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​ = 4 Ω+−V1​18 VR2​15 ΩAR4​15 ΩB

Найдите эквивалентное сопротивление Req, которое видит источник V1.

V1 = 18 VR1 = 4 ΩR2 = 15 ΩR3 = 4 ΩR4 = 15 Ω
Req = Ω
2.Последовательные и параллельные резисторыСложная
R1​ = 30 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 2 Ω+−V1​24 VR2​8 ΩIR2​AR4​15 ΩBR6​2 Ω

Найдите ток IR2 через R2.

V1 = 24 VR1 = 30 ΩR2 = 8 ΩR3 = 3 ΩR4 = 15 ΩR5 = 2 ΩR6 = 2 Ω
IR2 = A
3.Метод узловых потенциаловСредняя
R1​ = 20 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​6 VR2​4 ΩAR4​3 ΩBIs​2,5 A

Методом узловых потенциалов найдите мощность PIs, отдаваемую источником тока Is.

V1 = 6 VIs = 2,5 AR1 = 20 ΩR2 = 4 ΩR3 = 10 ΩR4 = 3 Ω
PIs = W
4.Метод узловых потенциаловСложная
R1​ = 30 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​6 VR2​4 ΩAR4​4 ΩBIs​?

Источник тока регулируют до тех пор, пока напряжение узла A не станет VA = 5,5 V. Методом узловых потенциалов найдите ток источника Is (направление как на схеме).

V1 = 6 VR1 = 30 ΩR2 = 4 ΩR3 = 12 ΩR4 = 4 ΩVA = 5,5 V
Is = A
5.Метод контурных токовСредняя
R1​ = 15 ΩR2​ = 20 Ω+−V1​18 VR3​3 ΩA+−V2​24 VI1​I2​

Используйте метод контурных токов, чтобы найти контурный ток I2 (по часовой стрелке).

V1 = 18 VV2 = 24 VR1 = 15 ΩR2 = 20 ΩR3 = 3 Ω
I2 = A
6.Метод контурных токовСложная
R1​ = 12 ΩR2​ = 2 ΩR3​ = 4 ΩIR3​+−V1​12 VR4​5 ΩAR5​15 ΩB+−V2​36 VI1​I2​I3​

Используйте метод контурных токов, чтобы найти ток IR3 через R3 в направлении стрелки.

V1 = 12 VV2 = 36 VR1 = 12 ΩR2 = 2 ΩR3 = 4 ΩR4 = 5 ΩR5 = 15 Ω
IR3 = A
7.Метод наложенияСредняя
R1​ = 20 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​10 VR2​2 ΩIR2​AR4​12 ΩBIs​2,5 A

Используйте метод наложения, чтобы найти ток IR2 через R2 в направлении стрелки.

V1 = 10 VIs = 2,5 AR1 = 20 ΩR2 = 2 ΩR3 = 5 ΩR4 = 12 Ω
IR2 = A
8.Метод наложенияСложная
R1​ = 3 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 4 Ω+−V1​6 VR3​8 ΩIR3​AIs​5 AB+−V2​?

Найдите значение источника напряжения V2 (полярность как на схеме), при котором ток IR3 через R3 равен нулю.

V1 = 6 VIs = 5 AR1 = 3 ΩR2 = 3 ΩR3 = 8 ΩR4 = 4 Ω
V2 = V
9.Тевенин и НортонСредняя
R1​ = 5 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​15 VR2​4 ΩAab

Найдите напряжение Тевенина Vth со стороны зажимов a–b.

V1 = 15 VR1 = 5 ΩR2 = 4 ΩR3 = 2 Ω
Vth = V
10.Тевенин и НортонСложная
R1​ = 12 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​18 VR2​2 ΩAIs​1 ABab

Найдите ток Нортона IN: ток, текущий от a к b, если зажимы замкнуть накоротко.

V1 = 18 VIs = 1 AR1 = 12 ΩR2 = 2 ΩR3 = 10 Ω
IN = A
11.Схемы на операционных усилителяхСредняя
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 10 kΩVin​

Подберите резистор обратной связи Rf, чтобы этот неинвертирующий усилитель имел коэффициент усиления по напряжению 8.

R1 = 10 kΩAv = 8
Rf = kΩ
12.Схемы на операционных усилителяхСложная
−+Vout​R2​ = 2 kΩV1​ = 1,3 VR1​ = 22 kΩV2​ = 2 VR3​ = 100 kΩR4​ = 100 kΩ

ОУ идеальный и питается от ±15 V. Отношения резисторов не согласованы. Найдите выходное напряжение Vout.

V1 = 1,3 VV2 = 2 VR1 = 22 kΩR2 = 2 kΩR3 = 100 kΩR4 = 100 kΩ
Vout = V
13.Переходные процессы RC и RLСредняя
+−Vs​10 Vt = 0R = 22 ΩL220 mHi(t)

До замыкания ключа в момент t = 0 тока через катушку нет. Найдите ток i в момент t = 15 ms.

