Sumber arus dilaraskan sehingga voltan nod pada A ialah VA = 15.5 V. Gunakan analisis nod untuk mencari arus sumber Is (arah seperti yang ditunjukkan).
Cari nilai sumber arus Is (arah seperti yang ditunjukkan) yang menjadikan arus IR3 melalui R3 sama dengan sifar.
V1 = 30 VR1 = 5 ΩR2 = 20 ΩR3 = 20 ΩR4 = 15 Ω
Is = A
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 = 9 mA. Dengan V1 digandakan dan dua yang lain tidak berubah, I = 13 mA. Dengan arah Is diterbalikkan dan dua yang lain tidak berubah, I = 5 mA. Cari arus beban I apabila V2 dimatikan dan V1 dan Is berada pada nilai biasa.
biasa: I = 9 mA2·V1: I = 13 mA−Is: I = 5 mA
I = mA
9.Thévenin & NortonSederhana
Cari voltan Thévenin Vth yang dilihat dari terminal a–b.
V1 = 30 VR1 = 10 ΩR2 = 8 ΩR3 = 8 Ω
Vth = V
10.Thévenin & NortonSukar
Cari arus Norton IN: arus yang mengalir dari a ke b jika terminal dilitar pintaskan.
V1 = 18 VIs = 2 AR1 = 5 ΩR2 = 2 ΩR3 = 6 Ω
IN = A
11.Litar op-ampSederhana
Pilih perintang suap balik Rf yang memberikan penguat tak menyongsang ini gandaan voltan 11.
R1 = 1 kΩAv = 11
Rf = kΩ
12.Litar op-ampSukar
Op-amp adalah unggul dan beroperasi daripada bekalan ±15 V. Nisbah perintang tidak sepadan. Cari voltan keluaran Vout.
Sumber Vₛ mengecas kapasitor melalui R₁, dan R₂ disambung selari dengan C. Kapasitor tidak bercas apabila suis ditutup pada t = 0. Cari voltan kapasitor vC pada t = 120 ms.
Vs = 9 VR1 = 10 kΩR2 = 10 kΩC = 47 µFt = 120 ms
vC = V
14.Fana RC & RLSukar
Sejurus sebelum suis ditutup pada t = 0, kapasitor menyimpan 30 V dengan polariti seperti yang ditunjukkan. Cari voltan kapasitor vC pada t = 150 ms.
Vs = 20 VR = 3.3 kΩC = 100 µFvC(0) = 30 Vt = 150 ms
vC = V
3Larutan
1.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR2 = 0.5294 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 = 20 + 10.91 = 30.91 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 30/30.91 = 0.9706 A
Arus melalui R₂
Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 30 − 0.9706·20 = 10.59 V
IR2 = VA/R2 = 10.59/20 = 0.5294 A
Jawapan
IR2 = 0.5294 A
2.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR2 = 0.7355 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 = 4 + 12 = 16 Ω
R4 ∥ 16 = 2.526 Ω
R3 + 2.526 = 12.53 Ω
R2 ∥ 12.53 = 5.561 Ω
Req = R1 + 5.561 = 2 + 5.561 = 7.561 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 10/7.561 = 1.323 A
Arus melalui R₂
Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 10 − 1.323·2 = 7.355 V
IR2 = VA/R2 = 7.355/10 = 0.7355 A
Jawapan
IR2 = 0.7355 A
3.Analisis nod
Jawapan: VB = 3.426 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 = 6 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/15 + (VA − 6)/4 + (VA − VB)/3 = 0
0.65·VA − 0.3333·VB = 1.5
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/2 + (VB − VA)/3 = 1.5
−0.3333·VA + 0.8333·VB = 1.5
Selesaikan
Δ = (0.65)(0.8333) − (−0.3333)(−0.3333) = 0.4306
VA = Δ1/Δ = 1.75/0.4306 = 4.065 V
VB = Δ2/Δ = 1.475/0.4306 = 3.426 V
Jawapan
VB = 3.426 V
4.Analisis nod
Jawapan: Is = 5.939 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
VA diketahui, maka persamaan ini memberikan VB.
