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 = 3 mA. Dengan V1 digandakan dan dua yang lain tidak berubah, I = −8.5 mA. Dengan arah Is diterbalikkan dan dua yang lain tidak berubah, I = −17 mA. Cari arus beban I apabila V2 dimatikan dan V1 dan Is berada pada nilai biasa.
biasa: I = 3 mA2·V1: I = −8.5 mA−Is: I = −17 mA
I = mA
9.Thévenin & NortonSederhana
Cari voltan Thévenin Vth yang dilihat dari terminal a–b.
V1 = 15 VR1 = 4 ΩR2 = 12 ΩR3 = 5 Ω
Vth = V
10.Thévenin & NortonSukar
Satu beban RL = 25 Ω disambungkan merentasi a–b. Gantikan bahagian litar yang lain dengan setara Thévenin dan cari arus beban IL.
Pilih perintang suap balik Rf yang memberikan penguat tak menyongsang ini gandaan voltan 4.
R1 = 47 kΩAv = 4
Rf = kΩ
12.Litar op-ampSukar
Dua peringkat op-amp unggul disambung secara lata: penguat menyongsang (R1, Rf1) diikuti penguat tidak menyongsang (R2 ke bumi, Rf2 dalam suapbalik). Kedua-duanya dijalankan daripada bekalan ±15 V. Cari gandaan voltan keseluruhan Av = Vout/Vin.
R1 = 4.7 kΩRf1 = 22 kΩR2 = 22 kΩRf2 = 22 kΩ
Av =
13.Fana RC & RLSederhana
Induktor tidak membawa arus sebelum suis ditutup pada t = 0. Cari arus i pada t = 1 ms.
Vs = 15 VR = 68 ΩL = 33 mHt = 1 ms
i = A
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 = 400 ms.
Vs = 24 VR1 = 3.3 kΩR2 = 6.8 kΩC = 100 µFt = 400 ms
i2 = mA
3Larutan
1.Perintang bersiri & selari
Jawapan: Req = 5.6 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 = 3 + 6 = 9 Ω
R2 ∥ 9 = 6·9/(6+9) = 3.6 Ω
Req = R1 + 3.6 = 2 + 3.6 = 5.6 Ω
Jawapan
Req = 5.6 Ω
2.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR1 = 0.9833 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 = 8 + 25 = 33 Ω
R4 ∥ 33 = 7.674 Ω
R3 + 7.674 = 13.67 Ω
R2 ∥ 13.67 = 4.17 Ω
Req = R1 + 4.17 = 6 + 4.17 = 10.17 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 10/10.17 = 0.9833 A
Jawapan
IR1 = 0.9833 A
3.Analisis nod
Jawapan: IR3 = 0.6892 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 = 24 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/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/10 + (VA − 24)/5 + (VA − VB)/4 = 0
0.55·VA − 0.25·VB = 4.8
KCL pada nod B
Arus yang meninggalkan B melalui perintang sama dengan arus yang ditolak masuk ke B oleh sumber.
VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/5 + (VB − VA)/4 = 1.5
−0.25·VA + 0.45·VB = 1.5
Selesaikan
Δ = (0.55)(0.45) − (−0.25)(−0.25) = 0.185
VA = Δ1/Δ = 2.535/0.185 = 13.7 V
VB = Δ2/Δ = 2.025/0.185 = 10.95 V
Jawapan
IR3 = (VA − VB)/R3 = (13.7 − 10.95)/4 = 0.6892 A
4.Analisis nod
Jawapan: VA = 3.127 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.
Sediakan nod
Bumi ialah wayar bawah. Voltan nod yang diketahui datang terus daripada sumber (V1 = 36 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/8 + (VA − 36)/25 + (VA − VB)/3 = 0
0.4983·VA − 0.3333·VB = 1.44
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
4·I1 + 6(I1 − I2) = 24
10·I1 − 6·I2 = 24
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
2·I2 + 6(I2 − I1) = (−15)
−6·I1 + 8·I2 = −15
Selesaikan
Δ = (10)(8) − (−6)(−6) = 44
I1 = Δ1/Δ = 102/44 = 2.318 A
I2 = Δ2/Δ = −6/44 = −0.1364 A
Jawapan
I2 = −0.1364 A
Arus mesh negatif mengalir melawan arah jam.