Vs = 10 VR = 22 ΩL = 220 mHt = 15 ms
i = A
14.Переходные процессы RC и RLСложная
+−Vs​6 Vразмыкается при t = 0R1​ = 4,7 kΩR2​ = 3,3 kΩC33 µF+−vC​

Ключ был замкнут долгое время, поэтому цепь находится в установившемся режиме. При t = 0 ключ размыкается. Найдите напряжение на конденсаторе vC в момент t = 250 ms.

Vs = 6 VR1 = 4,7 kΩR2 = 3,3 kΩC = 33 µFt = 250 ms
vC = V

3Растворы

1.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: Req = 12,38 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​ = 4 Ω+−V1​18 VR2​15 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 = 4 + 15 = 19 Ω
R2 ∥ 19 = 15·19/(15+19) = 8,382 Ω
Req = R1 + 8,382 = 4 + 8,382 = 12,38 Ω

Ответ

Req = 12,38 Ω
2.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: IR2 = 0,3118 A

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​ = 30 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 2 Ω+−V1​24 VR2​8 ΩAR4​15 ΩBR6​2 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 = 2 + 2 = 4 Ω
R4 ∥ 4 = 3,158 Ω
R3 + 3,158 = 6,158 Ω
R2 ∥ 6,158 = 3,48 Ω
Req = R1 + 3,48 = 30 + 3,48 = 33,48 Ω

Ток источника

Источник видит только Req, поэтому закон Ома даёт ток, который он отдаёт. Этот ток течёт через R₁.

IR1 = V1/Req = 24/33,48 = 0,7169 A

Ток через R₂

Вычтите падение на R₁, чтобы получить напряжение в узле A, то есть напряжение на R₂.

VA = V1 − IR1·R1 = 24 − 0,7169·30 = 2,494 V
IR2 = VA/R2 = 2,494/8 = 0,3118 A

Ответ

IR2 = 0,3118 A
3.Метод узловых потенциалов

Ответ: PIs = 15,77 W

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.

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/4 + (VA − 6)/20 + (VA − VB)/10 = 0
0,4·VA − 0,1·VB = 0,3

ЗТК в узле B

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

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/3 + (VB − VA)/10 = 2,5
−0,1·VA + 0,4333·VB = 2,5

Решите

Δ = (0,4)(0,4333) − (−0,1)(−0,1) = 0,1633
VA = Δ1/Δ = 0,38/0,1633 = 2,327 V
VB = Δ2/Δ = 1,03/0,1633 = 6,306 V

Мощность, отдаваемая источником тока

Источник направляет ток Iₛ вверх в узел B, от земли (0 V) к VB. Источник, ток которого выходит из его вывода +, отдаёт мощность P = V·I.

PIs = VB·Is = 6,306·2,5 = 15,77 W

Ответ

PIs = 15,77 W
4.Метод узловых потенциалов

Ответ: Is = 6,808 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.

ЗТК в узле A

VA известно, поэтому это уравнение даёт VB.

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
(5,5 − 6)/30 + 5,5/4 = (VB − 5,5)/12
1,358 = (VB − 5,5)/12 → VB = 21,8 V

ЗТК в узле B

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

Is = (VB − VA)/R3 + VB/R4 = (21,8 − 5,5)/12 + 21,8/4 = 6,808 A

Ответ

Is = 6,808 A
5.Метод контурных токов

Ответ: I2 = −0,9333 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​ = 15 ΩR2​ = 20 Ω+−V1​18 VR3​3 ΩA+−V2​24 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
15·I1 + 3(I1 − I2) = 18
18·I1 − 3·I2 = 18

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
20·I2 + 3(I2 − I1) = (−24)
−3·I1 + 23·I2 = −24

Решите

Δ = (18)(23) − (−3)(−3) = 405
I1 = Δ1/Δ = 342/405 = 0,8444 A
I2 = Δ2/Δ = −378/405 = −0,9333 A

Ответ

I2 = −0,9333 A

Отрицательный контурный ток течёт против часовой стрелки.

6.Метод контурных токов

Ответ: IR3 = −4,157 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​ = 12 ΩR2​ = 2 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​12 VR4​5 ΩAR5​15 ΩB+−V2​36 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
12·I1 + 5(I1 − I2) = 12
17·I1 − 5·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
2·I2 + 5(I2 − I1) + 15(I2 − I3) = 0
−5·I1 + 22·I2 − 15·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
4·I3 + 15(I3 − I2) = (−36)
−15·I2 + 19·I3 = −36

Решите

Δ = определитель матрицы коэффициентов = 2806
I1 = Δ1/Δ = −384/2806 = −0,1368 A
I2 = Δ2/Δ = −8040/2806 = −2,865 A
I3 = Δ3/Δ = −11664/2806 = −4,157 A

Ответ

IR3 = I3 = −4,157 A

Отрицательный контурный ток течёт против часовой стрелки.

