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​ = 20 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​9 VR2​4 ΩIR2​AR4​3 ΩB

Найдите ток IR2 через R2.

V1 = 9 VR1 = 20 ΩR2 = 4 ΩR3 = 2 ΩR4 = 3 Ω
IR2 = A
2.Последовательные и параллельные резисторыСложная
R1​ = 5 ΩIR1​R3​ = 5 ΩR5​ = 30 Ω+−V1​36 VR2​10 ΩAR4​6 ΩBR6​15 Ω

Найдите ток IR1, отдаваемый источником и текущий через R1.

V1 = 36 VR1 = 5 ΩR2 = 10 ΩR3 = 5 ΩR4 = 6 ΩR5 = 30 ΩR6 = 15 Ω
IR1 = A
3.Метод узловых потенциаловСредняя
R1​ = 3 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​24 VR2​20 ΩAR4​10 ΩBIs​2,5 A

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

V1 = 24 VIs = 2,5 AR1 = 3 ΩR2 = 20 ΩR3 = 4 ΩR4 = 10 Ω
PIs = W
4.Метод узловых потенциаловСложная
R1​ = 12 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​24 VR2​12 ΩAR4​5 ΩB0,2·VA​

Ромб — это источник тока, управляемый напряжением, который направляет ток 0,2·VA (в A при VA в V) вверх в узел B. Методом узловых потенциалов найдите узловое напряжение VB (относительно земли).

V1 = 24 VR1 = 12 ΩR2 = 12 ΩR3 = 4 ΩR4 = 5 Ωg = 0,2 A/V
VB = V
5.Метод контурных токовСредняя
R1​ = 3 ΩR2​ = 8 Ω+−VR2​+−V1​10 VR3​8 ΩA+−V2​24 VI1​I2​

Используйте метод контурных токов, чтобы найти напряжение VR2 на R2 с указанной полярностью.

V1 = 10 VV2 = 24 VR1 = 3 ΩR2 = 8 ΩR3 = 8 Ω
VR2 = V
6.Метод контурных токовСложная
R1​ = 4 ΩR2​ = 5 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​6 VR4​4 ΩAR5​25 ΩB+−V2​24 VI1​I2​I3​

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

V1 = 6 VV2 = 24 VR1 = 4 ΩR2 = 5 ΩR3 = 6 ΩR4 = 4 ΩR5 = 25 Ω
I3 = A
7.Метод наложенияСредняя
R1​ = 3 ΩR3​ = 2 ΩIR3​+−V1​30 VR2​4 ΩAR4​4 ΩBIs​?

Найдите значение источника тока Is (направление как на схеме), при котором ток IR3 через R3 равен нулю.

V1 = 30 VR1 = 3 ΩR2 = 4 ΩR3 = 2 ΩR4 = 4 Ω
Is = 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 = 24,5 mA. Если V1 удвоить, а два других оставить без изменений, I = 26 mA. Если изменить направление Is на противоположное, а два других оставить без изменений, I = 0,5 mA. Найдите ток нагрузки I, если V2 отключён, а V1 и Is имеют номинальные значения.

номинальные значения: I = 24,5 mA2·V1: I = 26 mA−Is: I = 0,5 mA
I = mA
9.Тевенин и НортонСредняя
R1​ = 20 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​6 VR2​15 ΩARL​15 ΩIL​B

К a–b подключена нагрузка RL = 15 Ω. Замените остальную цепь эквивалентом Тевенина и найдите ток нагрузки IL.

V1 = 6 VR1 = 20 ΩR2 = 15 ΩR3 = 15 ΩRL = 15 Ω
IL = A
10.Тевенин и НортонСложная
R1​ = 4 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​6 VR2​6 ΩAIs​0,5 ABab

Найдите напряжение Тевенина Vth со стороны зажимов a–b.

V1 = 6 VIs = 0,5 AR1 = 4 ΩR2 = 6 ΩR3 = 6 Ω
Vth = V
11.Схемы на операционных усилителяхСредняя
−+Vout​Rf​ = 100 kΩR1​ = 22 kΩVin​ = 0,1 V

ОУ идеальный и питается от ±15 V. Найдите выходное напряжение Vout.

Vin = 0,1 VR1 = 22 kΩRf = 100 kΩ
Vout = V
12.Схемы на операционных усилителяхСложная
−+Vout​Rf​ = 22 kΩV1​ = 0,5 VR1​ = 1 kΩV2​ = 1,9 VR2​ = 22 kΩIf​

Суммирующий усилитель использует идеальный ОУ с питанием ±15 V. Найдите ток If через резистор обратной связи, текущий к выходу.

