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 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​8 ΩIR2​AR4​8 ΩB

Найдите ток IR2 через R2.

V1 = 6 VR1 = 12 ΩR2 = 8 ΩR3 = 3 ΩR4 = 8 Ω
IR2 = A
2.Последовательные и параллельные резисторыСложная
R1​ = 10 ΩR3​ = 4 ΩR5​ = 25 Ω+−V1​36 VR2​2 ΩAR4​15 ΩBR6​30 Ω

Найдите эквивалентное сопротивление Req, которое видит источник V1.

V1 = 36 VR1 = 10 ΩR2 = 2 ΩR3 = 4 ΩR4 = 15 ΩR5 = 25 ΩR6 = 30 Ω
Req = Ω
3.Метод узловых потенциаловСредняя
R1​ = 2 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​12 VR2​12 ΩAR4​2 ΩBIs​2 A

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

V1 = 12 VIs = 2 AR1 = 2 ΩR2 = 12 ΩR3 = 8 ΩR4 = 2 Ω
VA = V
4.Метод узловых потенциаловСложная
R1​ = 2 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 30 Ω+−V1​24 VR3​4 ΩAR5​10 ΩBIs​0,5 A−+V2​36 V

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

V1 = 24 VIs = 0,5 AV2 = 36 VR1 = 2 ΩR2 = 2 ΩR3 = 4 ΩR4 = 30 ΩR5 = 10 Ω
VA = V
5.Метод контурных токовСредняя
R1​ = 5 ΩR2​ = 5 Ω+−V1​30 VR3​3 Ω+−VR3​A+−V2​9 VI1​I2​

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

V1 = 30 VV2 = 9 VR1 = 5 ΩR2 = 5 ΩR3 = 3 Ω
VR3 = V
6.Метод контурных токовСложная
R1​ = 12 ΩR2​ = 12 Ω+−VR2​R3​ = 3 Ω+−V1​24 VR4​30 ΩAR5​15 ΩB+−V2​18 VI1​I2​I3​

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

V1 = 24 VV2 = 18 VR1 = 12 ΩR2 = 12 ΩR3 = 3 ΩR4 = 30 ΩR5 = 15 Ω
VR2 = V
7.Метод наложенияСредняя
линейная цепьVs​Is​IRL​

Линейная резистивная цепь содержит один источник напряжения Vs и один источник тока Is. Ток I через нагрузочный резистор измерен дважды: при Vs = 20 V и Is = 10 mA I = 19 mA; при Vs = 2 V и Is = 6 mA I = 1,4 mA. Найдите ток нагрузки I при Vs = 20 V и Is = 2 mA.

20 V, 10 mA → 19 mA2 V, 6 mA → 1,4 mAVs = 20 V, Is = 2 mA
I = mA
8.Метод наложенияСложная
R1​ = 2 ΩR2​ = 30 ΩR4​ = 12 Ω+−V1​9 VR3​15 ΩIR3​AIs​4 AB+−V2​18 V

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

V1 = 9 VIs = 4 AV2 = 18 VR1 = 2 ΩR2 = 30 ΩR3 = 15 ΩR4 = 12 Ω
IR3 = A
9.Тевенин и НортонСредняя
R1​ = 2 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​9 VR2​5 ΩAab

Найдите сопротивление Тевенина Rth со стороны зажимов a–b.

V1 = 9 VR1 = 2 ΩR2 = 5 ΩR3 = 3 Ω
Rth = Ω
10.Тевенин и НортонСложная
R1​ = 15 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​5 VR2​30 ΩAIs​2 ABab

Найдите напряжение Тевенина Vth со стороны зажимов a–b.

V1 = 5 VIs = 2 AR1 = 15 ΩR2 = 30 ΩR3 = 6 Ω
Vth = V
11.Схемы на операционных усилителяхСредняя
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 10 kΩVin​

Подберите резистор обратной связи Rf, чтобы этот неинвертирующий усилитель имел коэффициент усиления по напряжению 5.

R1 = 10 kΩAv = 5
Rf = kΩ
12.Схемы на операционных усилителяхСложная
Vin​V1​Vout​каскад 1: инвертирующийR1​ = 47 kΩRf1​ = 100 kΩкаскад 2: неинвертирующийR2​ = 100 kΩRf2​ = 100 kΩ

Два каскада на идеальных ОУ соединены последовательно: инвертирующий усилитель (R1, Rf1), за ним неинвертирующий (R2 на землю, Rf2 в обратной связи). Оба питаются от ±15 V. Найдите общий коэффициент усиления по напряжению Av = Vout/Vin.

