpojo jungimo srovė tarp a–b.

I_N = V_th/R_th = 8/19 = 0,4211 A

10.Teveninas ir Nortonas

Atsakymas: P_L = 52,56 W

Raskite R_th, išjungę visus šaltinius

Įtampos šaltinius pakeiskite trumpaisiais jungimais, srovės šaltinius – atvira grandine, tada žiūrėkite į grandinę iš a–b.

R₁ ∥ R₂ = 3·5/(3+5) = 1,875 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 1,875 + 3 = 4,875 Ω

Raskite V_th – tuščiosios veikos įtampą

Kai a–b atviri, vienintelis kelias Iₛ yra per R₃ į mazgą A. Raskite V_A superpozicija iš V₁ ir Iₛ, tada pridėkite įtampos kritimą ant R₃.

V_A = V₁·R₂/(R₁+R₂) + I_s·(R₁∥R₂) = 3,75 + 6·1,875 = 15 V

V_th = V_B = V_A + I_s·R₃ = 15 + 6·3 = 33 V

Prijunkite apkrovą prie Tevenino ekvivalento

Tevenino šaltinis ir nuoseklus R_th gnybtuose a–b elgiasi lygiai kaip pradinė grandinė, todėl apkrova mato paprastą nuoseklų kontūrą.

I_L = V_th/(R_th + R_L) = 33/(4,875 + 8) = 2,563 A

P_L = I_L²·R_L = 2,563²·8 = 52,56 W

11.Operacinių stiprintuvų grandinės

Atsakymas: V_in,max = 4,464 V

Idealaus operacinio stiprintuvo taisyklės: esant neigiamajam grįžtamajam ryšiui, stiprintuvas nustato išėjimą taip, kad abiejų įėjimų įtampa būtų vienoda (V₋ = V₊), ir į nė vieną įėjimą srovė neteka. KSD invertuojančiajame įėjime su šiais dviem faktais duoda išėjimą.

Stiprinimas

A_v = 1 + R_f/R₁ = 1 + 47/22 = 3,136

Didžiausias įėjimas prieš apribojimą

V_in,max = V_sat/|A_v| = 14/3,136 = 4,464 V

Atsakymas

V_in,max = 4,464 V

12.Operacinių stiprintuvų grandinės

Atsakymas: V_out = 0,6195 V

Įėjimo srovės

V₋ = 0, todėl ant kiekvieno įėjimo rezistoriaus yra visa jo įėjimo įtampa.

I₁ = V₁/R₁ = −0,2/1 = −0,2 mA

I₂ = V₂/R₂ = 1,5/22 = 0,06818 mA

I_f = I₁ + I₂ = −0,1318 mA

Išėjimo įtampa

V_out = −R_f·I_f = −4,7·(−0,1318) = 0,6195 V

Atsakymas

V_out = 0,6195 V

13.RC ir RL pereinamieji procesai

Atsakymas: i = 0,08837 A

Pirmos eilės pereinamieji procesai: grandinėje su vienu kondensatoriumi arba viena rite kiekviena įtampa ir srovė eksponentiškai kinta nuo pradinės iki galutinės vertės: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ, kur τ = RC arba τ = L/R. Po maždaug 5τ grandinė nusistovi.

Laiko konstanta ir galutinė srovė

Ilgai po jungiklio užsidarymo ritė elgiasi kaip trumpasis jungimas, todėl galutinę srovę lemia tik R.

τ = L/R = 150 mH / 100 Ω = 1,5 ms

i(∞) = V_s/R = 12/100 = 0,12 A

Srovė duotuoju momentu

i(t) = i(∞)·(1 − e^−t/τ) = 0,12·(1 − e^−2/1,5) = 0,08837 A

Atsakymas

i = 0,08837 A

14.RC ir RL pereinamieji procesai

Atsakymas: C = 1,443 µF

Reikiama laiko konstanta

4,5 = 9·(1 − e^−100/τ) → τ = 100/ln(9/(9 − 4,5))

τ = 100/0,6931 = 144,3 ms

Talpa

kΩ kart µF duoda milisekundes.

C = τ/R = 144,3/100 = 1,443 µF

Atsakymas

C = 1,443 µF

ExamProblems · examproblems.com/courses/circuit-analysis-1

Elektros grandinių teorija 1: pasiruošimo paketas

1Formulės ir metodai

Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai

Metodas

Mazgų potencialų metodas

Metodas

Kontūrų srovių metodas

Metodas

Superpozicija

Metodas

Teveninas ir Nortonas

Metodas

Operacinių stiprintuvų grandinės

RC ir RL pereinamieji procesai

Metodas

2Uždaviniai

3Tirpalai

Junkite rezistorius nuo tolimiausio galo

Šaltinio srovė

Srovė per R₂

Atsakymas

Junkite rezistorius nuo tolimiausio galo

Šaltinio srovė

Srovė per R₂

Atsakymas

Kirchhofo srovių dėsnis mazge A

Raskite VA

Šakos srovė

Atsakymas

Nustatykite mazgus

KSD mazge A

KSD mazge B

Išspręskite

Atsakymas

Priskirkite kontūrų sroves

KĮD kontūre 1

KĮD kontūre 2

Išspręskite

Atsakymas

Priskirkite kontūrų sroves

KĮD kontūre 1

KĮD kontūre 2

KĮD kontūre 3

Išspręskite

Atsakymas

1 atvejis · veikia tik V1

2 atvejis · veikia tik Is

Prilyginkite sumą nuliui

Atsakymas

1 atvejis · veikia tik V1

2 atvejis · veikia tik Is

3 atvejis · veikia tik V2

Sudėkite srovės indėlius

Rezistoriaus galia

Atsakymas

Raskite Rth, išjungę visus šaltinius

Raskite Vth – tuščiosios veikos įtampą

Nortono ekvivalentas

Raskite Rth, išjungę visus šaltinius

Raskite Vth – tuščiosios veikos įtampą

Prijunkite apkrovą prie Tevenino ekvivalento

Stiprinimas

Didžiausias įėjimas prieš apribojimą

Atsakymas

Įėjimo srovės

Išėjimo įtampa

Atsakymas

Laiko konstanta ir galutinė srovė

Srovė duotuoju momentu

Atsakymas

Reikiama laiko konstanta

Talpa

Atsakymas

Raskite V_A

1 atvejis · veikia tik V₁

2 atvejis · veikia tik I_s

1 atvejis · veikia tik V₁

2 atvejis · veikia tik I_s

3 atvejis · veikia tik V₂

Raskite R_th, išjungę visus šaltinius

Raskite V_th – tuščiosios veikos įtampą

Raskite R_th, išjungę visus šaltinius

Raskite V_th – tuščiosios veikos įtampą