Teoria obwodów 1: zestaw na powtórkę

Wzory, najważniejsze kroki metod dla każdego tematu i 14 zadań do ćwiczenia, z pełnymi rozwiązaniami na końcu.

Nowe zadaniaWróć do przedmiotu

W oknie drukowania wybierz „Zapisz jako PDF”, aby zachować kopię na swoim urządzeniu.

1Wzory i metody

Rezystory szeregowo i równolegle

Rezystory połączone szeregowo
Req = R1 + R2 + …
Rezystory połączone równolegle
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
Dwa równolegle
Req = R1R2 / (R1 + R2)
Prawo Ohma
V = I·R
Moc
P = V·I = I²R = V²/R

Metoda

  1. Zacznij od końca sieci najdalszego od zacisków.
  2. Rezystory szeregowe łącz, dodając je, a równoległe ze wzoru 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
  3. Po każdym kroku narysuj obwód od nowa.
  4. Powtarzaj, aż między zaciskami zostanie jeden rezystor.

Metoda potencjałów węzłowych

Prądowe prawo Kirchhoffa
ΣIin = ΣIout
Prąd gałęzi
I = (Va − Vb)/R
Węzeł odniesienia
Vground = 0

Metoda

  1. Wybierz węzeł odniesienia (masę) i oznacz potencjały pozostałych węzłów.
  2. Napisz prądowe prawo Kirchhoffa dla każdego nieznanego węzła: prądy wypływające przez każdą gałąź są równe prądom wpływającym.
  3. Wyraź każdy prąd gałęziowy jako (Va − Vb)/R.
  4. Rozwiąż układ równań, a potem wyznacz potrzebne prądy.

Metoda prądów oczkowych

Napięciowe prawo Kirchhoffa
ΣV = 0 w każdym oczku
Rezystor wspólny
prąd = I1 − I2
Źródło prądu w oczku
wyznacza prąd tego oczka

Metoda

  1. Narysuj prąd płynący zgodnie z ruchem wskazówek zegara w każdym oczku (okienku) obwodu.
  2. Zastosuj napięciowe prawo Kirchhoffa w każdym oczku: suma spadków napięć jest równa zeru.
  3. W rezystorze wspólnym dla dwóch oczek prąd jest różnicą dwóch prądów oczkowych.
  4. Rozwiąż równania; wynik ujemny oznacza, że prąd płynie w przeciwną stronę.

Superpozycja

Superpozycja
x = x1 + x2 + … (one source at a time)
Wyłączone źródło napięcia
zwarcie (0 V)
Wyłączone źródło prądu
rozwarcie (0 A)
Dzielnik napięcia
V2 = V·R2/(R1 + R2)
Dzielnik prądu
I1 = I·R2/(R1 + R2)

Metoda

  1. Policz niezależne źródła. Dla każdego źródła rozwiążesz jeden prostszy obwód.
  2. Zostaw jedno źródło, a pozostałe wyłącz: źródło napięciowe staje się zwarciem (przewodem), źródło prądowe staje się rozwarciem (przerwą).
  3. Rozwiąż prostszy obwód dla potrzebnego napięcia lub prądu, pilnując jego kierunku.
  4. Powtórz dla każdego źródła, a potem dodaj składowe z ich znakami.

Thévenin i Norton

Napięcie Thévenina
Vth = Vopen circuit
Rezystancja Thévenina
Rth: wszystkie źródła wyłączone, widziana z a–b
Prąd Nortona
IN = Vth/Rth
Prąd obciążenia
IL = Vth/(Rth + RL)
Maksymalne przekazywanie mocy
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

Metoda

  1. Odłącz obciążenie i oznacz dwa zaciski a i b.
  2. Wyznacz napięcie stanu jałowego między a i b: to jest Vth.
  3. Wyłącz wszystkie niezależne źródła i wyznacz rezystancję widzianą z a–b: to jest Rth.
  4. Podłącz obciążenie z powrotem do obwodu zastępczego: Vth szeregowo z Rth.
  5. Dla obwodu zastępczego Nortona przelicz: IN = Vth/Rth, z RN = Rth równolegle.

