Sumber voltan Vₛ antara A dan B mempunyai terminal + pada B, maka ia menjadikan VB − VA = Vₛ. Gunakan analisis nod dengan supernod untuk mencari voltan nod VB (diukur daripada bumi).
Is = 4 AVs = 12 VR1 = 4 ΩR2 = 8 Ω
VB = V
4.Analisis nodSukar
Berlian itu ialah sumber arus dikawal voltan yang menolak arus 0.2·VA (dalam A, dengan VA dalam V) ke atas masuk ke nod B. Gunakan analisis nod untuk mencari arus IR4 melalui R4 mengikut arah anak panah.
Satu litar perintang linear mengandungi tiga sumber bebas: V1, V2 dan Is. Arus I melalui beban diukur tiga kali. Dengan semua sumber pada nilai biasa, I = 4 mA. Dengan V1 digandakan dan dua yang lain tidak berubah, I = 6 mA. Dengan arah Is diterbalikkan dan dua yang lain tidak berubah, I = 3 mA. Cari arus beban I apabila V2 dimatikan dan V1 dan Is berada pada nilai biasa.
biasa: I = 4 mA2·V1: I = 6 mA−Is: I = 3 mA
I = mA
9.Thévenin & NortonSederhana
Cari rintangan Thévenin Rth yang dilihat dari terminal a–b.
V1 = 10 VR1 = 2 ΩR2 = 8 ΩR3 = 10 Ω
Rth = Ω
10.Thévenin & NortonSukar
Satu beban RL = 20 Ω disambungkan merentasi a–b. Gantikan bahagian litar yang lain dengan setara Thévenin dan cari arus beban IL.
Op-amp itu unggul dan dijalankan daripada bekalan ±15 V; keluarannya tepu pada ±13 V. Penguat menyongsang digerakkan oleh gelombang sinus. Cari amplitud masukan terbesar Vin,max (nilai puncak) supaya keluaran tidak terpotong.
R1 = 2 kΩRf = 10 kΩVsat = ±13 V
Vin,max = V
12.Litar op-ampSukar
Penguat penambah menggunakan op-amp unggul dengan bekalan ±15 V. Cari voltan keluaran Vout.
Induktor tidak membawa arus sebelum suis ditutup pada t = 0. Cari tenaga W yang tersimpan dalam induktor pada t = 5 ms, dalam mJ.
Vs = 24 VR = 10 ΩL = 47 mHt = 5 ms
W = mJ
14.Fana RC & RLSukar
Suis telah ditutup untuk masa yang lama, maka litar berada dalam keadaan mantap. Pada t = 0 suis dibuka. Cari arus i2 melalui R2 pada t = 1000 ms.
Vs = 30 VR1 = 2.2 kΩR2 = 6.8 kΩC = 100 µFt = 1000 ms
i2 = mA
3Larutan
1.Perintang bersiri & selari
Jawapan: Req = 17.64 Ω
Perintang bersiri dan selari: dalam sambungan bersiri arus yang sama mengalir melalui setiap perintang dan R = R₁ + R₂ + …. Dalam sambungan selari setiap perintang mempunyai voltan yang sama dan 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Rangkaian tangga dipermudahkan sepasang demi sepasang sehingga tinggal satu rintangan setara.
Gabungkan perintang dari hujung yang jauh
Mulakan dari hujung yang paling jauh daripada sumber dan bergerak balik ke arahnya. Perintang yang membawa arus yang sama adalah bersiri; perintang merentasi dua nod yang sama adalah selari.
R3 + R4 = 10 + 12 = 22 Ω
R2 ∥ 22 = 3·22/(3+22) = 2.64 Ω
Req = R1 + 2.64 = 15 + 2.64 = 17.64 Ω
Jawapan
Req = 17.64 Ω
2.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR2 = 0.5456 A
Perintang bersiri dan selari: dalam sambungan bersiri arus yang sama mengalir melalui setiap perintang dan R = R₁ + R₂ + …. Dalam sambungan selari setiap perintang mempunyai voltan yang sama dan 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Rangkaian tangga dipermudahkan sepasang demi sepasang sehingga tinggal satu rintangan setara.
Gabungkan perintang dari hujung yang jauh
Mulakan dari hujung yang paling jauh daripada sumber dan bergerak balik ke arahnya. Perintang yang membawa arus yang sama adalah bersiri; perintang merentasi dua nod yang sama adalah selari.
