Теория электрических цепей 1: шпаргалка-пакет

Листы формул, ключевые шаги методов по каждой теме и тренировочные задачи (14) с полными решениями в конце.

Новые задачиНазад к курсу

В окне печати выберите «Сохранить как PDF», чтобы сохранить копию на своём устройстве.

1Формулы и методы

Последовательные и параллельные резисторы

Последовательное соединение резисторов
Req = R1 + R2 + …
Параллельное соединение резисторов
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
Два параллельно
Req = R1R2 / (R1 + R2)
Закон Ома
V = I·R
Мощность
P = V·I = I²R = V²/R

Метод

  1. Начните с конца цепи, наиболее удалённого от зажимов.
  2. Последовательные резисторы складывайте, а параллельные объединяйте по формуле 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
  3. После каждого шага перерисовывайте схему.
  4. Повторяйте, пока между зажимами не останется один резистор.

Метод узловых потенциалов

Закон токов Кирхгофа
ΣIin = ΣIout
Ток ветви
I = (Va − Vb)/R
Опорный узел
Vground = 0

Метод

  1. Выберите опорный узел (землю) и обозначьте потенциалы остальных узлов.
  2. Запишите первый закон Кирхгофа для каждого неизвестного узла: сумма токов, вытекающих по ветвям, равна сумме втекающих.
  3. Выразите ток каждой ветви как (Va − Vb)/R.
  4. Решите систему уравнений, затем найдите нужные токи.

Метод контурных токов

Закон напряжений Кирхгофа
ΣV = 0 в каждом контуре
Общий резистор
ток = I1 − I2
Источник тока в контуре
задаёт ток этого контура

Метод

  1. Нарисуйте в каждом контуре (ячейке) схемы контурный ток по часовой стрелке.
  2. Примените второй закон Кирхгофа к каждому контуру: сумма падений напряжения равна нулю.
  3. В резисторе, общем для двух контуров, ток равен разности двух контурных токов.
  4. Решите уравнения; отрицательный результат означает, что ток течёт в обратную сторону.

Метод наложения

Метод наложения
x = x1 + x2 + … (one source at a time)
Отключённый источник напряжения
короткое замыкание (0 V)
Отключённый источник тока
разрыв (0 A)
Делитель напряжения
V2 = V·R2/(R1 + R2)
Делитель тока
I1 = I·R2/(R1 + R2)

Метод

  1. Посчитайте независимые источники. Для каждого источника вы решите одну более простую схему.
  2. Оставьте один источник, а остальные отключите: источник напряжения заменяется коротким замыканием (проводом), источник тока — разрывом цепи.
  3. Найдите в упрощённой схеме нужное напряжение или ток, следя за направлением.
  4. Повторите для каждого источника, затем сложите вклады с учётом знаков.

Тевенин и Нортон

Напряжение Тевенина
Vth = Vopen circuit
Сопротивление Тевенина
Rth: все источники отключены, со стороны a–b
Ток Нортона
IN = Vth/Rth
Ток нагрузки
IL = Vth/(Rth + RL)
Передача максимальной мощности
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

Метод

  1. Отключите нагрузку и обозначьте два зажима a и b.
  2. Найдите напряжение холостого хода между a и b: это Vth.
  3. Отключите все независимые источники и найдите сопротивление со стороны a–b: это Rth.
  4. Верните нагрузку в эквивалентную схему: Vth последовательно с Rth.
  5. Для эквивалента Нортона преобразуйте: IN = Vth/Rth, с RN = Rth параллельно.

