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​ = 6 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​18 VR2​8 ΩAR4​5 ΩB

Найдите эквивалентное сопротивление Req, которое видит источник V1.

V1 = 18 VR1 = 6 ΩR2 = 8 ΩR3 = 2 ΩR4 = 5 Ω
Req = Ω
2.Последовательные и параллельные резисторыСложная
R1​ = 2 ΩR3​ = 8 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​10 VR2​15 ΩAR4​8 ΩBR6​20 Ω

Найдите эквивалентное сопротивление Req, которое видит источник V1.

V1 = 10 VR1 = 2 ΩR2 = 15 ΩR3 = 8 ΩR4 = 8 ΩR5 = 8 ΩR6 = 20 Ω
Req = Ω
3.Метод узловых потенциаловСредняя
R1​ = 6 ΩIR1​R3​ = 6 Ω+−V1​6 VR2​3 ΩAR4​8 ΩBIs​1,5 A

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

V1 = 6 VIs = 1,5 AR1 = 6 ΩR2 = 3 ΩR3 = 6 ΩR4 = 8 Ω
IR1 = A
4.Метод узловых потенциаловСложная
R1​ = 25 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​12 VR2​5 ΩAR4​4 ΩBIs​?

Источник тока регулируют до тех пор, пока напряжение узла A не станет VA = 3 V. Методом узловых потенциалов найдите ток источника Is (направление как на схеме).

V1 = 12 VR1 = 25 ΩR2 = 5 ΩR3 = 4 ΩR4 = 4 ΩVA = 3 V
Is = A
5.Метод контурных токовСредняя
R1​ = 20 ΩR2​ = 12 Ω+−V1​18 VR3​15 ΩA+−V2​18 VI1​I2​

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

V1 = 18 VV2 = 18 VR1 = 20 ΩR2 = 12 ΩR3 = 15 Ω
I2 = A
6.Метод контурных токовСложная
R1​ = 8 ΩR2​ = 2 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​36 VR4​10 ΩIR4​AR5​8 ΩB+−V2​36 VI1​I2​I3​

Используйте метод контурных токов, чтобы найти ток IR4 через R4 в направлении стрелки.

V1 = 36 VV2 = 36 VR1 = 8 ΩR2 = 2 ΩR3 = 20 ΩR4 = 10 ΩR5 = 8 Ω
IR4 = A
7.Метод наложенияСредняя
R1​ = 4 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​9 VR2​12 Ω−+VR2​AR4​6 ΩBIs​1 A

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

V1 = 9 VIs = 1 AR1 = 4 ΩR2 = 12 ΩR3 = 2 ΩR4 = 6 Ω
VR2 = V
8.Метод наложенияСложная
R1​ = 10 ΩR2​ = 10 ΩR4​ = 2 Ω+−V1​15 VR3​5 Ω+−VR3​AIs​0,5 AB+−V2​9 V

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

V1 = 15 VIs = 0,5 AV2 = 9 VR1 = 10 ΩR2 = 10 ΩR3 = 5 ΩR4 = 2 Ω
VR3 = V
9.Тевенин и НортонСредняя
R1​ = 20 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​15 VR2​8 ΩAab

Найдите напряжение Тевенина Vth со стороны зажимов a–b.

V1 = 15 VR1 = 20 ΩR2 = 8 ΩR3 = 20 Ω
Vth = V
10.Тевенин и НортонСложная
R1​ = 15 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​24 VR2​25 ΩAIs​2 ABRL​6 ΩIL​

К a–b подключена нагрузка RL = 6 Ω. С помощью эквивалента Тевенина найдите мощность PL, передаваемую в нагрузку.

V1 = 24 VIs = 2 AR1 = 15 ΩR2 = 25 ΩR3 = 6 ΩRL = 6 Ω
PL = W
11.Схемы на операционных усилителяхСредняя
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 100 kΩVin​

Подберите резистор обратной связи Rf, чтобы этот неинвертирующий усилитель имел коэффициент усиления по напряжению 3.

