Satu litar perintang linear mengandungi satu sumber voltan Vs dan satu sumber arus Is. Arus I melalui perintang beban diukur dua kali: dengan Vs = 15 V dan Is = 2 mA, I = 4.5 mA; dengan Vs = 10 V dan Is = 5 mA, I = 5.75 mA. Cari arus beban I apabila Vs = 10 V dan Is = 8 mA.
15 V, 2 mA → 4.5 mA10 V, 5 mA → 5.75 mAVs = 10 V, Is = 8 mA
I = mA
8.SuperposisiSukar
Gunakan superposisi untuk mencari voltan VR3 merentasi R3 dengan polariti seperti yang ditunjukkan.
Cari rintangan Thévenin Rth yang dilihat dari terminal a–b.
V1 = 12 VR1 = 3 ΩR2 = 8 ΩR3 = 20 Ω
Rth = Ω
10.Thévenin & NortonSukar
Cari voltan Thévenin Vth yang dilihat dari terminal a–b.
V1 = 6 VIs = 2 AR1 = 15 ΩR2 = 30 ΩR3 = 5 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 V− pada masukan menyongsang.
V1 = 2.3 VV2 = 1.5 VR1 = R3 = 1 kΩR2 = R4 = 2 kΩ
V− = 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.
V1 = −1.8 VV2 = 0.3 VR1 = 10 kΩR2 = 1 kΩRf = 2 kΩ
If = mA
13.Fana RC & RLSederhana
Induktor membawa arus mantap 0.5 A. Pada t = 0 suis menutup gelung melalui R dan sumber dialihkan, maka arus induktor mereput melalui R. Berapa lamakah masa yang diambil untuk arus jatuh kepada 0.125 A? Cari t.
i(0) = 0.5 AR = 33 ΩL = 100 mH
t = ms
14.Fana RC & RLSukar
Sebuah pemasa mula mengecas kapasitor tidak bercas melalui perintang daripada bekalan 15 V pada t = 0. Ia mesti mencetuskan apabila voltan kapasitor mencapai 7.5 V, tepat 250 ms selepas permulaan. Dengan R = 100 kΩ, cari kemuatan C yang diperlukan.
Vs = 15 VVth = 7.5 VT = 250 msR = 100 kΩ
C = µF
3Larutan
1.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR2 = 0.8082 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 = 10 + 15 = 25 Ω
R2 ∥ 25 = 8·25/(8+25) = 6.061 Ω
Req = R1 + 6.061 = 8 + 6.061 = 14.06 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 15/14.06 = 1.067 A
Arus melalui R₂
Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 15 − 1.067·8 = 6.466 V
IR2 = VA/R2 = 6.466/8 = 0.8082 A
Jawapan
IR2 = 0.8082 A
2.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR1 = 1.131 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 = 12 + 3 = 15 Ω
R4 ∥ 15 = 1.765 Ω
R3 + 1.765 = 31.76 Ω
R2 ∥ 31.76 = 7.606 Ω
Req = R1 + 7.606 = 3 + 7.606 = 10.61 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 12/10.61 = 1.131 A
Jawapan
IR1 = 1.131 A
3.Analisis nod
Jawapan: IR3 = 0.09217 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 = 15 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/5 + (VA − 15)/6 + (VA − VB)/12 = 0
0.45·VA − 0.08333·VB = 2.5
KCL pada nod B
Arus yang meninggalkan B melalui perintang sama dengan arus yang ditolak masuk ke B oleh sumber.
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
(7.5 − 10)/3 + 7.5/5 = (VB − 7.5)/10
0.6667 = (VB − 7.5)/10 → VB = 14.17 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 = (14.17 − 7.5)/10 + 14.17/3 = 5.389 A
Jawapan
Is = 5.389 A
5.Analisis mesh
Jawapan: I2 = −0.4706 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
3·I1 + 6(I1 − I2) = 15
9·I1 − 6·I2 = 15
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
15·I2 + 6(I2 − I1) = (−18)
−6·I1 + 21·I2 = −18
Selesaikan
Δ = (9)(21) − (−6)(−6) = 153
I1 = Δ1/Δ = 207/153 = 1.353 A
I2 = Δ2/Δ = −72/153 = −0.4706 A
Jawapan
I2 = −0.4706 A
Arus mesh negatif mengalir melawan arah jam.