R5 + R6 = 5 + 12 = 17 Ω
R4 ∥ 17 = 5.44 Ω
R3 + 5.44 = 11.44 Ω
R2 ∥ 11.44 = 3.479 Ω
Req = R1 + 3.479 = 8 + 3.479 = 11.48 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 9/11.48 = 0.784 A
Arus melalui R₂
Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 9 − 0.784·8 = 2.728 V
IR2 = VA/R2 = 2.728/5 = 0.5456 A
Jawapan
IR2 = 0.5456 A
3.Analisis nod
Jawapan: VB = 18.67 V
Analisis nod: pilih nod rujukan, labelkan voltan nod yang tidak diketahui, tulis hukum arus Kirchhoff pada setiap nod yang tidak diketahui menggunakan hukum Ohm (I = ΔV/R), dan selesaikan persamaan yang terhasil.
Bentuk supernod
Sumber voltan antara A dan B membawa arus yang tidak diketahui, maka HAK tidak boleh ditulis pada A atau B secara berasingan. Kepung A, B dan sumber dalam satu supernod: arus yang memasukinya sama dengan arus yang meninggalkannya.
VB = VA + Vs = VA + 12
VA/R1 + VB/R2 = Is
Selesaikan
VA/4 + (VA + 12)/8 = 4
VA = (4 − 12/8)/(1/4 + 1/8) = 6.667 V
VB = 6.667 + 12 = 18.67 V
Jawapan
VB = 18.67 V
4.Analisis nod
Jawapan: IR4 = 2.877 A
Analisis nod: pilih nod rujukan, labelkan voltan nod yang tidak diketahui, tulis hukum arus Kirchhoff pada setiap nod yang tidak diketahui menggunakan hukum Ohm (I = ΔV/R), dan selesaikan persamaan yang terhasil.
HAK pada nod A
Arus yang meninggalkan A melalui perintang sama dengan arus yang ditolak masuk ke A oleh sumber.
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
0.3567·VA − 0.04·VB = 4.5
HAK pada nod B
Sumber bersandar menolak g·VA ke dalam nod B. Perlakukannya seperti sumber bebas, kemudian pindahkan sebutan VA ke sebelah kiri.
(VB − VA)/R3 + VB/R4 = 0.2·VA
−0.24·VA + 0.29·VB = 0
Selesaikan
Δ = (0.3567)(0.29) − (−0.04)(−0.24) = 0.09383
VA = Δ1/Δ = 1.305/0.09383 = 13.91 V
VB = Δ2/Δ = 1.08/0.09383 = 11.51 V
Arus melalui R₄
IR4 = VB/R4 = 11.51/4 = 2.877 A
Jawapan
IR4 = 2.877 A
5.Analisis mesh
Jawapan: I1 = −0.15 A
Analisis mesh: berikan setiap tingkap bagi litar satah arus gelungnya sendiri, tulis hukum voltan Kirchhoff mengelilingi setiap gelung (hasil tambah susutan = hasil tambah kenaikan), dan selesaikan. Arus cabang ialah arus mesh, atau beza dua arus mesh pada cabang yang dikongsi.
Tetapkan arus mesh
Lukis arus ikut arah jam dalam setiap tingkap: I1, I2. Perintang yang dikongsi oleh dua mesh membawa beza arus kedua-duanya.
KVL mengelilingi mesh 1
Mengikut arah jam, susutan voltan merentasi perintang sama dengan kenaikan voltan sumber (− ke + mengikut arah perjalanan).
R1·I1 + R3(I1 − I2) = V1
20·I1 + 20(I1 − I2) = 12
40·I1 − 20·I2 = 12
KVL mengelilingi mesh 2
Mengikut arah jam, susutan voltan merentasi perintang sama dengan kenaikan voltan sumber (− ke + mengikut arah perjalanan).
R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
10·I2 + 20(I2 − I1) = (−24)
−20·I1 + 30·I2 = −24
Selesaikan
Δ = (40)(30) − (−20)(−20) = 800
I1 = Δ1/Δ = −120/800 = −0.15 A
I2 = Δ2/Δ = −720/800 = −0.9 A
Jawapan
I1 = −0.15 A
Arus mesh negatif mengalir melawan arah jam.
6.Analisis mesh
Jawapan: VR1 = 18.06 V
Analisis mesh: berikan setiap tingkap bagi litar satah arus gelungnya sendiri, tulis hukum voltan Kirchhoff mengelilingi setiap gelung (hasil tambah susutan = hasil tambah kenaikan), dan selesaikan. Arus cabang ialah arus mesh, atau beza dua arus mesh pada cabang yang dikongsi.
Tetapkan arus mesh
Lukis arus ikut arah jam dalam setiap tingkap: I1, I2, I3. Perintang yang dikongsi oleh dua mesh membawa beza arus kedua-duanya.