Układy ze wzmacniaczami operacyjnymi

Wzmacniacz odwracający
Vout = −(Rf/Rin)·Vin
Wzmacniacz nieodwracający
Vout = (1 + Rf/R1)·Vin
Wzmacniacz sumujący
Vout = −Rf(V1/R1 + V2/R2)
Idealny wzmacniacz operacyjny
V+ = V−, Iin = 0

Stany nieustalone RC i RL

Stała czasowa
τ = RC | τ = L/R
Odpowiedź układu
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
Kondensator przy prądzie stałym
rozwarcie; vC nie może zmienić się skokowo
Cewka przy prądzie stałym
zwarcie; iL nie może zmienić się skokowo
Stan ustalony
t ≈ 5τ

Metoda

  1. Wyznacz wartość początkową tuż po przełączeniu: napięcie na kondensatorze i prąd cewki nie mogą zmienić się skokowo.
  2. Wyznacz wartość końcową długo po przełączeniu: kondensator zachowuje się jak rozwarcie, a cewka jak zwarcie.
  3. Wyznacz stałą czasową: τ = RC lub τ = L/R, z rezystancją widzianą przez kondensator lub cewkę.
  4. Użyj x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ.

2Zadania do ćwiczenia

1.Rezystory szeregowo i równolegleŚredni
R1​ = 12 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​30 VR2​10 ΩIR2​AR4​8 ΩB

Wyznacz prąd IR2 płynący przez R2.

V1 = 30 VR1 = 12 ΩR2 = 10 ΩR3 = 3 ΩR4 = 8 Ω
IR2 = A
2.Rezystory szeregowo i równolegleTrudny
R1​ = 2 ΩIR1​R3​ = 6 ΩR5​ = 5 Ω+−V1​15 VR2​4 ΩAR4​6 ΩBR6​30 Ω

Wyznacz prąd IR1 dostarczany przez źródło, płynący przez R1.

V1 = 15 VR1 = 2 ΩR2 = 4 ΩR3 = 6 ΩR4 = 6 ΩR5 = 5 ΩR6 = 30 Ω
IR1 = A
3.Metoda potencjałów węzłowychŚredni
R1​ = 20 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​30 VR2​15 ΩAR4​15 ΩBIs​1 A

Użyj metody potencjałów węzłowych, aby wyznaczyć potencjał węzła VA (mierzony względem masy).

V1 = 30 VIs = 1 AR1 = 20 ΩR2 = 15 ΩR3 = 15 ΩR4 = 15 Ω
VA = V
4.Metoda potencjałów węzłowychTrudny
R1​ = 25 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​6 VR2​12 ΩAR4​10 ΩBIs​?

Źródło prądu jest regulowane, aż potencjał węzła A osiągnie VA = 2,5 V. Użyj metody potencjałów węzłowych, aby wyznaczyć prąd źródła Is (kierunek jak na rysunku).

V1 = 6 VR1 = 25 ΩR2 = 12 ΩR3 = 10 ΩR4 = 10 ΩVA = 2,5 V
Is = A
5.Metoda prądów oczkowychŚredni
R1​ = 3 ΩIR1​R2​ = 5 Ω+−V1​30 VR3​20 ΩA+−V2​30 VI1​I2​

Użyj metody prądów oczkowych, aby wyznaczyć prąd IR1 płynący przez R1 w kierunku strzałki.

V1 = 30 VV2 = 30 VR1 = 3 ΩR2 = 5 ΩR3 = 20 Ω
IR1 = A
6.Metoda prądów oczkowychTrudny
R1​ = 4 ΩR2​ = 3 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​12 VR4​6 ΩAR5​3 ΩIR5​B+−V2​18 VI1​I2​I3​

Użyj metody prądów oczkowych, aby wyznaczyć prąd IR5 płynący przez R5 w kierunku strzałki.