Схемы на операционных усилителях

Инвертирующий усилитель
Vout = −(Rf/Rin)·Vin
Неинвертирующий усилитель
Vout = (1 + Rf/R1)·Vin
Суммирующий усилитель
Vout = −Rf(V1/R1 + V2/R2)
Идеальный ОУ
V+ = V−, Iin = 0

Переходные процессы RC и RL

Постоянная времени
τ = RC | τ = L/R
Отклик
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
Конденсатор на постоянном токе
разрыв; vC не может измениться скачком
Катушка на постоянном токе
короткое замыкание; iL не может измениться скачком
Установившийся режим
t ≈ 5τ

Метод

  1. Найдите начальное значение сразу после коммутации: напряжение на конденсаторе и ток в катушке не могут изменяться скачком.
  2. Найдите установившееся значение спустя долгое время после коммутации: конденсатор ведёт себя как разрыв, катушка — как короткое замыкание.
  3. Найдите постоянную времени: τ = RC или τ = L/R, где берётся сопротивление со стороны конденсатора или катушки.
  4. Используйте x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ.

2Тренировочные задачи

1.Последовательные и параллельные резисторыСредняя
R1​ = 4 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​12 VR2​10 ΩAR4​15 ΩB

Найдите эквивалентное сопротивление Req, которое видит источник V1.

V1 = 12 VR1 = 4 ΩR2 = 10 ΩR3 = 2 ΩR4 = 15 Ω
Req = Ω
2.Последовательные и параллельные резисторыСложная
R1​ = 6 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​36 VR2​4 ΩAR4​6 ΩBR6​4 Ω

Найдите эквивалентное сопротивление Req, которое видит источник V1.

V1 = 36 VR1 = 6 ΩR2 = 4 ΩR3 = 3 ΩR4 = 6 ΩR5 = 4 ΩR6 = 4 Ω
Req = Ω
3.Метод узловых потенциаловСредняя
R1​ = 8 ΩIR1​R3​ = 20 Ω+−V1​30 VR2​8 ΩAR4​12 ΩBIs​5 A

Используйте метод узловых потенциалов, чтобы найти ток IR1 через R1 в направлении стрелки.

V1 = 30 VIs = 5 AR1 = 8 ΩR2 = 8 ΩR3 = 20 ΩR4 = 12 Ω
IR1 = A
4.Метод узловых потенциаловСложная
R1​ = 3 ΩR2​ = 5 ΩR4​ = 12 Ω+−V1​5 VR3​20 ΩAR5​10 ΩBIs​4 A+−V2​6 V

Используйте метод узловых потенциалов, чтобы найти узловое напряжение VB (относительно земли).

V1 = 5 VIs = 4 AV2 = 6 VR1 = 3 ΩR2 = 5 ΩR3 = 20 ΩR4 = 12 ΩR5 = 10 Ω
VB = V
5.Метод контурных токовСредняя
R1​ = 8 ΩR2​ = 6 Ω+−V1​6 VR3​12 Ω+−VR3​A+−V2​18 VI1​I2​

Используйте метод контурных токов, чтобы найти напряжение VR3 на R3 с указанной полярностью.

V1 = 6 VV2 = 18 VR1 = 8 ΩR2 = 6 ΩR3 = 12 Ω
VR3 = V
6.Метод контурных токовСложная
R1​ = 30 ΩR2​ = 25 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​12 VR4​12 ΩAR5​30 ΩB+−V2​10 VI1​I2​I3​

Используйте метод контурных токов, чтобы найти контурный ток I3 (по часовой стрелке).

V1 = 12 VV2 = 10 VR1 = 30 ΩR2 = 25 ΩR3 = 3 ΩR4 = 12 ΩR5 = 30 Ω
I3 = A
7.Метод наложенияСредняя
R1​ = 3 ΩIR1​R3​ = 5 Ω+−V1​15 VR2​8 ΩAR4​15 ΩBIs​1 A

Используйте метод наложения, чтобы найти ток IR1 через R1 в направлении стрелки.

