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​ = 8 Ω+−V1​6 VR2​15 ΩAR4​8 ΩB

Найдите эквивалентное сопротивление Req, которое видит источник V1.

V1 = 6 VR1 = 20 ΩR2 = 15 ΩR3 = 8 ΩR4 = 8 Ω
Req = Ω
2.Последовательные и параллельные резисторыСложная
R1​ = 8 ΩR3​ = 2 ΩR5​ = 2 Ω+−V1​9 VR2​6 ΩAR4​25 ΩBR6​10 Ω

Найдите эквивалентное сопротивление Req, которое видит источник V1.

V1 = 9 VR1 = 8 ΩR2 = 6 ΩR3 = 2 ΩR4 = 25 ΩR5 = 2 ΩR6 = 10 Ω
Req = Ω
3.Метод узловых потенциаловСредняя
R1​ = 15 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​15 VR2​8 ΩAR4​20 ΩBIs​1 A

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

V1 = 15 VIs = 1 AR1 = 15 ΩR2 = 8 ΩR3 = 20 ΩR4 = 20 Ω
VA = V
4.Метод узловых потенциаловСложная
R1​ = 20 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR2​20 ΩAR4​25 ΩBIs​?

Источник тока регулируют до тех пор, пока напряжение узла A не станет VA = 21 V. Методом узловых потенциалов найдите ток источника Is (направление как на схеме).

V1 = 15 VR1 = 20 ΩR2 = 20 ΩR3 = 10 ΩR4 = 25 ΩVA = 21 V
Is = A
5.Метод контурных токовСредняя
R1​ = 6 ΩR2​ = 15 Ω+−V1​15 VR3​8 ΩA+−V2​18 VI1​I2​

Используйте метод контурных токов, чтобы найти контурный ток I1 (по часовой стрелке).

V1 = 15 VV2 = 18 VR1 = 6 ΩR2 = 15 ΩR3 = 8 Ω
I1 = A
6.Метод контурных токовСложная
R1​ = 10 ΩR2​ = 6 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​18 VR4​3 ΩAR5​12 ΩIR5​B+−V2​9 VI1​I2​I3​

Используйте метод контурных токов, чтобы найти ток IR5 через R5 в направлении стрелки.

V1 = 18 VV2 = 9 VR1 = 10 ΩR2 = 6 ΩR3 = 30 ΩR4 = 3 ΩR5 = 12 Ω
IR5 = A
7.Метод наложенияСредняя
R1​ = 12 ΩIR1​R3​ = 2 Ω+−V1​12 VR2​2 ΩAR4​8 ΩBIs​2,5 A

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

V1 = 12 VIs = 2,5 AR1 = 12 ΩR2 = 2 ΩR3 = 2 ΩR4 = 8 Ω
IR1 = A
8.Метод наложенияСложная
R1​ = 6 ΩR2​ = 5 ΩR4​ = 4 Ω+−V1​12 VR3​10 ΩIR3​AIs​5 AB+−V2​?

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

V1 = 12 VIs = 5 AR1 = 6 ΩR2 = 5 ΩR3 = 10 ΩR4 = 4 Ω
V2 = V
9.Тевенин и НортонСредняя
R1​ = 8 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​12 VR2​4 ΩAab

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

V1 = 12 VR1 = 8 ΩR2 = 4 ΩR3 = 5 Ω
IN = A
10.Тевенин и НортонСложная
R1​ = 6 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩAIs​3 ABab

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

V1 = 24 VIs = 3 AR1 = 6 ΩR2 = 4 ΩR3 = 12 Ω
IN = A
11.Схемы на операционных усилителяхСредняя
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 4,7 kΩVin​

Подберите резистор обратной связи Rf, чтобы этот неинвертирующий усилитель имел коэффициент усиления по напряжению 11.

R1 = 4,7 kΩAv = 11
Rf = kΩ
12.Схемы на операционных усилителяхСложная
Vin​V1​Vout​каскад 1: инвертирующийR1​ = 1 kΩRf1​ = 47 kΩкаскад 2: неинвертирующийR2​ = 2 kΩRf2​ = 2 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. Входное напряжение Vin = 0,1 V. Найдите выходное напряжение Vout.