V1 = 12 VV2 = 18 VR1 = 4 ΩR2 = 3 ΩR3 = 12 ΩR4 = 6 ΩR5 = 3 Ω
IR5 = A
7.SuperpozycjaŚredni
obwód liniowyVs​Is​IRL​

Liniowy obwód rezystancyjny zawiera jedno źródło napięcia Vs i jedno źródło prądu Is. Prąd I przez rezystor obciążenia zmierzono dwukrotnie: przy Vs = 12 V i Is = 5 mA I = 18,5 mA; przy Vs = 6 V i Is = 8 mA I = 9,8 mA. Wyznacz prąd obciążenia I, gdy Vs = 10 V i Is = 6 mA.

12 V, 5 mA → 18,5 mA6 V, 8 mA → 9,8 mAVs = 10 V, Is = 6 mA
I = mA
8.SuperpozycjaTrudny
obwód liniowyV1​V2​Is​IRL​

Liniowy obwód rezystancyjny zawiera trzy niezależne źródła: V1, V2 i Is. Prąd I przez obciążenie zmierzono trzy razy. Przy wszystkich źródłach o wartościach normalnych I = 3,5 mA. Po podwojeniu V1 przy niezmienionych pozostałych dwóch I = 10,5 mA. Po odwróceniu kierunku Is przy niezmienionych pozostałych dwóch I = 23,5 mA. Wyznacz prąd obciążenia I, gdy V2 jest wyłączone, a V1 i Is mają wartości normalne.

wartości normalne: I = 3,5 mA2·V1: I = 10,5 mA−Is: I = 23,5 mA
I = mA
9.Thévenin i NortonŚredni
R1​ = 3 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​15 VR2​6 ΩAab

Wyznacz rezystancję Thévenina Rth widzianą z zacisków a–b.

V1 = 15 VR1 = 3 ΩR2 = 6 ΩR3 = 4 Ω
Rth = Ω
10.Thévenin i NortonTrudny
R1​ = 4 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​18 VR2​15 ΩAIs​4 ABab

Wyznacz napięcie Thévenina Vth widziane z zacisków a–b.

V1 = 18 VIs = 4 AR1 = 4 ΩR2 = 15 ΩR3 = 4 Ω
Vth = V
11.Układy ze wzmacniaczami operacyjnymiŚredni
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 1 kΩVin​

Dobierz rezystor sprzężenia zwrotnego Rf, który da temu wzmacniaczowi nieodwracającemu wzmocnienie napięciowe 51.

R1 = 1 kΩAv = 51
Rf = kΩ
12.Układy ze wzmacniaczami operacyjnymiTrudny
−+Vout​C = 4,7 µFVin​ = 1,3 VR = 10 kΩ

Układ całkujący wykorzystuje idealny wzmacniacz operacyjny zasilany napięciem ±15 V; jego wyjście nasyca się przy ±13 V. Kondensator jest rozładowany, gdy w t = 0 zostaje przyłożone stałe napięcie wejściowe Vin = 1,3 V. Po jakim czasie od t = 0 wyjście osiągnie nasycenie? Wyznacz t.

Vin = 1,3 VR = 10 kΩC = 4,7 µFVsat = ±13 V
t = ms
13.Stany nieustalone RC i RLŚredni
R = 10 Ωt = 0L10 mHi(t)

Przez cewkę płynie ustalony prąd 2,5 A. W t = 0 łącznik zamyka obwód przez R, a źródło zostaje odłączone, więc prąd cewki zanika przez R. Wyznacz prąd i w chwili t = 1 ms.

i(0) = 2,5 AR = 10 ΩL = 10 mHt = 1 ms
i = A
14.Stany nieustalone RC i RLTrudny
+−Vs​15 Vt = 0R = 1 kΩC?+−vC​

W t = 0 układ czasowy zaczyna ładować nienaładowany kondensator przez rezystor ze źródła 15 V. Ma zadziałać, gdy napięcie kondensatora osiągnie 9,48 V, dokładnie 200 ms po starcie. Przy R = 1 kΩ wyznacz potrzebną pojemność C.