7.Метод наложения

Ответ: IR2 = −1,86 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​ = 20 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​10 VR2​2 ΩAR4​12 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+12 = 17 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 2·17/(2+17) = 1,789 Ω
VA = 10·1,789/(20+1,789) = 0,8213 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 0,8213·12/17 = 0,5797 V
IR2′ = (0 − VA)/R2 = (0 − 0,8213)/2 = −0,4106 A
R1​ = 20 ΩR3​ = 5 ΩКЗR2​2 ΩAR4​12 ΩBIs​2,5 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 = 20·2/(20+2) = 1,818 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 12 ∥ 6,818 = 4,348 Ω
VB = Is·Req = 2,5·4,348 = 10,87 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 10,87·1,818/6,818 = 2,899 V
IR2″ = (0 − VA)/R2 = (0 − 2,899)/2 = −1,449 A

Сложите составляющие

IR2 = IR2′ + IR2″
IR2 = (−0,4106) + (−1,449) = −1,86 A

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

8.Метод наложения

Ответ: V2 = 6 V

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 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 4 Ω+−V1​6 VR3​8 ΩAОБРЫВBКЗ

Случай 1 · действует только V1

V₂ становится коротким замыканием, а Iₛ — разрывом. Со стороны A резистор R₃ параллелен последовательной паре R₂+R₄.

R3 ∥ (R2+R4) = 8 ∥ 7 = 3,733 Ω
VA = 6·3,733/(3+3,733) = 3,327 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 3,327·4/7 = 1,901 V
R1​ = 3 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 4 ΩКЗR3​8 ΩAIs​5 ABКЗ

Случай 2 · действует только Is

Оба источника напряжения становятся короткими замыканиями. Iₛ в точке B делится между R₄ (теперь к земле) и R₂, последовательным с R₁ ∥ R₃. Стрелка Iₛ направлена вниз, от своего узла, поэтому Iₛ отводит ток из этого узла: его член входит со знаком минус.

R1 ∥ R3 = 2,182 Ω, поэтому левый путь — R2+2,182 = 5,182 Ω
Req = R4 ∥ 5,182 = 2,257 Ω
VB = −Is·Req = −5·2,257 = −11,29 V
VA = VB·2,182/5,182 = −4,752 V

Случай 3 · действует только V2, на один вольт

V₁ становится коротким замыканием, а Iₛ — разрывом. R₁ ∥ R₃ отходит от A, последовательно с R₂ обратно к B.

R1 ∥ R3 = 2,182 Ω
VA‴ = V2·2,182/(4 + 3 + 2,182) = 0,2376·V2

Приравниваем VA к нулю

При VA = 0 напряжение на R₃ отсутствует, поэтому ток через него равен нулю.

VA′ + VA″ + VA‴ = 3,327 + (−4,752) + 0,2376·V2 = 0
V2 = 1,426/0,2376 = 6 V

Ответ

V2 = 6 V
9.Тевенин и Нортон

Ответ: Vth = 6,667 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​ = 2 ΩКЗR2​4 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 = 5·4/(5+4) = 2,222 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,222 + 2 = 4,222 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​15 VR2​4 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) = 15·4/(5+4) = 6,667 V
10.Тевенин и Нортон

Ответ: IN = 1,22 A

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​ = 12 ΩR3​ = 10 ΩКЗR2​2 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 = 12·2/(12+2) = 1,714 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,714 + 10 = 11,71 Ω
R1​ = 12 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​18 VR2​2 ΩAIs​1 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) = 2,571 + 1·1,714 = 4,286 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 4,286 + 1·10 = 14,29 V
IN​1,22 ARth​11,71 Ωab

Эквивалент Нортона

Источник Нортона — та же цепь, представленная как источник тока, параллельный R_th. Его ток — это ток короткого замыкания на a–b.

IN = Vth/Rth = 14,29/11,71 = 1,22 A
11.Схемы на операционных усилителях

Ответ: Rf = 70 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 = (8 − 1)·10 = 70 kΩ

Ответ

Rf = 70 kΩ
12.Схемы на операционных усилителях

Ответ: Vout = 0,9727 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.

Напряжение на входе +

V₊ = V2·R4/(R3 + R4) = 2·100/(100 + 100) = 1 V

Наложение двух входов

При V₂ = 0 для V₁ схема — инвертирующий усилитель. При V₁ = 0 V₊ усиливается с коэффициентом неинвертирующего усилителя 1 + R₂/R₁.

Vout = −(2/22)·1,3 + (1 + 2/22)·1 = −0,1182 + 1,091 = 0,9727 V

Ответ

Vout = 0,9727 V
13.Переходные процессы RC и RL

Ответ: i = 0,3531 A

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 = 220 mH / 22 Ω = 10 ms
i(∞) = Vs/R = 10/22 = 0,4545 A

Ток в заданный момент

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0,4545·(1 − e−15/10) = 0,3531 A

Ответ

i = 0,3531 A
14.Переходные процессы RC и RL

Ответ: vC = 0,2492 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 напряжение конденсатора

В установившемся режиме конденсатор — разрыв, поэтому R₁ и R₂ образуют делитель напряжения. Напряжение конденсатора не может измениться скачком при размыкании ключа.

vC(0) = 6·3,3/(4,7 + 3,3) = 2,475 V

Постоянная времени после размыкания ключа

τ = R2·C = 3,3·33 = 108,9 ms

Разряд

vC(t) = 2,475·e−250/108,9 = 0,2492 V

Ответ

vC = 0,2492 V

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