V1 = 15 VIs = 1 AR1 = 3 ΩR2 = 8 ΩR3 = 5 ΩR4 = 15 Ω
IR1 = A
8.Метод наложенияСложная
линейная цепьV1​V2​Is​IRL​

Линейная резистивная цепь содержит три независимых источника: V1, V2 и Is. Ток I через нагрузку измерен три раза. При номинальных значениях всех источников I = −9 mA. Если V1 удвоить, а два других оставить без изменений, I = −18 mA. Если изменить направление Is на противоположное, а два других оставить без изменений, I = 13 mA. Найдите ток нагрузки I, если V2 отключён, а V1 и Is имеют номинальные значения.

номинальные значения: I = −9 mA2·V1: I = −18 mA−Is: I = 13 mA
I = mA
9.Тевенин и НортонСредняя
R1​ = 5 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​15 VR2​8 ΩAab

Найдите напряжение Тевенина Vth со стороны зажимов a–b.

V1 = 15 VR1 = 5 ΩR2 = 8 ΩR3 = 12 Ω
Vth = V
10.Тевенин и НортонСложная
R1​ = 6 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​36 VR2​6 ΩAIs​5 ABRL​8 ΩIL​

К a–b подключена нагрузка RL = 8 Ω. С помощью эквивалента Тевенина найдите мощность PL, передаваемую в нагрузку.

V1 = 36 VIs = 5 AR1 = 6 ΩR2 = 6 ΩR3 = 4 ΩRL = 8 Ω
PL = W
11.Схемы на операционных усилителяхСредняя
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 22 kΩVin​

Подберите резистор обратной связи Rf, чтобы этот неинвертирующий усилитель имел коэффициент усиления по напряжению 2.

R1 = 22 kΩAv = 2
Rf = kΩ
12.Схемы на операционных усилителяхСложная
−+Vout​Rf​ = 4,7 kΩV1​ = 0,3 VR1​ = 4,7 kΩV2​ = −0,1 VR2​ = 22 kΩ

Суммирующий усилитель использует идеальный ОУ с питанием ±15 V. Найдите выходное напряжение Vout.

V1 = 0,3 VV2 = −0,1 VR1 = 4,7 kΩR2 = 22 kΩRf = 4,7 kΩ
Vout = V
13.Переходные процессы RC и RLСредняя
+−Vs​20 Vt = 0R = 33 ΩL22 mHi(t)

До замыкания ключа в момент t = 0 тока через катушку нет. Найдите напряжение vL на катушке в момент t = 1 ms.

Vs = 20 VR = 33 ΩL = 22 mHt = 1 ms
vL = V
14.Переходные процессы RC и RLСложная
+−Vs​24 Vt = 0R = 3,3 kΩC22 µF+−vC​vC​(0) = 2 V

Непосредственно перед замыканием ключа в момент t = 0 конденсатор заряжен до 2 V с указанной полярностью. Найдите напряжение на конденсаторе vC в момент t = 200 ms.

Vs = 24 VR = 3,3 kΩC = 22 µFvC(0) = 2 Vt = 200 ms
vC = V

3Растворы

1.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: Req = 10,3 Ω

Последовательное и параллельное соединение: последовательно через каждый резистор течёт один и тот же ток и R = R₁ + R₂ + …. Параллельно на каждом резисторе одно и то же напряжение и 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Лестничную цепь упрощают по одной паре, пока не останется одно эквивалентное сопротивление.

R1​ = 4 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​12 VR2​10 ΩAR4​15 ΩB

Объединяйте резисторы с дальнего конца

Начните с конца, самого дальнего от источника, и двигайтесь к нему. Резисторы с одинаковым током соединены последовательно; резисторы между одними и теми же двумя узлами — параллельно.

R3 + R4 = 2 + 15 = 17 Ω
R2 ∥ 17 = 10·17/(10+17) = 6,296 Ω
Req = R1 + 6,296 = 4 + 6,296 = 10,3 Ω

Ответ

Req = 10,3 Ω
2.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: Req = 8,466 Ω

Последовательное и параллельное соединение: последовательно через каждый резистор течёт один и тот же ток и R = R₁ + R₂ + …. Параллельно на каждом резисторе одно и то же напряжение и 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Лестничную цепь упрощают по одной паре, пока не останется одно эквивалентное сопротивление.