Vs = 15 VVth = 9,48 VT = 200 msR = 1 kΩ
C = µF

3Roztwory

1.Rezystory szeregowo i równolegle

Odpowiedź: IR2 = 0,9116 A

Połączenia szeregowe i równoległe: szeregowo przez każdy rezystor płynie ten sam prąd i R = R₁ + R₂ + …. Równolegle każdy rezystor ma to samo napięcie i 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Sieć drabinkową upraszcza się parami, aż zostanie jedna rezystancja zastępcza.

R1​ = 12 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​30 VR2​10 ΩAR4​8 ΩB

Łącz rezystory od najdalszego końca

Zacznij od końca najdalszego od źródła i idź w jego stronę. Rezystory z tym samym prądem są połączone szeregowo; rezystory między tymi samymi dwoma węzłami są połączone równolegle.

R3 + R4 = 3 + 8 = 11 Ω
R2 ∥ 11 = 10·11/(10+11) = 5,238 Ω
Req = R1 + 5,238 = 12 + 5,238 = 17,24 Ω

Prąd ze źródła

Źródło widzi tylko Req, więc prawo Ohma daje prąd, który dostarcza. Ten prąd płynie przez R₁.

IR1 = V1/Req = 30/17,24 = 1,74 A

Prąd przez R₂

Odejmij spadek na R₁, aby dostać potencjał węzła A, czyli napięcie na R₂.

VA = V1 − IR1·R1 = 30 − 1,74·12 = 9,116 V
IR2 = VA/R2 = 9,116/10 = 0,9116 A

Odpowiedź

IR2 = 0,9116 A
2.Rezystory szeregowo i równolegle

Odpowiedź: IR1 = 3,035 A

Połączenia szeregowe i równoległe: szeregowo przez każdy rezystor płynie ten sam prąd i R = R₁ + R₂ + …. Równolegle każdy rezystor ma to samo napięcie i 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Sieć drabinkową upraszcza się parami, aż zostanie jedna rezystancja zastępcza.

R1​ = 2 ΩR3​ = 6 ΩR5​ = 5 Ω+−V1​15 VR2​4 ΩAR4​6 ΩBR6​30 Ω

Łącz rezystory od najdalszego końca

Zacznij od końca najdalszego od źródła i idź w jego stronę. Rezystory z tym samym prądem są połączone szeregowo; rezystory między tymi samymi dwoma węzłami są połączone równolegle.

R5 + R6 = 5 + 30 = 35 Ω
R4 ∥ 35 = 5,122 Ω
R3 + 5,122 = 11,12 Ω
R2 ∥ 11,12 = 2,942 Ω
Req = R1 + 2,942 = 2 + 2,942 = 4,942 Ω

Prąd ze źródła

Źródło widzi tylko Req, więc prawo Ohma daje prąd, który dostarcza. Ten prąd płynie przez R₁.

IR1 = V1/Req = 15/4,942 = 3,035 A

Odpowiedź

IR1 = 3,035 A
3.Metoda potencjałów węzłowych

Odpowiedź: VA = 13,33 V

Metoda potencjałów węzłowych: wybierz węzeł odniesienia, oznacz nieznane potencjały węzłów, zapisz prądowe prawo Kirchhoffa w każdym nieznanym węźle z prawa Ohma (I = ΔV/R) i rozwiąż równania.

R1​ = 20 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​30 VR2​15 ΩAR4​15 ΩBIs​1 A

Ustal węzły

Masa to dolny przewód. Znane potencjały węzłów wynikają bezpośrednio ze źródeł (V1 = 30 V). Niewiadome: VA, VB.

PPK w węźle A

Prądy wypływające z A przez rezystory są równe prądowi wpływającemu do A ze źródeł.

VA/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/15 + (VA − 30)/20 + (VA − VB)/15 = 0
0,1833·VA − 0,06667·VB = 1,5

PPK w węźle B

Prądy wypływające z B przez rezystory są równe prądowi wpływającemu do B ze źródeł.