R1 = 47 kΩRf1 = 100 kΩR2 = 100 kΩRf2 = 100 kΩ
Av =
13.Переходные процессы RC и RLСредняя
+−Vs​20 Vt = 0R = 33 ΩL220 mHi(t)

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

Vs = 20 VR = 33 ΩL = 220 mHt = 15 ms
i = A
14.Переходные процессы RC и RLСложная
+−Vs​9 Vt = 0R = 10 kΩC33 µF+−vC​vC​(0) = 15 V

Непосредственно перед замыканием ключа в момент t = 0 конденсатор заряжен до 15 V с указанной полярностью. Найдите напряжение на конденсаторе vC в момент t = 250 ms.

Vs = 9 VR = 10 kΩC = 33 µFvC(0) = 15 Vt = 250 ms
vC = V

3Растворы

1.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: IR2 = 0,2089 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​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​8 ΩAR4​8 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 = 3 + 8 = 11 Ω
R2 ∥ 11 = 8·11/(8+11) = 4,632 Ω
Req = R1 + 4,632 = 12 + 4,632 = 16,63 Ω

Ток источника

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

IR1 = V1/Req = 6/16,63 = 0,3608 A

Ток через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 6 − 0,3608·12 = 1,671 V
IR2 = VA/R2 = 1,671/8 = 0,2089 A

Ответ

IR2 = 0,2089 A
2.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: Req = 11,78 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​ = 10 ΩR3​ = 4 ΩR5​ = 25 Ω+−V1​36 VR2​2 ΩAR4​15 ΩBR6​30 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 = 25 + 30 = 55 Ω
R4 ∥ 55 = 11,79 Ω
R3 + 11,79 = 15,79 Ω
R2 ∥ 15,79 = 1,775 Ω
Req = R1 + 1,775 = 10 + 1,775 = 11,78 Ω

Ответ

Req = 11,78 Ω
3.Метод узловых потенциалов

Ответ: VA = 9,366 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​ = 2 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​12 VR2​12 ΩAR4​2 ΩBIs​2 A

Определите узлы

Земля — нижний провод. Известные узловые напряжения берутся прямо из источников (V1 = 12 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/12 + (VA − 12)/2 + (VA − VB)/8 = 0
0,7083·VA − 0,125·VB = 6

ЗТК в узле B

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

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/2 + (VB − VA)/8 = 2
−0,125·VA + 0,625·VB = 2

Решите

Δ = (0,7083)(0,625) − (−0,125)(−0,125) = 0,4271
VA = Δ1/Δ = 4/0,4271 = 9,366 V
VB = Δ2/Δ = 2,167/0,4271 = 5,073 V

Ответ

VA = 9,366 V
4.Метод узловых потенциалов

Ответ: VA = 12,46 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​ = 2 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 30 Ω+−V1​24 VR3​4 ΩAR5​10 ΩBIs​0,5 A−+V2​36 V

Определите узлы

Земля — нижний провод. Известные узловые напряжения берутся прямо из источников (V1 = 24 V, V2 = −36 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/4 + (VA − 24)/2 + (VA − VB)/2 = 0
1,25·VA − 0,5·VB = 12

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)/2 + (VB − (−36))/30 = (−0,5)
−0,5·VA + 0,6333·VB = −1,7

Решите

Δ = (1,25)(0,6333) − (−0,5)(−0,5) = 0,5417
VA = Δ1/Δ = 6,75/0,5417 = 12,46 V
VB = Δ2/Δ = 3,875/0,5417 = 7,154 V

Ответ

VA = 12,46 V
5.Метод контурных токов

Ответ: VR3 = 10,64 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​ = 5 ΩR2​ = 5 Ω+−V1​30 VR3​3 ΩA+−V2​9 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
5·I1 + 3(I1 − I2) = 30
8·I1 − 3·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 + R3(I2 − I1) = −V2
5·I2 + 3(I2 − I1) = (−9)
−3·I1 + 8·I2 = −9

Решите

Δ = (8)(8) − (−3)(−3) = 55
I1 = Δ1/Δ = 213/55 = 3,873 A
I2 = Δ2/Δ = 18/55 = 0,3273 A

Ответ

IR3 = I1 − I2 = 3,545 A
VR3 = IR3·R3 = 3,545·3 = 10,64 V

Отрицательный контурный ток течёт против часовой стрелки.

