Sumber voltan Vₛ antara A dan B mempunyai terminal + pada A, maka ia menjadikan VA − VB = Vₛ. Gunakan analisis nod dengan supernod untuk mencari arus Ix melalui sumber voltan, dari A ke B seperti yang ditunjukkan oleh anak panah.
Satu litar perintang linear mengandungi satu sumber voltan Vs dan satu sumber arus Is. Arus I melalui perintang beban diukur dua kali: dengan Vs = 2 V dan Is = 6 mA, I = 3.4 mA; dengan Vs = 10 V dan Is = 2 mA, I = 5.8 mA. Cari arus beban I apabila Vs = 6 V dan Is = 4 mA.
2 V, 6 mA → 3.4 mA10 V, 2 mA → 5.8 mAVs = 6 V, Is = 4 mA
I = mA
8.SuperposisiSukar
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 = 2 mA. Dengan V1 digandakan dan dua yang lain tidak berubah, I = 5 mA. Dengan arah Is diterbalikkan dan dua yang lain tidak berubah, I = −13 mA. Cari arus beban I apabila V2 dimatikan dan V1 dan Is berada pada nilai biasa.
biasa: I = 2 mA2·V1: I = 5 mA−Is: I = −13 mA
I = mA
9.Thévenin & NortonSederhana
Cari arus Norton IN: arus yang mengalir dari a ke b jika terminal dilitar pintaskan.
V1 = 18 VR1 = 6 ΩR2 = 20 ΩR3 = 2 Ω
IN = A
10.Thévenin & NortonSukar
Cari voltan Thévenin Vth yang dilihat dari terminal a–b.
V1 = 10 VIs = 6 AR1 = 25 ΩR2 = 3 ΩR3 = 4 Ω
Vth = V
11.Litar op-ampSederhana
Penguat pembeza menggunakan op-amp unggul dengan bekalan ±15 V, dengan R3 = R1 dan R4 = R2. Cari voltan keluaran Vout.
V1 = 1.9 VV2 = 1.8 VR1 = R3 = 1 kΩR2 = R4 = 22 kΩ
Vout = 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 arus i pada t = 1 ms.
Vs = 9 VR = 50 ΩL = 10 mHt = 1 ms
i = A
14.Fana RC & RLSukar
Sejurus sebelum suis ditutup pada t = 0, kapasitor menyimpan 18 V dengan polariti seperti yang ditunjukkan. Berapa lama masa yang diambil untuk vC mencapai 13.8 V? Cari t.
Vs = 12 VR = 6.8 kΩC = 22 µFvC(0) = 18 V
t = ms
3Larutan
1.Perintang bersiri & selari
Jawapan: Req = 21.46 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 = 12 + 2 = 14 Ω
R2 ∥ 14 = 12·14/(12+14) = 6.462 Ω
Req = R1 + 6.462 = 15 + 6.462 = 21.46 Ω
Jawapan
Req = 21.46 Ω
2.Perintang bersiri & selari
Jawapan: Req = 12.23 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.
R5 + R6 = 2 + 25 = 27 Ω
R4 ∥ 27 = 6.171 Ω
R3 + 6.171 = 26.17 Ω
R2 ∥ 26.17 = 8.228 Ω
Req = R1 + 8.228 = 4 + 8.228 = 12.23 Ω
Jawapan
Req = 12.23 Ω
3.Analisis nod
Jawapan: PIs = 72.33 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/6 + (VA − 12)/5 + (VA − VB)/15 = 0
0.4333·VA − 0.06667·VB = 2.4
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 = 24.11·3 = 72.33 W
Jawapan
PIs = 72.33 W
4.Analisis nod
Jawapan: Ix = −0.7297 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.
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 − 5
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + VB/R3 = Is
Selesaikan
(VA − 15)/25 + VA/5 + (VA − 5)/2 = 1
VA·(1/25 + 1/5 + 1/2) = 1 + 15/25 + 5/2 = 4.1
VA = 4.1/0.74 = 5.541 V
VB = 0.5405 V
Arus melalui sumber voltan
HAK pada nod A sahaja: arus yang tiba melalui R₁ meninggalkan melalui R₂ dan melalui sumber voltan.
