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​ = 12 ΩIR1​R3​ = 15 Ω+−V1​9 VR2​8 ΩAR4​6 ΩB

Найдите ток IR1, отдаваемый источником и текущий через R1.

V1 = 9 VR1 = 12 ΩR2 = 8 ΩR3 = 15 ΩR4 = 6 Ω
IR1 = A
2.Последовательные и параллельные резисторыСложная
R1​ = 2 ΩR3​ = 30 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​15 VR2​5 ΩAR4​12 ΩBR6​8 Ω

Найдите эквивалентное сопротивление Req, которое видит источник V1.

V1 = 15 VR1 = 2 ΩR2 = 5 ΩR3 = 30 ΩR4 = 12 ΩR5 = 8 ΩR6 = 8 Ω
Req = Ω
3.Метод узловых потенциаловСредняя
R1​ = 5 ΩR3​ = 6 ΩIR3​+−V1​6 VR2​15 ΩAR4​8 ΩBIs​2,5 A

Используйте метод узловых потенциалов, чтобы найти ток IR3 через R3 в направлении стрелки.

V1 = 6 VIs = 2,5 AR1 = 5 ΩR2 = 15 ΩR3 = 6 ΩR4 = 8 Ω
IR3 = A
4.Метод узловых потенциаловСложная
R1​ = 8 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​5 VR2​6 ΩAR4​12 ΩIR4​B0,4·VA​

Ромб — это источник тока, управляемый напряжением, который направляет ток 0,4·VA (в A при VA в V) вверх в узел B. Методом узловых потенциалов найдите ток IR4 через R4 в направлении стрелки.

V1 = 5 VR1 = 8 ΩR2 = 6 ΩR3 = 30 ΩR4 = 12 Ωg = 0,4 A/V
IR4 = A
5.Метод контурных токовСредняя
R1​ = 15 ΩR2​ = 20 Ω+−V1​12 VR3​5 ΩA+−V2​18 VI1​I2​

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

V1 = 12 VV2 = 18 VR1 = 15 ΩR2 = 20 ΩR3 = 5 Ω
I2 = A
6.Метод контурных токовСложная
R1​ = 8 ΩR2​ = 10 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​30 VR4​15 Ω+−VR4​AR5​12 ΩB+−V2​12 VI1​I2​I3​

Используйте метод контурных токов, чтобы найти напряжение VR4 на R4 с указанной полярностью.

V1 = 30 VV2 = 12 VR1 = 8 ΩR2 = 10 ΩR3 = 15 ΩR4 = 15 ΩR5 = 12 Ω
VR4 = V
7.Метод наложенияСредняя
R1​ = 6 ΩR3​ = 2 ΩIR3​+−V1​24 VR2​10 ΩAR4​12 ΩBIs​1 A

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

V1 = 24 VIs = 1 AR1 = 6 ΩR2 = 10 ΩR3 = 2 ΩR4 = 12 Ω
IR3 = A
8.Метод наложенияСложная
R1​ = 6 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 2 Ω+−V1​30 VR3​12 ΩIR3​AIs​1,5 AB+−V2​15 V

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

V1 = 30 VIs = 1,5 AV2 = 15 VR1 = 6 ΩR2 = 4 ΩR3 = 12 ΩR4 = 2 Ω
IR3 = A
9.Тевенин и НортонСредняя
R1​ = 15 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​12 VR2​4 ΩAab

Найдите сопротивление Тевенина Rth со стороны зажимов a–b.

V1 = 12 VR1 = 15 ΩR2 = 4 ΩR3 = 10 Ω
Rth = Ω
10.Тевенин и НортонСложная
R1​ = 15 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​6 VR2​30 ΩAIs​2,5 ABab

Найдите напряжение Тевенина Vth со стороны зажимов a–b.

V1 = 6 VIs = 2,5 AR1 = 15 ΩR2 = 30 ΩR3 = 2 Ω
Vth = V
11.Схемы на операционных усилителяхСредняя
−+Vout​Rf​ = 100 kΩVin​R1​ = 22 kΩ

ОУ идеальный и питается от источников ±15 V; его выход насыщается на уровне ±12 V. На инвертирующий усилитель подаётся синусоидальный сигнал. Найдите наибольшую амплитуду входного сигнала Vin,max (пиковое значение), при которой выход не ограничивается.

R1 = 22 kΩRf = 100 kΩVsat = ±12 V
Vin,max = V
12.Схемы на операционных усилителяхСложная
−+Vout​Rf​ = 10 kΩV1​ = 1,8 VR1​ = 47 kΩV2​ = 0,4 VR2​ = 10 kΩ

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

V1 = 1,8 VV2 = 0,4 VR1 = 47 kΩR2 = 10 kΩRf = 10 kΩ
Vout = V
13.Переходные процессы RC и RLСредняя
+−Vs​9 Vt = 0R = 50 ΩL100 mHi(t)

До замыкания ключа в момент t = 0 тока через катушку нет. Найдите ток i в момент t = 5 ms.