6.Метод контурных токов

Ответ: VR2 = 1,115 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​ = 12 ΩR2​ = 12 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​24 VR4​30 ΩAR5​15 ΩB+−V2​18 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 + 30(I1 − I2) = 24
42·I1 − 30·I2 = 24

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
12·I2 + 30(I2 − I1) + 15(I2 − I3) = 0
−30·I1 + 57·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
3·I3 + 15(I3 − I2) = (−18)
−15·I2 + 18·I3 = −18

Решите

Δ = определитель матрицы коэффициентов = 17442
I1 = Δ1/Δ = 11124/17442 = 0,6378 A
I2 = Δ2/Δ = 1620/17442 = 0,09288 A
I3 = Δ3/Δ = −16092/17442 = −0,9226 A

Ответ

IR2 = I2 = 0,09288 A
VR2 = IR2·R2 = 0,09288·12 = 1,115 V

Отрицательный контурный ток течёт против часовой стрелки.

7.Метод наложения

Ответ: I = 19,8 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 отклик как сумму вкладов

Каждый вклад пропорционален своему источнику с коэффициентом, зависящим только от резисторов.

I = k₁·Vs + k₂·Is
20·k₁ + 10·k₂ = 19
2·k₁ + 6·k₂ = 1,4

Находим константы

Δ = (20)(6) − (10)(2) = 100
k₁ = Δ1/Δ = 100/100 = 1
k₂ = Δ2/Δ = −10/100 = −0,1
k₁ = 1 mA/V, k₂ = −0,1

Предсказываем новый ток

I = 1·20 + (−0,1)·2 = 19,8 mA

Ответ

I = 19,8 mA
8.Метод наложения

Ответ: IR3 = 0,4274 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​ = 2 ΩR2​ = 30 ΩR4​ = 12 Ω+−V1​9 VR3​15 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) = 15 ∥ 42 = 11,05 Ω
VA = 9·11,05/(2+11,05) = 7,621 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 7,621·12/42 = 2,177 V
IR3′ = (VA − 0)/R3 = (7,621 − 0)/15 = 0,5081 A
R1​ = 2 ΩR2​ = 30 ΩR4​ = 12 ΩКЗR3​15 ΩAIs​4 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 = 1,765 Ω, поэтому левый путь — R2+1,765 = 31,76 Ω
Req = R4 ∥ 31,76 = 8,71 Ω
VB = Is·Req = (−4)·8,71 = −34,84 V
VA = VB·1,765/31,76 = −1,935 V
IR3″ = (VA − 0)/R3 = (−1,935 − 0)/15 = −0,129 A
R1​ = 2 ΩR2​ = 30 ΩR4​ = 12 ΩКЗR3​15 ΩAОБРЫВB+−V2​18 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 = 2·15/(2+15) = 1,765 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 18·31,76/43,76 = 13,06 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 13,06·1,765/31,76 = 0,7258 V
IR3‴ = (VA − 0)/R3 = (0,7258 − 0)/15 = 0,04839 A

Сложите составляющие

IR3 = IR3′ + IR3″ + IR3‴
IR3 = 0,5081 + (−0,129) + 0,04839 = 0,4274 A

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

9.Тевенин и Нортон

Ответ: Rth = 4,429 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​ = 2 ΩR3​ = 3 ΩКЗR2​5 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 = 2·5/(2+5) = 1,429 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,429 + 3 = 4,429 Ω
10.Тевенин и Нортон

Ответ: Vth = −28,67 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​ = 6 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 + 6 = 16 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​5 VR2​30 ΩAIs​2 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) = 3,333 + (−2)·10 = −16,67 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −16,67 + (−2)·6 = −28,67 V
11.Схемы на операционных усилителях

Ответ: Rf = 40 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 = (5 − 1)·10 = 40 kΩ

Ответ

Rf = 40 kΩ
12.Схемы на операционных усилителях

Ответ: Av = −4,255

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 каждого каскада

A1 = −Rf1/R1 = −100/47 = −2,128
A2 = 1 + Rf2/R2 = 1 + 100/100 = 2

Общий коэффициент усиления

Av = A1·A2 = −2,128·2 = −4,255

Ответ

Av = −4,255
13.Переходные процессы RC и RL

Ответ: i = 0,5422 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 / 33 Ω = 6,667 ms
i(∞) = Vs/R = 20/33 = 0,6061 A

Ток в заданный момент

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0,6061·(1 − e−15/6,667) = 0,5422 A

Ответ

i = 0,5422 A
14.Переходные процессы RC и RL

Ответ: vC = 11,81 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) = 15 V, vC(∞) = Vs = 9 V
τ = R·C = 10 kΩ · 33 µF = 330 ms
vC(t) = 9 + (15 − 9)·e−t/τ

Напряжение в заданный момент

vC(250) = 9 + (6)·e−250/330 = 11,81 V

Ответ

vC = 11,81 V

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