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 = 18 mA. Dengan V1 digandakan dan dua yang lain tidak berubah, I = 29.5 mA. Dengan arah Is diterbalikkan dan dua yang lain tidak berubah, I = 10 mA. Cari arus beban I apabila V2 dimatikan dan V1 dan Is berada pada nilai biasa.
biasa: I = 18 mA2·V1: I = 29.5 mA−Is: I = 10 mA
I = mA
9.Thévenin & NortonSederhana
Cari rintangan Thévenin Rth yang dilihat dari terminal a–b.
V1 = 24 VR1 = 2 ΩR2 = 4 ΩR3 = 2 Ω
Rth = Ω
10.Thévenin & NortonSukar
Cari arus Norton IN: arus yang mengalir dari a ke b jika terminal dilitar pintaskan.
V1 = 18 VIs = 6 AR1 = 15 ΩR2 = 15 ΩR3 = 25 Ω
IN = A
11.Litar op-ampSederhana
Op-amp adalah unggul dan beroperasi daripada bekalan ±15 V. Cari voltan keluaran Vout.
Vin = 0.4 VR1 = 1 kΩRf = 1 kΩ
Vout = V
12.Litar op-ampSukar
Penguat penambah menggunakan op-amp unggul dengan bekalan ±15 V. Cari arus If melalui perintang suap balik, yang mengalir ke arah keluaran.
Induktor tidak membawa arus sebelum suis ditutup pada t = 0. Cari voltan vL merentasi induktor pada t = 5 ms.
Vs = 24 VR = 15 ΩL = 33 mHt = 5 ms
vL = V
14.Fana RC & RLSukar
Sejurus sebelum suis ditutup pada t = 0, kapasitor menyimpan 3 V dengan polariti seperti yang ditunjukkan. Cari voltan kapasitor vC pada t = 30 ms.
Vs = 5 VR = 3.3 kΩC = 10 µFvC(0) = 3 Vt = 30 ms
vC = V
3Larutan
1.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR2 = 0.5053 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.
R3 + R4 = 12 + 12 = 24 Ω
R2 ∥ 24 = 20·24/(20+24) = 10.91 Ω
Req = R1 + 10.91 = 15 + 10.91 = 25.91 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 24/25.91 = 0.9263 A
Arus melalui R₂
Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 24 − 0.9263·15 = 10.11 V
IR2 = VA/R2 = 10.11/20 = 0.5053 A
Jawapan
IR2 = 0.5053 A
2.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR2 = 0.162 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 = 30 + 20 = 50 Ω
R4 ∥ 50 = 14.29 Ω
R3 + 14.29 = 39.29 Ω
R2 ∥ 39.29 = 17.01 Ω
Req = R1 + 17.01 = 25 + 17.01 = 42.01 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 12/42.01 = 0.2856 A
Arus melalui R₂
Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 12 − 0.2856·25 = 4.859 V
IR2 = VA/R2 = 4.859/30 = 0.162 A
Jawapan
IR2 = 0.162 A
3.Analisis nod
Jawapan: PIs = 10.97 W
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.
KCL pada nod A
Arus yang meninggalkan A melalui perintang sama dengan arus yang ditolak masuk ke A oleh sumber.
VA/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/4 + (VA − 9)/12 + (VA − VB)/15 = 0
0.4·VA − 0.06667·VB = 0.75
KCL pada nod B
Arus yang meninggalkan B melalui perintang sama dengan arus yang ditolak masuk ke B oleh sumber.
Sumber itu menolak Iₛ ke atas masuk ke nod B, dari bumi (0 V) ke VB. Sumber yang arusnya keluar dari hujung + nya membekalkan P = V·I.
PIs = VB·Is = 7.312·1.5 = 10.97 W
Jawapan
PIs = 10.97 W
4.Analisis nod
Jawapan: IR1 = 0.4609 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.
Sediakan nod
Bumi ialah wayar bawah. Voltan nod yang diketahui datang terus daripada sumber (V1 = 5 V, V2 = 12 V). Yang tidak diketahui: VA, VB.
KCL pada nod A
Arus yang meninggalkan A melalui perintang sama dengan arus yang ditolak masuk ke A oleh sumber.
VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/2 + (VA − 5)/10 + (VA − VB)/15 = 0
0.6667·VA − 0.06667·VB = 0.5
KCL pada nod B
Arus yang meninggalkan B melalui perintang sama dengan arus yang ditolak masuk ke B oleh sumber.