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
(15.5 − 15)/5 + 15.5/12 = (VB − 15.5)/15
1.392 = (VB − 15.5)/15 → VB = 36.38 V
HAK pada nod B
Arus yang meninggalkan B melalui perintang sama dengan arus yang ditolak masuk ke B oleh sumber.
Is = (VB − VA)/R3 + VB/R4 = (36.38 − 15.5)/15 + 36.38/8 = 5.939 A
Jawapan
Is = 5.939 A
5.Analisis mesh
Jawapan: IR3 = 0.9808 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
8·I1 + 4(I1 − I2) = 9
12·I1 − 4·I2 = 9
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 + 4(I2 − I1) = (−6)
−4·I1 + 10·I2 = −6
Selesaikan
Δ = (12)(10) − (−4)(−4) = 104
I1 = Δ1/Δ = 66/104 = 0.6346 A
I2 = Δ2/Δ = −36/104 = −0.3462 A
Jawapan
IR3 = I1 − I2 = 0.9808 A
Arus mesh negatif mengalir melawan arah jam.
6.Analisis mesh
Jawapan: I1 = 0.1472 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
20·I1 + 15(I1 − I2) = 6
35·I1 − 15·I2 = 6
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
30·I2 + 15(I2 − I1) + 10(I2 − I3) = 0
−15·I1 + 55·I2 − 10·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
8·I3 + 10(I3 − I2) = (−9)
−10·I2 + 18·I3 = −9
Selesaikan
Δ = penentu matriks pekali = 27100
I1 = Δ1/Δ = 3990/27100 = 0.1472 A
I2 = Δ2/Δ = −1530/27100 = −0.05646 A
I3 = Δ3/Δ = −14400/27100 = −0.5314 A
Jawapan
I1 = 0.1472 A
Arus mesh negatif mengalir melawan arah jam.
7.Superposisi
Jawapan: Is = 1.6 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.
V₁ menjadi litar pintas, maka R₁ ∥ R₂ tergantung dari A ke bumi. Iₛ berpecah di B antara R₄ dengan laluan R₃ + R₁∥R₂; bahagian melalui R₃ mengalir dari B ke A, bertentangan dengan anak panah.
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 = 9
2·I₁ + I₂ + I₃ = 13
I₁ + I₂ − I₃ = 5
Selesaikan untuk sumbangan
I₁ = 13 − 9 = 4 mA
I₃ = (9 − 5)/2 = 2 mA
I₂ = 9 − 4 − 2 = 3 mA
Matikan V₂
I = I₁ + I₃ = 4 + 2 = 6 mA
Jawapan
I = 6 mA
9.Thévenin & Norton
Jawapan: Vth = 13.33 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 = 10·8/(10+8) = 4.444 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4.444 + 8 = 12.44 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) = 30·8/(10+8) = 13.33 V
10.Thévenin & Norton
Jawapan: IN = 2.692 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 = 5·2/(5+2) = 1.429 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1.429 + 6 = 7.429 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) = 5.143 + 2·1.429 = 8 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 8 + 2·6 = 20 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 = 20/7.429 = 2.692 A
11.Litar op-amp
Jawapan: Rf = 10 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 = (11 − 1)·1 = 10 kΩ
Jawapan
Rf = 10 kΩ
12.Litar op-amp
Jawapan: Vout = −0.5261 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 +
V₊ = V2·R4/(R3 + R4) = 2·1/(22 + 1) = 0.08696 V
Superposisikan kedua-dua masukan
Dengan V₂ = 0, V₁ melihat penguat menyongsang. Dengan V₁ = 0, V₊ dikuatkan oleh gandaan tidak menyongsang 1 + R₂/R₁.
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.
Setara Thévenin yang dilihat kapasitor
Pintaskan sumber untuk mencari Rth; buka kapasitor untuk mencari voltan yang akan dicapainya.
Rth = R1 ∥ R2 = 10·10/(10 + 10) = 5 kΩ
vC(∞) = 9·10/(10 + 10) = 4.5 V
Pemalar masa
τ = Rth·C = 5·47 = 235 ms
Lengkung pengecasan
vC(t) = 4.5·(1 − e−120/235) = 1.799 V
Jawapan
vC = 1.799 V
14.Fana RC & RL
Jawapan: vC = 26.35 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.