R1 = 1 kΩRf1 = 47 kΩR2 = 2 kΩRf2 = 2 kΩVin = 0,1 V
Vout = V
13.Переходные процессы RC и RLСредняя
+−Vs​12 Vt = 0R1​ = 10 kΩR2​ = 6,8 kΩC22 µF+−vC​

Источник Vₛ заряжает конденсатор через R₁, а R₂ подключён параллельно C. Конденсатор разряжен, когда ключ замыкается в момент t = 0. Найдите постоянную времени τ цепи после замыкания ключа.

Vs = 12 VR1 = 10 kΩR2 = 6,8 kΩC = 22 µF
τ = ms
14.Переходные процессы RC и RLСложная
+−Vs​12 Vt = 0R = 2,2 kΩC22 µF+−vC​vC​(0) = 3 V

Непосредственно перед замыканием ключа в момент t = 0 конденсатор заряжен до 3 V с указанной полярностью. Найдите напряжение на конденсаторе vC в момент t = 40 ms.

Vs = 12 VR = 2,2 kΩC = 22 µFvC(0) = 3 Vt = 40 ms
vC = V

3Растворы

1.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: Req = 27,74 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​ = 20 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​6 VR2​15 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 = 8 + 8 = 16 Ω
R2 ∥ 16 = 15·16/(15+16) = 7,742 Ω
Req = R1 + 7,742 = 20 + 7,742 = 27,74 Ω

Ответ

Req = 27,74 Ω
2.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: Req = 11,77 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​ = 8 ΩR3​ = 2 ΩR5​ = 2 Ω+−V1​9 VR2​6 ΩAR4​25 ΩBR6​10 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 + 10 = 12 Ω
R4 ∥ 12 = 8,108 Ω
R3 + 8,108 = 10,11 Ω
R2 ∥ 10,11 = 3,765 Ω
Req = R1 + 3,765 = 8 + 3,765 = 11,77 Ω

Ответ

Req = 11,77 Ω
3.Метод узловых потенциалов

Ответ: VA = 6,923 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​ = 15 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​15 VR2​8 ΩAR4​20 ΩBIs​1 A

Определите узлы

Земля — нижний провод. Известные узловые напряжения берутся прямо из источников (V1 = 15 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 − 15)/15 + (VA − VB)/20 = 0
0,2417·VA − 0,05·VB = 1

ЗТК в узле B

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

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/20 + (VB − VA)/20 = 1
−0,05·VA + 0,1·VB = 1

Решите

Δ = (0,2417)(0,1) − (−0,05)(−0,05) = 0,02167
VA = Δ1/Δ = 0,15/0,02167 = 6,923 V
VB = Δ2/Δ = 0,2917/0,02167 = 13,46 V

Ответ

VA = 6,923 V
4.Метод узловых потенциалов

Ответ: Is = 2,73 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
(21 − 15)/20 + 21/20 = (VB − 21)/10
1,35 = (VB − 21)/10 → VB = 34,5 V

ЗТК в узле B

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

Is = (VB − VA)/R3 + VB/R4 = (34,5 − 21)/10 + 34,5/25 = 2,73 A

Ответ

Is = 2,73 A
5.Метод контурных токов

Ответ: I1 = 0,7791 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​ = 6 ΩR2​ = 15 Ω+−V1​15 VR3​8 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
6·I1 + 8(I1 − I2) = 15
14·I1 − 8·I2 = 15

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
15·I2 + 8(I2 − I1) = (−18)
−8·I1 + 23·I2 = −18

Решите

Δ = (14)(23) − (−8)(−8) = 258
I1 = Δ1/Δ = 201/258 = 0,7791 A
I2 = Δ2/Δ = −132/258 = −0,5116 A

Ответ

I1 = 0,7791 A

Отрицательный контурный ток течёт против часовой стрелки.

6.Метод контурных токов

Ответ: IR5 = 0,2813 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​ = 10 ΩR2​ = 6 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​18 VR4​3 ΩAR5​12 ΩB+−V2​9 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
10·I1 + 3(I1 − I2) = 18
13·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 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
6·I2 + 3(I2 − I1) + 12(I2 − I3) = 0
−3·I1 + 21·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
30·I3 + 12(I3 − I2) = (−9)
−12·I2 + 42·I3 = −9

Решите

Δ = определитель матрицы коэффициентов = 9216
I1 = Δ1/Δ = 12960/9216 = 1,406 A
I2 = Δ2/Δ = 864/9216 = 0,09375 A
I3 = Δ3/Δ = −1728/9216 = −0,1875 A

Ответ

IR5 = I2 − I3 = 0,2813 A

Отрицательный контурный ток течёт против часовой стрелки.