R1​ = 6 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​36 VR2​4 ΩAR4​6 ΩBR6​4 Ω

Объединяйте резисторы с дальнего конца

Начните с конца, самого дальнего от источника, и двигайтесь к нему. Резисторы с одинаковым током соединены последовательно; резисторы между одними и теми же двумя узлами — параллельно.

R5 + R6 = 4 + 4 = 8 Ω
R4 ∥ 8 = 3,429 Ω
R3 + 3,429 = 6,429 Ω
R2 ∥ 6,429 = 2,466 Ω
Req = R1 + 2,466 = 6 + 2,466 = 8,466 Ω

Ответ

Req = 8,466 Ω
3.Метод узловых потенциалов

Ответ: IR1 = 1,25 A

Метод узловых потенциалов: выберите опорный узел, обозначьте неизвестные узловые напряжения, запишите закон токов Кирхгофа для каждого неизвестного узла с помощью закона Ома (I = ΔV/R) и решите полученные уравнения.

R1​ = 8 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​30 VR2​8 ΩAR4​12 ΩBIs​5 A

Определите узлы

Земля — нижний провод. Известные узловые напряжения берутся прямо из источников (V1 = 30 V). Неизвестные: VA, VB.

ЗТК в узле A

Токи, вытекающие из A через резисторы, равны току, который источники подают в A.

VA/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/8 + (VA − 30)/8 + (VA − VB)/20 = 0
0,3·VA − 0,05·VB = 3,75

ЗТК в узле B

Токи, вытекающие из B через резисторы, равны току, который источники подают в B.

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/12 + (VB − VA)/20 = 5
−0,05·VA + 0,1333·VB = 5

Решите

Δ = (0,3)(0,1333) − (−0,05)(−0,05) = 0,0375
VA = Δ1/Δ = 0,75/0,0375 = 20 V
VB = Δ2/Δ = 1,688/0,0375 = 45 V

Ответ

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (30 − 20)/8 = 1,25 A
4.Метод узловых потенциалов

Ответ: VB = 16,11 V

Метод узловых потенциалов: выберите опорный узел, обозначьте неизвестные узловые напряжения, запишите закон токов Кирхгофа для каждого неизвестного узла с помощью закона Ома (I = ΔV/R) и решите полученные уравнения.

R1​ = 3 ΩR2​ = 5 ΩR4​ = 12 Ω+−V1​5 VR3​20 ΩAR5​10 ΩBIs​4 A+−V2​6 V

Определите узлы

Земля — нижний провод. Известные узловые напряжения берутся прямо из источников (V1 = 5 V, V2 = 6 V). Неизвестные: VA, VB.

ЗТК в узле A

Токи, вытекающие из A через резисторы, равны току, который источники подают в A.

VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/20 + (VA − 5)/3 + (VA − VB)/5 = 0
0,5833·VA − 0,2·VB = 1,667

ЗТК в узле B

Токи, вытекающие из B через резисторы, равны току, который источники подают в B.

VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/10 + (VB − VA)/5 + (VB − 6)/12 = 4
−0,2·VA + 0,3833·VB = 4,5

Решите

Δ = (0,5833)(0,3833) − (−0,2)(−0,2) = 0,1836
VA = Δ1/Δ = 1,539/0,1836 = 8,381 V
VB = Δ2/Δ = 2,958/0,1836 = 16,11 V

Ответ

VB = 16,11 V
5.Метод контурных токов

Ответ: VR3 = 10 V

Метод контурных токов: дайте каждому окну плоской цепи свой контурный ток, запишите закон напряжений Кирхгофа для каждого контура (сумма падений = сумма подъёмов) и решите. Токи ветвей — это контурный ток или разность двух контурных токов в общей ветви.