KVL mengelilingi mesh 1
Mengikut arah jam, susutan voltan merentasi perintang sama dengan kenaikan voltan sumber (− ke + mengikut arah perjalanan).
R1·I1 + R4(I1 − I2) = V1
6·I1 + 2(I1 − I2) = 24
8·I1 − 2·I2 = 24
KVL mengelilingi mesh 2
Mengikut arah jam, susutan voltan merentasi perintang sama dengan kenaikan voltan sumber (− ke + mengikut arah perjalanan).
R2·I2 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
8·I2 + 2(I2 − I1) + 5(I2 − I3) = 0
−2·I1 + 15·I2 − 5·I3 = 0
KVL mengelilingi mesh 3
Mengikut arah jam, susutan voltan merentasi perintang sama dengan kenaikan voltan sumber (− ke + mengikut arah perjalanan).
R3·I3 + R5(I3 − I2) = −V2
4·I3 + 5(I3 − I2) = (−10)
−5·I2 + 9·I3 = −10
Selesaikan
Δ = penentu matriks pekali = 844
I1 = Δ1/Δ = 2540/844 = 3.009 A
I2 = Δ2/Δ = 32/844 = 0.03791 A
I3 = Δ3/Δ = −920/844 = −1.09 A
Jawapan
IR1 = I1 = 3.009 A
VR1 = IR1·R1 = 3.009·6 = 18.06 V
Arus mesh negatif mengalir melawan arah jam.
7.Superposisi
Jawapan: PR4 = 21.03 W
Superposisi: dalam litar linear, sebarang voltan atau arus ialah hasil tambah sambutan terhadap setiap sumber bebas yang bertindak sendirian. Untuk mematikan sumber, gantikan sumber voltan unggul dengan litar pintas dan sumber arus unggul dengan litar buka. Perintang kekal di tempatnya.
Kes 1 · V1 bertindak sendirian
Iₛ menjadi litar buka, jadi R₃ dan R₄ membentuk satu cabang bersiri dari A ke bumi, selari dengan R₂.
R3+R4 = 10+3 = 13 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 2·13/(2+13) = 1.733 Ω
VA = 10·1.733/(3+1.733) = 3.662 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 3.662·3/13 = 0.8451 V
IR4′ = (VB − 0)/R4 = (0.8451 − 0)/3 = 0.2817 A
Kes 2 · Is bertindak sendirian
V₁ menjadi litar pintas, jadi R₁ selari dengan R₂. Iₛ berpecah di B antara R₄ dan laluan melalui R₃.
R1 ∥ R2 = 3·2/(3+2) = 1.2 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 3 ∥ 11.2 = 2.366 Ω
VB = Is·Req = 3·2.366 = 7.099 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 7.099·1.2/11.2 = 0.7606 V
IR4″ = (VB − 0)/R4 = (7.099 − 0)/3 = 2.366 A
Tambah sumbangan arus
IR4 = IR4′ + IR4″ = 0.2817 + 2.366 = 2.648 A
Kuasa dalam perintang
Kuasa bergantung pada kuasa dua arus, maka ia tidak mematuhi superposisi: tambah arus dahulu, kemudian kuasa duakan.
PR4 = IR4²·R4 = 2.648²·3 = 21.03 W
Jawapan
PR4 = 21.03 W
Menambah kuasa bagi kes-kes yang berasingan akan memberikan 17.03 W, yang salah.
8.Superposisi
Jawapan: I = 2.5 mA
Superposisi: dalam litar linear, sebarang voltan atau arus ialah hasil tambah sambutan terhadap setiap sumber bebas yang bertindak sendirian. Untuk mematikan sumber, gantikan sumber voltan unggul dengan litar pintas dan sumber arus unggul dengan litar buka. Perintang kekal di tempatnya.
Tulis pengukuran dengan sumbangan
Setiap sumbangan berkadar dengan sumbernya sendiri.
I₁ + I₂ + I₃ = 4
2·I₁ + I₂ + I₃ = 6
I₁ + I₂ − I₃ = 3
Selesaikan untuk sumbangan
I₁ = 6 − 4 = 2 mA
I₃ = (4 − 3)/2 = 0.5 mA
I₂ = 4 − 2 − 0.5 = 1.5 mA
Matikan V₂
I = I₁ + I₃ = 2 + 0.5 = 2.5 mA
Jawapan
I = 2.5 mA
9.Thévenin & Norton
Jawapan: Rth = 11.6 Ω
Teorem Thévenin: mana-mana rangkaian linear dua terminal berkelakuan seperti satu sumber voltan Vth secara bersiri dengan rintangan Rth. Teorem Norton memberikan rangkaian yang sama sebagai sumber arus IN = Vth/Rth selari dengan Rth.