7.Метод наложения

Ответ: IR1 = 0,6341 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​ = 12 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​12 VR2​2 ΩAR4​8 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+8 = 10 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 2·10/(2+10) = 1,667 Ω
VA = 12·1,667/(12+1,667) = 1,463 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 1,463·8/10 = 1,171 V
IR1′ = (V1 − VA)/R1 = (12 − 1,463)/12 = 0,878 A
R1​ = 12 ΩR3​ = 2 ΩКЗR2​2 ΩAR4​8 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 = 12·2/(12+2) = 1,714 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 8 ∥ 3,714 = 2,537 Ω
VB = Is·Req = 2,5·2,537 = 6,341 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 6,341·1,714/3,714 = 2,927 V
IR1″ = (V1 − VA)/R1 = (0 − 2,927)/12 = −0,2439 A

Сложите составляющие

IR1 = IR1′ + IR1″
IR1 = 0,878 + (−0,2439) = 0,6341 A

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

8.Метод наложения

Ответ: V2 = 2 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​ = 6 ΩR2​ = 5 ΩR4​ = 4 Ω+−V1​12 VR3​10 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) = 10 ∥ 9 = 4,737 Ω
VA = 12·4,737/(6+4,737) = 5,294 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 5,294·4/9 = 2,353 V
R1​ = 6 ΩR2​ = 5 ΩR4​ = 4 ΩКЗR3​10 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 = 3,75 Ω, поэтому левый путь — R2+3,75 = 8,75 Ω
Req = R4 ∥ 8,75 = 2,745 Ω
VB = −Is·Req = −5·2,745 = −13,73 V
VA = VB·3,75/8,75 = −5,882 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 = 3,75 Ω
VA‴ = V2·3,75/(4 + 5 + 3,75) = 0,2941·V2

Приравниваем VA к нулю

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

VA′ + VA″ + VA‴ = 5,294 + (−5,882) + 0,2941·V2 = 0
V2 = 0,5882/0,2941 = 2 V

Ответ

V2 = 2 V
9.Тевенин и Нортон

Ответ: IN = 0,5217 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​ = 8 ΩR3​ = 5 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 = 8·4/(8+4) = 2,667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,667 + 5 = 7,667 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​12 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) = 12·4/(8+4) = 4 V
IN​0,5217 ARth​7,667 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 = 4/7,667 = 0,5217 A
10.Тевенин и Нортон

Ответ: IN = 3,667 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​ = 6 ΩR3​ = 12 ΩКЗR2​4 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 = 6·4/(6+4) = 2,4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,4 + 12 = 14,4 Ω
R1​ = 6 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩAIs​3 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) = 9,6 + 3·2,4 = 16,8 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 16,8 + 3·12 = 52,8 V
IN​3,667 ARth​14,4 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 = 52,8/14,4 = 3,667 A
11.Схемы на операционных усилителях

Ответ: Rf = 47 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 = (11 − 1)·4,7 = 47 kΩ

Ответ

Rf = 47 kΩ
12.Схемы на операционных усилителях

Ответ: Vout = −9,4 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 каждого каскада

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

Каскад за каскадом

V1 = −47·0,1 = −4,7 V
Vout = 2·(−4,7) = −9,4 V

Ответ

Vout = −9,4 V
13.Переходные процессы RC и RL

Ответ: τ = 89,05 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.

Эквивалентная схема Тевенина со стороны конденсатора

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

Rth = R1 ∥ R2 = 10·6,8/(10 + 6,8) = 4,048 kΩ
vC(∞) = 12·6,8/(10 + 6,8) = 4,857 V

Постоянная времени

τ = Rth·C = 4,048·22 = 89,05 ms

Ответ

τ = 89,05 ms
14.Переходные процессы RC и RL

Ответ: vC = 8,062 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) = 3 V, vC(∞) = Vs = 12 V
τ = R·C = 2,2 kΩ · 22 µF = 48,4 ms
vC(t) = 12 + (3 − 12)·e−t/τ

Напряжение в заданный момент

vC(40) = 12 + (−9)·e−40/48,4 = 8,062 V

Ответ

vC = 8,062 V

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