R1​ = 8 ΩR2​ = 6 Ω+−V1​6 VR3​12 ΩA+−V2​18 VI1​I2​

Задайте контурные токи

В каждом окне нарисуйте ток по часовой стрелке: I1, I2. Резистор, общий для двух контуров, проводит разность их токов.

ЗНК для контура 1

При обходе по часовой стрелке падения напряжения на резисторах равны подъёмам напряжения источников (от − к + в направлении обхода).

R1·I1 + R3(I1 − I2) = V1
8·I1 + 12(I1 − I2) = 6
20·I1 − 12·I2 = 6

ЗНК для контура 2

При обходе по часовой стрелке падения напряжения на резисторах равны подъёмам напряжения источников (от − к + в направлении обхода).

R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
6·I2 + 12(I2 − I1) = (−18)
−12·I1 + 18·I2 = −18

Решите

Δ = (20)(18) − (−12)(−12) = 216
I1 = Δ1/Δ = −108/216 = −0,5 A
I2 = Δ2/Δ = −288/216 = −1,333 A

Ответ

IR3 = I1 − I2 = 0,8333 A
VR3 = IR3·R3 = 0,8333·12 = 10 V

Отрицательный контурный ток течёт против часовой стрелки.

6.Метод контурных токов

Ответ: I3 = −0,4448 A

Метод контурных токов: дайте каждому окну плоской цепи свой контурный ток, запишите закон напряжений Кирхгофа для каждого контура (сумма падений = сумма подъёмов) и решите. Токи ветвей — это контурный ток или разность двух контурных токов в общей ветви.

R1​ = 30 ΩR2​ = 25 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​12 VR4​12 ΩAR5​30 ΩB+−V2​10 VI1​I2​I3​

Задайте контурные токи

В каждом окне нарисуйте ток по часовой стрелке: I1, I2, I3. Резистор, общий для двух контуров, проводит разность их токов.

ЗНК для контура 1

При обходе по часовой стрелке падения напряжения на резисторах равны подъёмам напряжения источников (от − к + в направлении обхода).

R1·I1 + R4(I1 − I2) = V1
30·I1 + 12(I1 − I2) = 12
42·I1 − 12·I2 = 12

ЗНК для контура 2

При обходе по часовой стрелке падения напряжения на резисторах равны подъёмам напряжения источников (от − к + в направлении обхода).

R2·I2 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
25·I2 + 12(I2 − I1) + 30(I2 − I3) = 0
−12·I1 + 67·I2 − 30·I3 = 0

ЗНК для контура 3

При обходе по часовой стрелке падения напряжения на резисторах равны подъёмам напряжения источников (от − к + в направлении обхода).

R3·I3 + R5(I3 − I2) = −V2
3·I3 + 30(I3 − I2) = (−10)
−30·I2 + 33·I3 = −10

Решите

Δ = определитель матрицы коэффициентов = 50310
I1 = Δ1/Δ = 12132/50310 = 0,2411 A
I2 = Δ2/Δ = −7848/50310 = −0,156 A
I3 = Δ3/Δ = −22380/50310 = −0,4448 A

Ответ

I3 = −0,4448 A

Отрицательный контурный ток течёт против часовой стрелки.

7.Метод наложения

Ответ: IR1 = −1,23 A

Метод наложения: в линейной цепи любое напряжение или ток равно сумме откликов на каждый независимый источник, действующий отдельно. Чтобы отключить источник, замените идеальный источник напряжения коротким замыканием, а идеальный источник тока — разрывом. Резисторы остаются на месте.

R1​ = 3 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​15 VR2​8 ΩAR4​15 ΩBОБРЫВ

Случай 1 · действует только V1

Iₛ становится разрывом, поэтому R₃ и R₄ образуют одну последовательную ветвь от A к земле, параллельную R₂.