R1 = 100 kΩAv = 3
Rf = kΩ
12.Схемы на операционных усилителяхСложная
−+Vout​Rf​ = 4,7 kΩV1​ = 2 VR1​ = 2 kΩV2​ = 0,4 VR2​ = 10 kΩIf​

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

V1 = 2 VV2 = 0,4 VR1 = 2 kΩR2 = 10 kΩRf = 4,7 kΩ
If = mA
13.Переходные процессы RC и RLСредняя
+−Vs​24 Vt = 0R = 50 ΩL68 mHi(t)

До замыкания ключа в момент t = 0 тока через катушку нет. Найдите ток i в момент t = 1 ms.

Vs = 24 VR = 50 ΩL = 68 mHt = 1 ms
i = A
14.Переходные процессы RC и RLСложная
+−Vs​20 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. Через какое время vC достигнет 15,2 V? Найдите t.

Vs = 20 VR = 6,8 kΩC = 220 µFvC(0) = 8 V
t = ms

3Растворы

1.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: Req = 9,733 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​ = 6 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​18 VR2​8 ΩAR4​5 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 + 5 = 7 Ω
R2 ∥ 7 = 8·7/(8+7) = 3,733 Ω
Req = R1 + 3,733 = 6 + 3,733 = 9,733 Ω

Ответ

Req = 9,733 Ω
2.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: Req = 9,3 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​ = 8 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​10 VR2​15 ΩAR4​8 ΩBR6​20 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 + 20 = 28 Ω
R4 ∥ 28 = 6,222 Ω
R3 + 6,222 = 14,22 Ω
R2 ∥ 14,22 = 7,3 Ω
Req = R1 + 7,3 = 2 + 7,3 = 9,3 Ω

Ответ

Req = 9,3 Ω
3.Метод узловых потенциалов

Ответ: IR1 = 0,4583 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​ = 6 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​6 VR2​3 ΩAR4​8 ΩBIs​1,5 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/3 + (VA − 6)/6 + (VA − VB)/6 = 0
0,6667·VA − 0,1667·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/8 + (VB − VA)/6 = 1,5
−0,1667·VA + 0,2917·VB = 1,5

Решите

Δ = (0,6667)(0,2917) − (−0,1667)(−0,1667) = 0,1667
VA = Δ1/Δ = 0,5417/0,1667 = 3,25 V
VB = Δ2/Δ = 1,167/0,1667 = 7 V

Ответ

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (6 − 3,25)/6 = 0,4583 A
4.Метод узловых потенциалов

Ответ: Is = 1,23 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
(3 − 12)/25 + 3/5 = (VB − 3)/4
0,24 = (VB − 3)/4 → VB = 3,96 V

ЗТК в узле B

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

Is = (VB − VA)/R3 + VB/R4 = (3,96 − 3)/4 + 3,96/4 = 1,23 A

Ответ

Is = 1,23 A
5.Метод контурных токов

Ответ: I2 = −0,5 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​ = 20 ΩR2​ = 12 Ω+−V1​18 VR3​15 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
20·I1 + 15(I1 − I2) = 18
35·I1 − 15·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
12·I2 + 15(I2 − I1) = (−18)
−15·I1 + 27·I2 = −18

Решите

Δ = (35)(27) − (−15)(−15) = 720
I1 = Δ1/Δ = 216/720 = 0,3 A
I2 = Δ2/Δ = −360/720 = −0,5 A

Ответ

I2 = −0,5 A

Отрицательный контурный ток течёт против часовой стрелки.

6.Метод контурных токов

Ответ: IR4 = 1,645 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​ = 8 ΩR2​ = 2 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​36 VR4​10 ΩAR5​8 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
8·I1 + 10(I1 − I2) = 36
18·I1 − 10·I2 = 36

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 + 10(I2 − I1) + 8(I2 − I3) = 0
−10·I1 + 20·I2 − 8·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
20·I3 + 8(I3 − I2) = (−36)
−8·I2 + 28·I3 = −36

Решите

Δ = определитель матрицы коэффициентов = 6128
I1 = Δ1/Δ = 14976/6128 = 2,444 A
I2 = Δ2/Δ = 4896/6128 = 0,799 A
I3 = Δ3/Δ = −6480/6128 = −1,057 A

Ответ

IR4 = I1 − I2 = 1,645 A

Отрицательный контурный ток течёт против часовой стрелки.