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/15 + (VB − VA)/15 = 1
−0,06667·VA + 0,1333·VB = 1

Rozwiąż

Δ = (0,1833)(0,1333) − (−0,06667)(−0,06667) = 0,02
VA = Δ1/Δ = 0,2667/0,02 = 13,33 V
VB = Δ2/Δ = 0,2833/0,02 = 14,17 V

Odpowiedź

VA = 13,33 V
4.Metoda potencjałów węzłowych

Odpowiedź: Is = 0,3867 A

Metoda potencjałów węzłowych: wybierz węzeł odniesienia, oznacz nieznane potencjały węzłów, zapisz prądowe prawo Kirchhoffa w każdym nieznanym węźle z prawa Ohma (I = ΔV/R) i rozwiąż równania.

PPK w węźle A

VA jest znane, więc to równanie daje VB.

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
(2,5 − 6)/25 + 2,5/12 = (VB − 2,5)/10
0,06833 = (VB − 2,5)/10 → VB = 3,183 V

PPK w węźle B

Prądy wypływające z B przez rezystory są równe prądowi wpychanemu do B przez źródła.

Is = (VB − VA)/R3 + VB/R4 = (3,183 − 2,5)/10 + 3,183/10 = 0,3867 A

Odpowiedź

Is = 0,3867 A
5.Metoda prądów oczkowych

Odpowiedź: IR1 = 0,8571 A

Metoda prądów oczkowych: każdemu oknu obwodu płaskiego przypisz własny prąd oczkowy, zapisz napięciowe prawo Kirchhoffa dla każdego oczka (suma spadków = suma wzrostów) i rozwiąż. Prądy gałęzi to prąd oczkowy lub różnica dwóch prądów oczkowych we wspólnej gałęzi.

R1​ = 3 ΩR2​ = 5 Ω+−V1​30 VR3​20 ΩA+−V2​30 VI1​I2​

Przypisz prądy oczkowe

Narysuj w każdym oknie prąd zgodny z ruchem wskazówek zegara: I1, I2. Rezystor wspólny dla dwóch oczek przewodzi różnicę ich prądów.

NPK w oczku 1

Idąc zgodnie z ruchem wskazówek zegara, spadki napięć na rezystorach równają się wzrostom napięć źródeł (od − do + w kierunku obiegu).

R1·I1 + R3(I1 − I2) = V1
3·I1 + 20(I1 − I2) = 30
23·I1 − 20·I2 = 30

NPK w oczku 2

Idąc zgodnie z ruchem wskazówek zegara, spadki napięć na rezystorach równają się wzrostom napięć źródeł (od − do + w kierunku obiegu).

R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
5·I2 + 20(I2 − I1) = (−30)
−20·I1 + 25·I2 = −30

Rozwiąż

Δ = (23)(25) − (−20)(−20) = 175
I1 = Δ1/Δ = 150/175 = 0,8571 A
I2 = Δ2/Δ = −90/175 = −0,5143 A

Odpowiedź

IR1 = I1 = 0,8571 A

Ujemny prąd oczkowy płynie przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.

6.Metoda prądów oczkowych

Odpowiedź: IR5 = 1,569 A

Metoda prądów oczkowych: każdemu oknu obwodu płaskiego przypisz własny prąd oczkowy, zapisz napięciowe prawo Kirchhoffa dla każdego oczka (suma spadków = suma wzrostów) i rozwiąż. Prądy gałęzi to prąd oczkowy lub różnica dwóch prądów oczkowych we wspólnej gałęzi.

R1​ = 4 ΩR2​ = 3 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​12 VR4​6 ΩAR5​3 ΩB+−V2​18 VI1​I2​I3​

Przypisz prądy oczkowe

Narysuj w każdym oknie prąd zgodny z ruchem wskazówek zegara: I1, I2, I3. Rezystor wspólny dla dwóch oczek przewodzi różnicę ich prądów.

NPK w oczku 1

Idąc zgodnie z ruchem wskazówek zegara, spadki napięć na rezystorach równają się wzrostom napięć źródeł (od − do + w kierunku obiegu).

R1·I1 + R4(I1 − I2) = V1
4·I1 + 6(I1 − I2) = 12
10·I1 − 6·I2 = 12

NPK w oczku 2

Idąc zgodnie z ruchem wskazówek zegara, spadki napięć na rezystorach równają się wzrostom napięć źródeł (od − do + w kierunku obiegu).