R3+R4 = 5+15 = 20 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 8·20/(8+20) = 5,714 Ω
VA = 15·5,714/(3+5,714) = 9,836 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 9,836·15/20 = 7,377 V
IR1′ = (VA − V1)/R1 = (9,836 − 15)/3 = −1,721 A
R1​ = 3 ΩR3​ = 5 ΩКЗR2​8 ΩAR4​15 ΩBIs​1 A

Случай 2 · действует только Is

V₁ становится коротким замыканием, поэтому R₁ параллелен R₂. Iₛ в точке B делится между R₄ и путём через R₃.

R1 ∥ R2 = 3·8/(3+8) = 2,182 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 15 ∥ 7,182 = 4,857 Ω
VB = Is·Req = 1·4,857 = 4,857 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 4,857·2,182/7,182 = 1,475 V
IR1″ = (VA − V1)/R1 = (1,475 − 0)/3 = 0,4918 A

Сложите составляющие

IR1 = IR1′ + IR1″
IR1 = (−1,721) + 0,4918 = −1,23 A

Отрицательный результат означает, что на самом деле ток течёт против стрелки.

8.Метод наложения

Ответ: I = −20 mA

Метод наложения: в линейной цепи любое напряжение или ток равно сумме откликов на каждый независимый источник, действующий отдельно. Чтобы отключить источник, замените идеальный источник напряжения коротким замыканием, а идеальный источник тока — разрывом. Резисторы остаются на месте.

Записываем измерения через вклады

Каждый вклад пропорционален своему источнику.

I₁ + I₂ + I₃ = −9
2·I₁ + I₂ + I₃ = −18
I₁ + I₂ − I₃ = 13

Находим вклады

I₁ = −18 − (−9) = −9 mA
I₃ = (−9 − 13)/2 = −11 mA
I₂ = −9 − (−9) − (−11) = 11 mA

Отключаем V₂

I = I₁ + I₃ = (−9) + (−11) = −20 mA

Ответ

I = −20 mA
9.Тевенин и Нортон

Ответ: Vth = 9,231 V

Теорема Тевенина: любая линейная двухполюсная цепь ведёт себя как один источник напряжения Vth, последовательный с сопротивлением Rth. Теорема Нортона представляет ту же цепь как источник тока IN = Vth/Rth, параллельный Rth.

R1​ = 5 ΩR3​ = 12 ΩКЗR2​8 ΩAabRth​

Найдите Rth со всеми отключёнными источниками

Замените источники напряжения короткими замыканиями, а источники тока — разрывами, затем посмотрите на цепь со стороны a–b.

R1 ∥ R2 = 5·8/(5+8) = 3,077 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,077 + 12 = 15,08 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​15 VR2​8 ΩAab+−Vth​

Найдите Vth — напряжение холостого хода

Когда a–b разомкнуты, через R₃ ток не течёт, поэтому падения на нём нет и V_b = V_A. R₁ и R₂ образуют делитель напряжения.

Vth = V1·R2/(R1+R2) = 15·8/(5+8) = 9,231 V
10.Тевенин и Нортон

Ответ: PL = 99,88 W

Теорема Тевенина: любая линейная двухполюсная цепь ведёт себя как один источник напряжения Vth, последовательный с сопротивлением Rth. Теорема Нортона представляет ту же цепь как источник тока IN = Vth/Rth, параллельный Rth.

R1​ = 6 ΩR3​ = 4 ΩКЗR2​6 ΩAОБРЫВBabRth​

Найдите Rth со всеми отключёнными источниками

Замените источники напряжения короткими замыканиями, а источники тока — разрывами, затем посмотрите на цепь со стороны a–b.

R1 ∥ R2 = 6·6/(6+6) = 3 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3 + 4 = 7 Ω
R1​ = 6 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​36 VR2​6 ΩAIs​5 ABab+−Vth​

Найдите Vth — напряжение холостого хода

Когда a–b разомкнуты, Iₛ может течь только через R₃ в узел A. Найдите V_A наложением V₁ и Iₛ, затем прибавьте падение на R₃.

VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 18 + 5·3 = 33 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 33 + 5·4 = 53 V
Rth​ = 7 Ω+−Vth​53 VRL​8 ΩIL​

Подключите нагрузку к эквиваленту Тевенина

Источник Тевенина и последовательный R_th ведут себя на a–b точно как исходная цепь, поэтому нагрузка видит простой последовательный контур.

IL = Vth/(Rth + RL) = 53/(7 + 8) = 3,533 A
PL = IL²·RL = 3,533²·8 = 99,88 W
11.Схемы на операционных усилителях

Ответ: Rf = 22 kΩ

Правила идеального ОУ: при отрицательной обратной связи усилитель устанавливает выход так, чтобы оба входа имели одинаковое напряжение (V₋ = V₊), и ни в один вход ток не течёт. ЗТК на инвертирующем входе с этими двумя фактами даёт выход.

Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя

V₋ = V₊ = Vin, а ток через R₁ течёт и через Rf, поэтому Vout = Vin·(1 + Rf/R₁).

Av = 1 + Rf/R1
Rf = (2 − 1)·22 = 22 kΩ

Ответ

Rf = 22 kΩ
12.Схемы на операционных усилителях

Ответ: Vout = −0,2786 V

Правила идеального ОУ: при отрицательной обратной связи усилитель устанавливает выход так, чтобы оба входа имели одинаковое напряжение (V₋ = V₊), и ни в один вход ток не течёт. ЗТК на инвертирующем входе с этими двумя фактами даёт выход.

Входные токи

V₋ = 0, поэтому на каждом входном резисторе всё его входное напряжение.

I1 = V1/R1 = 0,3/4,7 = 0,06383 mA
I2 = V2/R2 = −0,1/22 = −0,004545 mA
If = I1 + I2 = 0,05928 mA

Выходное напряжение

Vout = −Rf·If = −4,7·0,05928 = −0,2786 V

Ответ

Vout = −0,2786 V
13.Переходные процессы RC и RL

Ответ: vL = 4,463 V

Переходные процессы первого порядка: в цепи с одним конденсатором или одной катушкой каждое напряжение и каждый ток экспоненциально меняются от начального к конечному значению: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, где τ = RC или τ = L/R. Примерно через 5τ цепь выходит на установившийся режим.

Постоянная времени и конечный ток

Спустя долгое время после замыкания катушка ведёт себя как короткое замыкание, поэтому конечный ток определяется только R.

τ = L/R = 22 mH / 33 Ω = 0,6667 ms
i(∞) = Vs/R = 20/33 = 0,6061 A

Напряжение на катушке

В момент t = 0 всё напряжение питания приложено к катушке; затем оно спадает до нуля.

vL(t) = Vs·e−t/τ = 20·e−1/0,6667 = 4,463 V

Ответ

vL = 4,463 V
14.Переходные процессы RC и RL

Ответ: vC = 22,6 V

Переходные процессы первого порядка: в цепи с одним конденсатором или одной катушкой каждое напряжение и каждый ток экспоненциально меняются от начального к конечному значению: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, где τ = RC или τ = L/R. Примерно через 5τ цепь выходит на установившийся режим.

Начальное значение, конечное значение, постоянная времени

Напряжение на конденсаторе не может измениться скачком, поэтому оно начинается с накопленного значения и стремится к напряжению источника.

vC(0) = 2 V, vC(∞) = Vs = 24 V
τ = R·C = 3,3 kΩ · 22 µF = 72,6 ms
vC(t) = 24 + (2 − 24)·e−t/τ

Напряжение в заданный момент

vC(200) = 24 + (−22)·e−200/72,6 = 22,6 V

Ответ

vC = 22,6 V

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