IR1 = (15 − 5.541)/25 = 0.3784 A
Ix = IR1 − VA/R2 = 0.3784 − 5.541/5 = −0.7297 A
Jawapan
Ix = −0.7297 A
Hasil negatif bermaksud arus sebenar mengalir bertentangan dengan anak panah.
5.Analisis mesh
Jawapan: VR1 = 1.25 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. 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
15·I1 + 12(I1 − I2) = 6
27·I1 − 12·I2 = 6
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
4·I2 + 12(I2 − I1) = (−6)
−12·I1 + 16·I2 = −6
Selesaikan
Δ = (27)(16) − (−12)(−12) = 288
I1 = Δ1/Δ = 24/288 = 0.08333 A
I2 = Δ2/Δ = −90/288 = −0.3125 A
Jawapan
IR1 = I1 = 0.08333 A
VR1 = IR1·R1 = 0.08333·15 = 1.25 V
Arus mesh negatif mengalir melawan arah jam.
6.Analisis mesh
Jawapan: I3 = −1.114 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
8·I1 + 5(I1 − I2) = 12
13·I1 − 5·I2 = 12
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
5·I2 + 5(I2 − I1) + 8(I2 − I3) = 0
−5·I1 + 18·I2 − 8·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
2·I3 + 8(I3 − I2) = (−9)
−8·I2 + 10·I3 = −9
Selesaikan
Δ = penentu matriks pekali = 1258
I1 = Δ1/Δ = 1032/1258 = 0.8203 A
I2 = Δ2/Δ = −336/1258 = −0.2671 A
I3 = Δ3/Δ = −1401/1258 = −1.114 A
Jawapan
I3 = −1.114 A
Arus mesh negatif mengalir melawan arah jam.
7.Superposisi
Jawapan: I = 4.6 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 sambutan sebagai hasil tambah sumbangan
Setiap sumbangan berkadar dengan sumbernya sendiri, dengan pemalar yang hanya bergantung pada perintang.
I = k₁·Vs + k₂·Is
2·k₁ + 6·k₂ = 3.4
10·k₁ + 2·k₂ = 5.8
Selesaikan untuk pemalar
Δ = (2)(2) − (6)(10) = −56
k₁ = Δ1/Δ = −28/−56 = 0.5
k₂ = Δ2/Δ = −22.4/−56 = 0.4
k₁ = 0.5 mA/V, k₂ = 0.4
Ramalkan arus baharu
I = 0.5·6 + 0.4·4 = 4.6 mA
Jawapan
I = 4.6 mA
8.Superposisi
Jawapan: I = 10.5 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 = 2
2·I₁ + I₂ + I₃ = 5
I₁ + I₂ − I₃ = −13
Selesaikan untuk sumbangan
I₁ = 5 − 2 = 3 mA
I₃ = (2 − (−13))/2 = 7.5 mA
I₂ = 2 − 3 − 7.5 = −8.5 mA
Matikan V₂
I = I₁ + I₃ = 3 + 7.5 = 10.5 mA
Jawapan
I = 10.5 mA
9.Thévenin & Norton
Jawapan: IN = 2.093 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 = 6·20/(6+20) = 4.615 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4.615 + 2 = 6.615 Ω
Cari Vth, voltan litar buka
Dengan a–b terbuka, tiada arus mengalir melalui R₃, jadi tiada susutan merentasinya dan V_b = V_A. R₁ dan R₂ membentuk pembahagi voltan.
Vth = V1·R2/(R1+R2) = 18·20/(6+20) = 13.85 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 = 13.85/6.615 = 2.093 A
10.Thévenin & Norton
Jawapan: Vth = 41.14 V
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 = 25·3/(25+3) = 2.679 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.679 + 4 = 6.679 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) = 1.071 + 6·2.679 = 17.14 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 17.14 + 6·4 = 41.14 V
11.Litar op-amp
Jawapan: Vout = −2.2 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.
Voltan pada masukan
R₃ dan R₄ membawa arus yang sama, maka ia membentuk pembahagi voltan; suapbalik menjadikan V₋ = 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 = −1.6/4.7 = −0.3404 mA
I2 = V2/R2 = −1.2/47 = −0.02553 mA
If = I1 + I2 = −0.366 mA
Voltan keluaran
Vout = −Rf·If = −2·(−0.366) = 0.7319 V
Jawapan
Vout = 0.7319 V
13.Fana RC & RL
Jawapan: i = 0.1788 A
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.
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.