R2·I2 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
3·I2 + 6(I2 − I1) + 3(I2 − I3) = 0
−6·I1 + 12·I2 − 3·I3 = 0

NPK w oczku 3

Idąc zgodnie z ruchem wskazówek zegara, spadki napięć na rezystorach równają się wzrostom napięć źródeł (od − do + w kierunku obiegu).

R3·I3 + R5(I3 − I2) = −V2
12·I3 + 3(I3 − I2) = (−18)
−3·I2 + 15·I3 = −18

Rozwiąż

Δ = wyznacznik macierzy współczynników = 1170
I1 = Δ1/Δ = 1728/1170 = 1,477 A
I2 = Δ2/Δ = 540/1170 = 0,4615 A
I3 = Δ3/Δ = −1296/1170 = −1,108 A

Odpowiedź

IR5 = I2 − I3 = 1,569 A

Ujemny prąd oczkowy płynie przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.

7.Superpozycja

Odpowiedź: I = 15,6 mA

Superpozycja: w obwodzie liniowym każde napięcie i każdy prąd to suma odpowiedzi na każde niezależne źródło działające osobno. Aby wyłączyć źródło, zastąp idealne źródło napięcia zwarciem, a idealne źródło prądu rozwarciem. Rezystory zostają na miejscu.

Zapisz odpowiedź jako sumę wkładów

Każdy wkład jest proporcjonalny do własnego źródła, ze stałą zależną tylko od rezystorów.

I = k₁·Vs + k₂·Is
12·k₁ + 5·k₂ = 18,5
6·k₁ + 8·k₂ = 9,8

Wyznacz stałe

Δ = (12)(8) − (5)(6) = 66
k₁ = Δ1/Δ = 99/66 = 1,5
k₂ = Δ2/Δ = 6,6/66 = 0,1
k₁ = 1,5 mA/V, k₂ = 0,1

Przewidź nowy prąd

I = 1,5·10 + 0,1·6 = 15,6 mA

Odpowiedź

I = 15,6 mA
8.Superpozycja

Odpowiedź: I = −3 mA

Superpozycja: w obwodzie liniowym każde napięcie i każdy prąd to suma odpowiedzi na każde niezależne źródło działające osobno. Aby wyłączyć źródło, zastąp idealne źródło napięcia zwarciem, a idealne źródło prądu rozwarciem. Rezystory zostają na miejscu.

Zapisz pomiary za pomocą wkładów

Każdy wkład jest proporcjonalny do własnego źródła.

I₁ + I₂ + I₃ = 3,5
2·I₁ + I₂ + I₃ = 10,5
I₁ + I₂ − I₃ = 23,5

Wyznacz wkłady

I₁ = 10,5 − 3,5 = 7 mA
I₃ = (3,5 − 23,5)/2 = −10 mA
I₂ = 3,5 − 7 − (−10) = 6,5 mA

Wyłącz V₂

I = I₁ + I₃ = 7 + (−10) = −3 mA

Odpowiedź

I = −3 mA
9.Thévenin i Norton

Odpowiedź: Rth = 6 Ω

Twierdzenie Thévenina: każdy liniowy dwójnik zachowuje się jak jedno źródło napięcia Vth szeregowo z rezystancją Rth. Twierdzenie Nortona przedstawia ten sam układ jako źródło prądu IN = Vth/Rth równolegle z Rth.

R1​ = 3 ΩR3​ = 4 ΩZWARCIER2​6 ΩAabRth​

Wyznacz Rth przy wyłączonych wszystkich źródłach

Zastąp źródła napięcia zwarciami, a źródła prądu rozwarciami, a potem spójrz na obwód od strony a–b.

R1 ∥ R2 = 3·6/(3+6) = 2 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2 + 4 = 6 Ω
10.Thévenin i Norton

Odpowiedź: Vth = 42,84 V

Twierdzenie Thévenina: każdy liniowy dwójnik zachowuje się jak jedno źródło napięcia Vth szeregowo z rezystancją Rth. Twierdzenie Nortona przedstawia ten sam układ jako źródło prądu IN = Vth/Rth równolegle z Rth.