6.Analisis mesh
Jawapan: I1 = 0.5784 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
15·I1 + 4(I1 − I2) = 12
19·I1 − 4·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
8·I2 + 4(I2 − I1) + 15(I2 − I3) = 0
−4·I1 + 27·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
6·I3 + 15(I3 − I2) = (−9)
−15·I2 + 21·I3 = −9
Selesaikan
Δ = penentu matriks pekali = 6162
I1 = Δ1/Δ = 3564/6162 = 0.5784 A
I2 = Δ2/Δ = −1557/6162 = −0.2527 A
I3 = Δ3/Δ = −3753/6162 = −0.6091 A
Jawapan
I1 = 0.5784 A
Arus mesh negatif mengalir melawan arah jam.
7.Superposisi
Jawapan: PR3 = 3.009 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 = 8+10 = 18 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 8·18/(8+18) = 5.538 Ω
VA = 12·5.538/(6+5.538) = 5.76 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 5.76·10/18 = 3.2 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (5.76 − 3.2)/8 = 0.32 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 = 6·8/(6+8) = 3.429 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 10 ∥ 11.43 = 5.333 Ω
VB = Is·Req = 2·5.333 = 10.67 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 10.67·3.429/11.43 = 3.2 V
IR3″ = (VA − VB)/R3 = (3.2 − 10.67)/8 = −0.9333 A
Tambah sumbangan arus
IR3 = IR3′ + IR3″ = 0.32 + (−0.9333) = −0.6133 A
Kuasa dalam perintang
Kuasa bergantung pada kuasa dua arus, maka ia tidak mematuhi superposisi: tambah arus dahulu, kemudian kuasa duakan.
PR3 = IR3²·R3 = (−0.6133)²·8 = 3.009 W
Jawapan
PR3 = 3.009 W
Menambah kuasa bagi kes-kes yang berasingan akan memberikan 7.788 W, yang salah.
8.Superposisi
Jawapan: I = −1.5 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 = 3
2·I₁ + I₂ + I₃ = −8.5
I₁ + I₂ − I₃ = −17
Selesaikan untuk sumbangan
I₁ = −8.5 − 3 = −11.5 mA
I₃ = (3 − (−17))/2 = 10 mA
I₂ = 3 − (−11.5) − 10 = 4.5 mA
Matikan V₂
I = I₁ + I₃ = (−11.5) + 10 = −1.5 mA
Jawapan
I = −1.5 mA
9.Thévenin & Norton
Jawapan: Vth = 11.25 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 = 4·12/(4+12) = 3 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3 + 5 = 8 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) = 15·12/(4+12) = 11.25 V
10.Thévenin & Norton
Jawapan: IL = 2.743 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 = 3·10/(3+10) = 2.308 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.308 + 25 = 27.31 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) = 6.923 + 5·2.308 = 18.46 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 18.46 + 5·25 = 143.5 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) = 143.5/(27.31 + 25) = 2.743 A
11.Litar op-amp
Jawapan: Rf = 141 kΩ
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 penguat tak menyongsang
V₋ = V₊ = Vin, dan arus melalui R₁ juga mengalir melalui Rf, jadi Vout = Vin·(1 + Rf/R₁).
Av = 1 + Rf/R1
Rf = (4 − 1)·47 = 141 kΩ
Jawapan
Rf = 141 kΩ
12.Litar op-amp
Jawapan: Av = −9.362
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 setiap peringkat
A1 = −Rf1/R1 = −22/4.7 = −4.681
A2 = 1 + Rf2/R2 = 1 + 22/22 = 2
Gandaan keseluruhan
Av = A1·A2 = −4.681·2 = −9.362
Jawapan
Av = −9.362
13.Fana RC & RL
Jawapan: i = 0.1925 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.
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.