Cari Rth dengan semua sumber dimatikan
Gantikan sumber voltan dengan litar pintas dan sumber arus dengan litar buka, kemudian lihat ke dalam litar dari a–b.
R1 ∥ R2 = 2·8/(2+8) = 1.6 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1.6 + 10 = 11.6 Ω
10.Thévenin & Norton
Jawapan: IL = −1.262 A
Teorem Thévenin: mana-mana rangkaian linear dua terminal berkelakuan seperti satu sumber voltan Vth secara bersiri dengan rintangan Rth. Teorem Norton memberikan rangkaian yang sama sebagai sumber arus IN = Vth/Rth selari dengan Rth.
Cari Rth dengan semua sumber dimatikan
Gantikan sumber voltan dengan litar pintas dan sumber arus dengan litar buka, kemudian lihat ke dalam litar dari a–b.
R1 ∥ R2 = 20·30/(20+30) = 12 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 12 + 20 = 32 Ω
Cari Vth, voltan litar buka
Dengan a–b terbuka, satu-satunya laluan untuk Iₛ ialah melalui R₃ ke nod A. Cari V_A dengan superposisi V₁ dan Iₛ, kemudian tambah susutan merentasi R₃.
VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 14.4 + (−2.5)·12 = −15.6 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −15.6 + (−2.5)·20 = −65.6 V
Sambungkan beban kepada setara Thévenin
Sumber Thévenin dan R_th secara bersiri berkelakuan sama seperti litar asal pada a–b, jadi beban melihat satu gelung bersiri yang ringkas.
IL = Vth/(Rth + RL) = −65.6/(32 + 20) = −1.262 A
11.Litar op-amp
Jawapan: Vin,max = 2.6 V
Peraturan op-amp unggul: dengan suap balik negatif, op-amp memacu keluarannya supaya kedua-dua masukannya berada pada voltan yang sama (V₋ = V₊), dan tiada arus mengalir ke dalam mana-mana masukan. Menulis KCL pada masukan songsang dengan dua fakta ini memberikan keluaran.
Gandaan
|Av| = Rf/R1 = 10/2 = 5
Masukan terbesar sebelum terpotong
Vin,max = Vsat/|Av| = 13/5 = 2.6 V
Jawapan
Vin,max = 2.6 V
12.Litar op-amp
Jawapan: Vout = 1.535 V
Peraturan op-amp unggul: dengan suap balik negatif, op-amp memacu keluarannya supaya kedua-dua masukannya berada pada voltan yang sama (V₋ = V₊), dan tiada arus mengalir ke dalam mana-mana masukan. Menulis KCL pada masukan songsang dengan dua fakta ini memberikan keluaran.
Arus masukan
V₋ = 0, jadi setiap perintang masukan mempunyai voltan masukan penuhnya merentasinya.
I1 = V1/R1 = −0.7/2 = −0.35 mA
I2 = V2/R2 = 1.1/47 = 0.0234 mA
If = I1 + I2 = −0.3266 mA
Voltan keluaran
Vout = −Rf·If = −4.7·(−0.3266) = 1.535 V
Jawapan
Vout = 1.535 V
13.Fana RC & RL
Jawapan: W = 58.05 mJ
Fana peringkat pertama: dalam litar dengan satu kapasitor atau satu induktor, setiap voltan dan arus bergerak secara eksponen daripada nilai awalnya kepada nilai akhirnya: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, dengan τ = RC atau τ = L/R. Selepas kira-kira 5τ litar telah mantap.
Pemalar masa dan arus akhir
Lama selepas suis ditutup, induktor berkelakuan seperti litar pintas, jadi arus akhir ditentukan oleh R sahaja.
τ = L/R = 47 mH / 10 Ω = 4.7 ms
i(∞) = Vs/R = 24/10 = 2.4 A
Arus pada masa yang diberi
i(t) = 2.4·(1 − e−5/4.7) = 1.572 A
Tenaga tersimpan
W = ½·L·i² = ½·47·1.572² = 58.05 mJ
Jawapan
W = 58.05 mJ
14.Fana RC & RL
Jawapan: i2 = 0.766 mA
Fana peringkat pertama: dalam litar dengan satu kapasitor atau satu induktor, setiap voltan dan arus bergerak secara eksponen daripada nilai awalnya kepada nilai akhirnya: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, dengan τ = RC atau τ = L/R. Selepas kira-kira 5τ litar telah mantap.
Voltan awal kapasitor
Dalam keadaan mantap kapasitor ialah litar terbuka, maka R₁ dan R₂ membentuk pembahagi voltan. Voltan kapasitor tidak boleh melompat apabila suis dibuka.