V1 = 0,5 VV2 = 1,9 VR1 = 1 kΩR2 = 22 kΩRf = 22 kΩ
If = mA
13.Переходные процессы RC и RLСредняя
+−Vs​20 Vt = 0R1​ = 6,8 kΩR2​ = 4,7 kΩC47 µF+−vC​

Источник Vₛ заряжает конденсатор через R₁, а R₂ подключён параллельно C. Конденсатор разряжен, когда ключ замыкается в момент t = 0. Найдите напряжение на конденсаторе vC в момент t = 100 ms.

Vs = 20 VR1 = 6,8 kΩR2 = 4,7 kΩC = 47 µFt = 100 ms
vC = V
14.Переходные процессы RC и RLСложная
+−Vs​10 Vt = 0R = 2,2 kΩC68 µF+−vC​vC​(0) = 8 V

Непосредственно перед замыканием ключа в момент t = 0 конденсатор заряжен до 8 V с указанной полярностью. Через какое время vC достигнет 8,6 V? Найдите t.

Vs = 10 VR = 2,2 kΩC = 68 µFvC(0) = 8 V
t = ms

3Растворы

1.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: IR2 = 0,225 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​ = 20 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​9 VR2​4 ΩAR4​3 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 + 3 = 5 Ω
R2 ∥ 5 = 4·5/(4+5) = 2,222 Ω
Req = R1 + 2,222 = 20 + 2,222 = 22,22 Ω

Ток источника

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

IR1 = V1/Req = 9/22,22 = 0,405 A

Ток через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 9 − 0,405·20 = 0,9 V
IR2 = VA/R2 = 0,9/4 = 0,225 A

Ответ

IR2 = 0,225 A
2.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: IR1 = 3,574 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​ = 5 ΩR3​ = 5 ΩR5​ = 30 Ω+−V1​36 VR2​10 ΩAR4​6 ΩBR6​15 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 = 30 + 15 = 45 Ω
R4 ∥ 45 = 5,294 Ω
R3 + 5,294 = 10,29 Ω
R2 ∥ 10,29 = 5,072 Ω
Req = R1 + 5,072 = 5 + 5,072 = 10,07 Ω

Ток источника

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

IR1 = V1/Req = 36/10,07 = 3,574 A

Ответ

IR1 = 3,574 A
3.Метод узловых потенциалов

Ответ: PIs = 56,28 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/20 + (VA − 24)/3 + (VA − VB)/4 = 0
0,6333·VA − 0,25·VB = 8

ЗТК в узле B

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

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/10 + (VB − VA)/4 = 2,5
−0,25·VA + 0,35·VB = 2,5

Решите

Δ = (0,6333)(0,35) − (−0,25)(−0,25) = 0,1592
VA = Δ1/Δ = 3,425/0,1592 = 21,52 V
VB = Δ2/Δ = 3,583/0,1592 = 22,51 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 = 22,51·2,5 = 56,28 W

Ответ

PIs = 56,28 W
4.Метод узловых потенциалов

Ответ: VB = 12 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.

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
0,4167·VA − 0,25·VB = 2

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 = 0,2·VA
−0,45·VA + 0,45·VB = 0

Решите

Δ = (0,4167)(0,45) − (−0,25)(−0,45) = 0,075
VA = Δ1/Δ = 0,9/0,075 = 12 V
VB = Δ2/Δ = 0,9/0,075 = 12 V

Ответ

VB = 12 V
5.Метод контурных токов

Ответ: VR2 = −13,14 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​ = 3 ΩR2​ = 8 Ω+−V1​10 VR3​8 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
3·I1 + 8(I1 − I2) = 10
11·I1 − 8·I2 = 10

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
8·I2 + 8(I2 − I1) = (−24)
−8·I1 + 16·I2 = −24

Решите

Δ = (11)(16) − (−8)(−8) = 112
I1 = Δ1/Δ = −32/112 = −0,2857 A
I2 = Δ2/Δ = −184/112 = −1,643 A

Ответ

IR2 = I2 = −1,643 A
VR2 = IR2·R2 = −1,643·8 = −13,14 V

Отрицательный контурный ток течёт против часовой стрелки.

6.Метод контурных токов

Ответ: I3 = −1,888 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​ = 4 ΩR2​ = 5 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​6 VR4​4 ΩAR5​25 ΩB+−V2​24 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
4·I1 + 4(I1 − I2) = 6
8·I1 − 4·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 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
5·I2 + 4(I2 − I1) + 25(I2 − I3) = 0
−4·I1 + 34·I2 − 25·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
6·I3 + 25(I3 − I2) = (−24)
−25·I2 + 31·I3 = −24

Решите

Δ = определитель матрицы коэффициентов = 2936
I1 = Δ1/Δ = 174/2936 = 0,05926 A
I2 = Δ2/Δ = −4056/2936 = −1,381 A
I3 = Δ3/Δ = −5544/2936 = −1,888 A

Ответ

I3 = −1,888 A

Отрицательный контурный ток течёт против часовой стрелки.