Vs = 9 VR = 50 ΩL = 100 mHt = 5 ms
i = A
14.Переходные процессы RC и RLСложная
+−Vs​5 Vt = 0R = 6,8 kΩC220 µF+−vC​vC​(0) = 8 V

Непосредственно перед замыканием ключа в момент t = 0 конденсатор заряжен до 8 V с указанной полярностью. Найдите напряжение на конденсаторе vC в момент t = 400 ms.

Vs = 5 VR = 6,8 kΩC = 220 µFvC(0) = 8 Vt = 400 ms
vC = V

3Растворы

1.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: IR1 = 0,5058 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​ = 12 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​9 VR2​8 ΩAR4​6 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 = 15 + 6 = 21 Ω
R2 ∥ 21 = 8·21/(8+21) = 5,793 Ω
Req = R1 + 5,793 = 12 + 5,793 = 17,79 Ω

Ток источника

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

IR1 = V1/Req = 9/17,79 = 0,5058 A

Ответ

IR1 = 0,5058 A
2.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: Req = 6,403 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​ = 2 ΩR3​ = 30 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​15 VR2​5 ΩAR4​12 ΩBR6​8 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 = 8 + 8 = 16 Ω
R4 ∥ 16 = 6,857 Ω
R3 + 6,857 = 36,86 Ω
R2 ∥ 36,86 = 4,403 Ω
Req = R1 + 4,403 = 2 + 4,403 = 6,403 Ω

Ответ

Req = 6,403 Ω
3.Метод узловых потенциалов

Ответ: IR3 = −0,8732 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​ = 5 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​6 VR2​15 ΩAR4​8 ΩBIs​2,5 A

Определите узлы

Земля — нижний провод. Известные узловые напряжения берутся прямо из источников (V1 = 6 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/15 + (VA − 6)/5 + (VA − VB)/6 = 0
0,4333·VA − 0,1667·VB = 1,2

ЗТК в узле B

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

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/8 + (VB − VA)/6 = 2,5
−0,1667·VA + 0,2917·VB = 2,5

Решите

Δ = (0,4333)(0,2917) − (−0,1667)(−0,1667) = 0,09861
VA = Δ1/Δ = 0,7667/0,09861 = 7,775 V
VB = Δ2/Δ = 1,283/0,09861 = 13,01 V

Ответ

IR3 = (VA − VB)/R3 = (7,775 − 13,01)/6 = −0,8732 A
4.Метод узловых потенциалов

Ответ: IR4 = 0,9615 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

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

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
0,325·VA − 0,03333·VB = 0,625

ЗТК в узле B

Зависимый источник направляет ток g·VA в узел B. Рассматривайте его как независимый источник, а затем перенесите член с VA в левую часть.

(VB − VA)/R3 + VB/R4 = 0,4·VA
−0,4333·VA + 0,1167·VB = 0

Решите

Δ = (0,325)(0,1167) − (−0,03333)(−0,4333) = 0,02347
VA = Δ1/Δ = 0,07292/0,02347 = 3,107 V
VB = Δ2/Δ = 0,2708/0,02347 = 11,54 V

Ток через R₄

IR4 = VB/R4 = 11,54/12 = 0,9615 A

Ответ

IR4 = 0,9615 A
5.Метод контурных токов

Ответ: I2 = −0,6316 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​12 VR3​5 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
15·I1 + 5(I1 − I2) = 12
20·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 + R3(I2 − I1) = −V2
20·I2 + 5(I2 − I1) = (−18)
−5·I1 + 25·I2 = −18

Решите

Δ = (20)(25) − (−5)(−5) = 475
I1 = Δ1/Δ = 210/475 = 0,4421 A
I2 = Δ2/Δ = −300/475 = −0,6316 A

Ответ

I2 = −0,6316 A

Отрицательный контурный ток течёт против часовой стрелки.

6.Метод контурных токов

Ответ: VR4 = 16,17 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​ = 10 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​30 VR4​15 ΩAR5​12 ΩB+−V2​12 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
8·I1 + 15(I1 − I2) = 30
23·I1 − 15·I2 = 30

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
10·I2 + 15(I2 − I1) + 12(I2 − I3) = 0
−15·I1 + 37·I2 − 12·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
15·I3 + 12(I3 − I2) = (−12)
−12·I2 + 27·I3 = −12

Решите

Δ = определитель матрицы коэффициентов = 13590
I1 = Δ1/Δ = 23490/13590 = 1,728 A
I2 = Δ2/Δ = 8838/13590 = 0,6503 A
I3 = Δ3/Δ = −2112/13590 = −0,1554 A

Ответ

IR4 = I1 − I2 = 1,078 A
VR4 = IR4·R4 = 1,078·15 = 16,17 V

Отрицательный контурный ток течёт против часовой стрелки.