7.Метод наложения

Ответ: VR2 = −3,273 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​ = 4 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​9 VR2​12 ΩAR4​6 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+6 = 8 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 12·8/(12+8) = 4,8 Ω
VA = 9·4,8/(4+4,8) = 4,909 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 4,909·6/8 = 3,682 V
VR2′ = 0 − VA = 0 − 4,909 = −4,909 V
R1​ = 4 ΩR3​ = 2 ΩКЗR2​12 ΩAR4​6 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 = 4·12/(4+12) = 3 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 6 ∥ 5 = 2,727 Ω
VB = Is·Req = (−1)·2,727 = −2,727 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = −2,727·3/5 = −1,636 V
VR2″ = 0 − VA = 0 − −1,636 = 1,636 V

Сложите составляющие

VR2 = VR2′ + VR2″
VR2 = (−4,909) + 1,636 = −3,273 V

Отрицательный результат означает, что на самом деле полярность противоположна указанной.

8.Метод наложения

Ответ: VR3 = 6,087 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​ = 10 ΩR2​ = 10 ΩR4​ = 2 Ω+−V1​15 VR3​5 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) = 5 ∥ 12 = 3,529 Ω
VA = 15·3,529/(10+3,529) = 3,913 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 3,913·2/12 = 0,6522 V
VR3′ = VA − 0 = 3,913 − 0 = 3,913 V
R1​ = 10 ΩR2​ = 10 ΩR4​ = 2 ΩКЗR3​5 ΩAIs​0,5 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 = 3,333 Ω, поэтому левый путь — R2+3,333 = 13,33 Ω
Req = R4 ∥ 13,33 = 1,739 Ω
VB = Is·Req = 0,5·1,739 = 0,8696 V
VA = VB·3,333/13,33 = 0,2174 V
VR3″ = VA − 0 = 0,2174 − 0 = 0,2174 V
R1​ = 10 ΩR2​ = 10 ΩR4​ = 2 ΩКЗR3​5 ΩAОБРЫВB+−V2​9 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 = 10·5/(10+5) = 3,333 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 9·13,33/15,33 = 7,826 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 7,826·3,333/13,33 = 1,957 V
VR3‴ = VA − 0 = 1,957 − 0 = 1,957 V

Сложите составляющие

VR3 = VR3′ + VR3″ + VR3‴
VR3 = 3,913 + 0,2174 + 1,957 = 6,087 V

Отрицательный результат означает, что на самом деле полярность противоположна указанной.

9.Тевенин и Нортон

Ответ: Vth = 4,286 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​ = 20 ΩR3​ = 20 ΩКЗR2​8 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 = 20·8/(20+8) = 5,714 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 5,714 + 20 = 25,71 Ω
R1​ = 20 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​15 VR2​8 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) = 15·8/(20+8) = 4,286 V
10.Тевенин и Нортон

Ответ: PL = 27,49 W

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​25 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 = 15·25/(15+25) = 9,375 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 9,375 + 6 = 15,38 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​24 VR2​25 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) = 15 + 2·9,375 = 33,75 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 33,75 + 2·6 = 45,75 V
Rth​ = 15,38 Ω+−Vth​45,75 VRL​6 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) = 45,75/(15,38 + 6) = 2,14 A
PL = IL²·RL = 2,14²·6 = 27,49 W
11.Схемы на операционных усилителях

Ответ: Rf = 200 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 = (3 − 1)·100 = 200 kΩ

Ответ

Rf = 200 kΩ
12.Схемы на операционных усилителях

Ответ: If = 1,04 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 = 2/2 = 1 mA
I2 = V2/R2 = 0,4/10 = 0,04 mA
If = I1 + I2 = 1,04 mA

Ответ

If = 1,04 mA
13.Переходные процессы RC и RL

Ответ: i = 0,2499 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 = 68 mH / 50 Ω = 1,36 ms
i(∞) = Vs/R = 24/50 = 0,48 A

Ток в заданный момент

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0,48·(1 − e−1/1,36) = 0,2499 A

Ответ

i = 0,2499 A
14.Переходные процессы RC и RL

Ответ: t = 1371 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 = 20 V
τ = R·C = 6,8 kΩ · 220 µF = 1496 ms
vC(t) = 20 + (8 − 20)·e−t/τ

Выразите время

15,2 = 20 + (−12)·e−t/τ → e−t/τ = (15,2 − 20)/(8 − 20) = 0,4
t = τ·ln((8 − 20)/(15,2 − 20)) = 1496·ln(2,5) = 1371 ms

Ответ

t = 1371 ms

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