7.Метод наложения

Ответ: Is = 4,286 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​ = 2 Ω+−V1​30 VR2​4 ΩAR4​4 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+4 = 6 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 4·6/(4+6) = 2,4 Ω
VA = 30·2,4/(3+2,4) = 13,33 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 13,33·4/6 = 8,889 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (13,33 − 8,889)/2 = 2,222 A

Случай 2 · действует только Is

V₁ становится коротким замыканием, поэтому R₁ ∥ R₂ подключены между A и землёй. Iₛ делится в узле B между R₄ и ветвью R₃ + R₁∥R₂; часть через R₃ течёт от B к A, против стрелки.

R1 ∥ R2 = 1,714 Ω
IR3″ = −Is·R4/(R4 + R3 + R1∥R2) = −Is·4/7,714 = −0,5185·Is

Приравниваем сумму к нулю

IR3′ + IR3″ = 2,222 − 0,5185·Is = 0
Is = 2,222/0,5185 = 4,286 A

Ответ

Is = 4,286 A
8.Метод наложения

Ответ: I = 13,5 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 = 24,5
2·I₁ + I₂ + I₃ = 26
I₁ + I₂ − I₃ = 0,5

Находим вклады

I₁ = 26 − 24,5 = 1,5 mA
I₃ = (24,5 − 0,5)/2 = 12 mA
I₂ = 24,5 − 1,5 − 12 = 11 mA

Отключаем V₂

I = I₁ + I₃ = 1,5 + 12 = 13,5 mA

Ответ

I = 13,5 mA
9.Тевенин и Нортон

Ответ: IL = 0,06667 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​ = 20 ΩR3​ = 15 ΩКЗR2​15 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 = 20·15/(20+15) = 8,571 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 8,571 + 15 = 23,57 Ω
R1​ = 20 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​6 VR2​15 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) = 6·15/(20+15) = 2,571 V
Rth​ = 23,57 Ω+−Vth​2,571 VRL​15 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) = 2,571/(23,57 + 15) = 0,06667 A
10.Тевенин и Нортон

Ответ: Vth = 7,8 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​ = 4 ΩR3​ = 6 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 = 4·6/(4+6) = 2,4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,4 + 6 = 8,4 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​6 VR2​6 ΩAIs​0,5 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) = 3,6 + 0,5·2,4 = 4,8 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 4,8 + 0,5·6 = 7,8 V
11.Схемы на операционных усилителях

Ответ: Vout = 0,5545 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.

Инвертирующий вход повторяет вход

V₋ = V₊ = 0,1 V
I = V₋/R1 = 0,1/22 = 0,004545 mA

Выходное напряжение

Ток через R₁ течёт и через Rf.

Vout = V₋ + I·Rf = 0,1 + 0,004545·100 = 0,5545 V

Ответ

Vout = 0,5545 V
12.Схемы на операционных усилителях

Ответ: If = 0,5864 mA

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 = 0,5/1 = 0,5 mA
I2 = V2/R2 = 1,9/22 = 0,08636 mA
If = I1 + I2 = 0,5864 mA

Ответ

If = 0,5864 mA
13.Переходные процессы RC и RL

Ответ: vC = 4,373 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.

Эквивалентная схема Тевенина со стороны конденсатора

Закоротите источник, чтобы найти Rth; отключите конденсатор, чтобы найти напряжение, до которого он зарядится.

Rth = R1 ∥ R2 = 6,8·4,7/(6,8 + 4,7) = 2,779 kΩ
vC(∞) = 20·4,7/(6,8 + 4,7) = 8,174 V

Постоянная времени

τ = Rth·C = 2,779·47 = 130,6 ms

Кривая заряда

vC(t) = 8,174·(1 − e−100/130,6) = 4,373 V

Ответ

vC = 4,373 V
14.Переходные процессы RC и RL

Ответ: t = 53,36 ms

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 = 10 V
τ = R·C = 2,2 kΩ · 68 µF = 149,6 ms
vC(t) = 10 + (8 − 10)·e−t/τ

Выразите время

8,6 = 10 + (−2)·e−t/τ → e−t/τ = (8,6 − 10)/(8 − 10) = 0,7
t = τ·ln((8 − 10)/(8,6 − 10)) = 149,6·ln(1,429) = 53,36 ms

Ответ

t = 53,36 ms

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