7.Метод наложения

Ответ: IR3 = −0,169 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​ = 6 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​24 VR2​10 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 = 2+12 = 14 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 10·14/(10+14) = 5,833 Ω
VA = 24·5,833/(6+5,833) = 11,83 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 11,83·12/14 = 10,14 V
IR3′ = (VB − VA)/R3 = (10,14 − 11,83)/2 = −0,8451 A
R1​ = 6 ΩR3​ = 2 ΩКЗR2​10 ΩAR4​12 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 = 6·10/(6+10) = 3,75 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 12 ∥ 5,75 = 3,887 Ω
VB = Is·Req = 1·3,887 = 3,887 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 3,887·3,75/5,75 = 2,535 V
IR3″ = (VB − VA)/R3 = (3,887 − 2,535)/2 = 0,6761 A

Сложите составляющие

IR3 = IR3′ + IR3″
IR3 = (−0,8451) + 0,6761 = −0,169 A

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

8.Метод наложения

Ответ: IR3 = 1,6 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​ = 6 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 2 Ω+−V1​30 VR3​12 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) = 12 ∥ 6 = 4 Ω
VA = 30·4/(6+4) = 12 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 12·2/6 = 4 V
IR3′ = (VA − 0)/R3 = (12 − 0)/12 = 1 A
R1​ = 6 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 2 ΩКЗR3​12 ΩAIs​1,5 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.

R1 ∥ R3 = 4 Ω, поэтому левый путь — R2+4 = 8 Ω
Req = R4 ∥ 8 = 1,6 Ω
VB = Is·Req = 1,5·1,6 = 2,4 V
VA = VB·4/8 = 1,2 V
IR3″ = (VA − 0)/R3 = (1,2 − 0)/12 = 0,1 A
R1​ = 6 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 2 ΩКЗR3​12 ΩAОБРЫВB+−V2​15 V

Случай 3 · действует только V2

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

R1 ∥ R3 = 6·12/(6+12) = 4 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 15·8/10 = 12 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 12·4/8 = 6 V
IR3‴ = (VA − 0)/R3 = (6 − 0)/12 = 0,5 A

Сложите составляющие

IR3 = IR3′ + IR3″ + IR3‴
IR3 = 1 + 0,1 + 0,5 = 1,6 A

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

9.Тевенин и Нортон

Ответ: Rth = 13,16 Ω

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​ = 15 ΩR3​ = 10 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 = 15·4/(15+4) = 3,158 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,158 + 10 = 13,16 Ω
10.Тевенин и Нортон

Ответ: Vth = 34 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​ = 15 ΩR3​ = 2 ΩКЗR2​30 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 = 15·30/(15+30) = 10 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 10 + 2 = 12 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​6 VR2​30 ΩAIs​2,5 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) = 4 + 2,5·10 = 29 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 29 + 2,5·2 = 34 V
11.Схемы на операционных усилителях

Ответ: Vin,max = 2,64 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.

Коэффициент усиления

|Av| = Rf/R1 = 100/22 = 4,545

Наибольший вход до ограничения

Vin,max = Vsat/|Av| = 12/4,545 = 2,64 V

Ответ

Vin,max = 2,64 V
12.Схемы на операционных усилителях

Ответ: Vout = −0,783 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 = 1,8/47 = 0,0383 mA
I2 = V2/R2 = 0,4/10 = 0,04 mA
If = I1 + I2 = 0,0783 mA

Выходное напряжение

Vout = −Rf·If = −10·0,0783 = −0,783 V

Ответ

Vout = −0,783 V
13.Переходные процессы RC и RL

Ответ: i = 0,1652 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 = 100 mH / 50 Ω = 2 ms
i(∞) = Vs/R = 9/50 = 0,18 A

Ток в заданный момент

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0,18·(1 − e−5/2) = 0,1652 A

Ответ

i = 0,1652 A
14.Переходные процессы RC и RL

Ответ: vC = 7,296 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) = 8 V, vC(∞) = Vs = 5 V
τ = R·C = 6,8 kΩ · 220 µF = 1496 ms
vC(t) = 5 + (8 − 5)·e−t/τ

Напряжение в заданный момент

vC(400) = 5 + (3)·e−400/1496 = 7,296 V

Ответ

vC = 7,296 V

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