6.Analisis mesh
Jawapan: VR1 = 24.13 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) = 30
8·I1 − 2·I2 = 30
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) + 2(I2 − I3) = 0
−2·I1 + 7·I2 − 2·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
30·I3 + 2(I3 − I2) = (−9)
−2·I2 + 32·I3 = −9
Selesaikan
Δ = penentu matriks pekali = 1632
I1 = Δ1/Δ = 6564/1632 = 4.022 A
I2 = Δ2/Δ = 1776/1632 = 1.088 A
I3 = Δ3/Δ = −348/1632 = −0.2132 A
Jawapan
IR1 = I1 = 4.022 A
VR1 = IR1·R1 = 4.022·6 = 24.13 V
Arus mesh negatif mengalir melawan arah jam.
7.Superposisi
Jawapan: I = 8 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
15·k₁ + 2·k₂ = 4.5
10·k₁ + 5·k₂ = 5.75
Selesaikan untuk pemalar
Δ = (15)(5) − (2)(10) = 55
k₁ = Δ1/Δ = 11/55 = 0.2
k₂ = Δ2/Δ = 41.25/55 = 0.75
k₁ = 0.2 mA/V, k₂ = 0.75
Ramalkan arus baharu
I = 0.2·10 + 0.75·8 = 8 mA
Jawapan
I = 8 mA
8.Superposisi
Jawapan: VR3 = −13.41 V
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
V₂ menjadi litar pintas dan Iₛ menjadi litar buka. Dilihat dari A, R₃ selari dengan pasangan bersiri R₂+R₄.
R3 ∥ (R2+R4) = 15 ∥ 16 = 7.742 Ω
VA = 18·7.742/(5+7.742) = 10.94 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 10.94·6/16 = 4.101 V
VR3′ = 0 − VA = 0 − 10.94 = −10.94 V
Kes 2 · Is bertindak sendirian
Kedua-dua sumber voltan menjadi litar pintas. Iₛ berpecah di B antara R₄ (kini ke bumi) dan R₂ bersiri dengan R₁ ∥ R₃.
R1 ∥ R3 = 3.75 Ω, jadi laluan kiri ialah R2+3.75 = 13.75 Ω
Req = R4 ∥ 13.75 = 4.177 Ω
VB = Is·Req = 0.5·4.177 = 2.089 V
VA = VB·3.75/13.75 = 0.5696 V
VR3″ = 0 − VA = 0 − 0.5696 = −0.5696 V
Kes 3 · V2 bertindak sendirian
V₁ menjadi litar pintas dan Iₛ menjadi litar buka. R₁ ∥ R₃ tergantung dari A, bersiri dengan R₂ kembali ke B.
R1 ∥ R3 = 5·15/(5+15) = 3.75 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 10·13.75/19.75 = 6.962 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 6.962·3.75/13.75 = 1.899 V
VR3‴ = 0 − VA = 0 − 1.899 = −1.899 V
Tambah sumbangan
VR3 = VR3′ + VR3″ + VR3‴
VR3 = (−10.94) + (−0.5696) + (−1.899) = −13.41 V
Hasil negatif bermaksud polariti adalah bertentangan dengan yang ditanda sebenar.
9.Thévenin & Norton
Jawapan: Rth = 22.18 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 = 3·8/(3+8) = 2.182 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.182 + 20 = 22.18 Ω
10.Thévenin & Norton
Jawapan: Vth = 34 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 = 15·30/(15+30) = 10 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 10 + 5 = 15 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) = 4 + 2·10 = 24 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 24 + 2·5 = 34 V
11.Litar op-amp
Jawapan: V− = 1 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₊.
V₊ = V2·R4/(R3 + R4) = 1.5·2/(1 + 2) = 1 V
V₋ = V₊
Jawapan
V− = 1 V
12.Litar op-amp
Jawapan: If = 0.12 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 = −1.8/10 = −0.18 mA
I2 = V2/R2 = 0.3/1 = 0.3 mA
If = I1 + I2 = 0.12 mA
Jawapan
If = 0.12 mA
13.Fana RC & RL
Jawapan: t = 4.201 ms
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
τ = L/R = 100 mH / 33 Ω = 3.03 ms
Selesaikan untuk masa
0.125 = 0.5·e−t/τ → t = τ·ln(0.5/0.125)
t = 3.03·ln(4) = 4.201 ms
Jawapan
t = 4.201 ms
14.Fana RC & RL
Jawapan: C = 3.607 µF
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.