R1​ = 4 ΩR3​ = 4 ΩZWARCIER2​15 ΩAROZWARCIEBabRth​

Wyznacz Rth przy wyłączonych wszystkich źródłach

Zastąp źródła napięcia zwarciami, a źródła prądu rozwarciami, a potem spójrz na obwód od strony a–b.

R1 ∥ R2 = 4·15/(4+15) = 3,158 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,158 + 4 = 7,158 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​18 VR2​15 ΩAIs​4 ABab+−Vth​

Wyznacz Vth, napięcie stanu jałowego

Przy rozwartych a–b jedyną drogą dla Iₛ jest R₃ do węzła A. Wyznacz V_A z superpozycji V₁ i Iₛ, a potem dodaj spadek na R₃.

VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 14,21 + 4·3,158 = 26,84 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 26,84 + 4·4 = 42,84 V
11.Układy ze wzmacniaczami operacyjnymi

Odpowiedź: Rf = 50 kΩ

Zasady idealnego wzmacniacza operacyjnego: przy ujemnym sprzężeniu zwrotnym wzmacniacz ustawia wyjście tak, aby oba wejścia miały to samo napięcie (V₋ = V₊), a do żadnego wejścia nie płynie prąd. PPK na wejściu odwracającym z tymi dwoma faktami daje wyjście.

Wzmocnienie wzmacniacza nieodwracającego

V₋ = V₊ = Vin, a prąd przez R₁ płynie też przez Rf, więc Vout = Vin·(1 + Rf/R₁).

Av = 1 + Rf/R1
Rf = (51 − 1)·1 = 50 kΩ

Odpowiedź

Rf = 50 kΩ
12.Układy ze wzmacniaczami operacyjnymi

Odpowiedź: t = 470 ms

Zasady idealnego wzmacniacza operacyjnego: przy ujemnym sprzężeniu zwrotnym wzmacniacz ustawia wyjście tak, aby oba wejścia miały to samo napięcie (V₋ = V₊), a do żadnego wejścia nie płynie prąd. PPK na wejściu odwracającym z tymi dwoma faktami daje wyjście.

Prąd wejściowy i szybkość narastania

kΩ razy µF daje milisekundy.

RC = 10 kΩ · 4,7 µF = 47 ms
szybkość narastania = −Vin/(RC) = −1,3/47 = −0,02766 V/ms

Czas do nasycenia

|Vin|·t/(RC) = Vsat → t = Vsat·RC/|Vin| = 13·47/1,3 = 470 ms

Odpowiedź

t = 470 ms
13.Stany nieustalone RC i RL

Odpowiedź: i = 0,9197 A

Stany nieustalone pierwszego rzędu: w obwodzie z jednym kondensatorem lub jedną cewką każde napięcie i każdy prąd zmienia się wykładniczo od wartości początkowej do końcowej: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, gdzie τ = RC lub τ = L/R. Po około 5τ obwód jest w stanie ustalonym.

Stała czasowa

τ = L/R = 10 mH / 10 Ω = 1 ms

Zanik prądu

i(t) = 2,5·e−1/1 = 0,9197 A

Odpowiedź

i = 0,9197 A
14.Stany nieustalone RC i RL

Odpowiedź: C = 200,1 µF

Stany nieustalone pierwszego rzędu: w obwodzie z jednym kondensatorem lub jedną cewką każde napięcie i każdy prąd zmienia się wykładniczo od wartości początkowej do końcowej: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, gdzie τ = RC lub τ = L/R. Po około 5τ obwód jest w stanie ustalonym.

Wymagana stała czasowa

9,48 = 15·(1 − e−200/τ) → τ = 200/ln(15/(15 − 9,48))
τ = 200/0,9997 = 200,1 ms

Pojemność

kΩ razy µF daje milisekundy.

C = τ/R = 200,1/1 = 200,1 µF

Odpowiedź

C = 200,1 µF

ExamProblems · examproblems.com/courses/circuit-analysis-1