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
2·I1 + 3(I1 − I2) = 12
5·I1 − 3·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
6·I2 + 3(I2 − I1) = (−6)
−3·I1 + 9·I2 = −6
Selesaikan
Δ = (5)(9) − (−3)(−3) = 36
I1 = Δ1/Δ = 90/36 = 2.5 A
I2 = Δ2/Δ = 6/36 = 0.1667 A
Jawapan
IR2 = I2 = 0.1667 A
Arus mesh negatif mengalir melawan arah jam.
6.Analisis mesh
Jawapan: I1 = 3.333 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, 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
3·I1 + 2(I1 − I2) = 18
5·I1 − 2·I2 = 18
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
3·I2 + 2(I2 − I1) + 15(I2 − I3) = 0
−2·I1 + 20·I2 − 15·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
15·I3 + 15(I3 − I2) = (−30)
−15·I2 + 30·I3 = −30
Selesaikan
Δ = penentu matriks pekali = 1755
I1 = Δ1/Δ = 5850/1755 = 3.333 A
I2 = Δ2/Δ = −1170/1755 = −0.6667 A
I3 = Δ3/Δ = −2340/1755 = −1.333 A
Jawapan
I1 = 3.333 A
Arus mesh negatif mengalir melawan arah jam.
7.Superposisi
Jawapan: IR1 = −0.8468 A
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 = 4+12 = 16 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 2·16/(2+16) = 1.778 Ω
VA = 15·1.778/(12+1.778) = 1.935 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 1.935·12/16 = 1.452 V
IR1′ = (VA − V1)/R1 = (1.935 − 15)/12 = −1.089 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 = 12·2/(12+2) = 1.714 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 12 ∥ 5.714 = 3.871 Ω
VB = Is·Req = 2.5·3.871 = 9.677 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 9.677·1.714/5.714 = 2.903 V
IR1″ = (VA − V1)/R1 = (2.903 − 0)/12 = 0.2419 A
Tambah sumbangan
IR1 = IR1′ + IR1″
IR1 = (−1.089) + 0.2419 = −0.8468 A
Hasil negatif bermaksud arus mengalir berlawanan dengan anak panah sebenar.
8.Superposisi
Jawapan: I = 15.5 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 = 18
2·I₁ + I₂ + I₃ = 29.5
I₁ + I₂ − I₃ = 10
Selesaikan untuk sumbangan
I₁ = 29.5 − 18 = 11.5 mA
I₃ = (18 − 10)/2 = 4 mA
I₂ = 18 − 11.5 − 4 = 2.5 mA
Matikan V₂
I = I₁ + I₃ = 11.5 + 4 = 15.5 mA
Jawapan
I = 15.5 mA
9.Thévenin & Norton
Jawapan: Rth = 3.333 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 = 2·4/(2+4) = 1.333 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1.333 + 2 = 3.333 Ω
10.Thévenin & Norton
Jawapan: IN = 6.277 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 = 15·15/(15+15) = 7.5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 7.5 + 25 = 32.5 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) = 9 + 6·7.5 = 54 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 54 + 6·25 = 204 V
Setara Norton
Sumber Norton ialah litar yang sama dilihat sebagai sumber arus selari dengan R_th. Arusnya ialah arus litar pintas pada a–b.
IN = Vth/Rth = 204/32.5 = 6.277 A
11.Litar op-amp
Jawapan: Vout = 0.8 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.
Masukan songsang mengikut masukan
V₋ = V₊ = 0.4 V
I = V₋/R1 = 0.4/1 = 0.4 mA
Voltan keluaran
Arus melalui R₁ juga mengalir melalui Rf.
Vout = V₋ + I·Rf = 0.4 + 0.4·1 = 0.8 V
Jawapan
Vout = 0.8 V
12.Litar op-amp
Jawapan: If = 0.2956 mA
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 = 1.3/4.7 = 0.2766 mA
I2 = V2/R2 = 1.9/100 = 0.019 mA
If = I1 + I2 = 0.2956 mA
Jawapan
If = 0.2956 mA
13.Fana RC & RL
Jawapan: vL = 2.473 V
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 = 33 mH / 15 Ω = 2.2 ms
i(∞) = Vs/R = 24/15 = 1.6 A
Voltan induktor
Pada t = 0 seluruh voltan bekalan muncul merentasi induktor; kemudian ia susut kepada sifar.
vL(t) = Vs·e−t/τ = 24·e−5/2.2 = 2.473 V
Jawapan
vL = 2.473 V
14.Fana RC & RL
Jawapan: vC = 4.194 V
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.
Nilai awal, nilai akhir, pemalar masa
Voltan kapasitor tidak boleh melompat, jadi ia bermula pada nilai yang tersimpan dan menuju ke voltan sumber.