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​ = 5 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​30 VR2​8 ΩAR4​8 ΩB

Найдите эквивалентное сопротивление Req, которое видит источник V1.

V1 = 30 VR1 = 5 ΩR2 = 8 ΩR3 = 5 ΩR4 = 8 Ω
Req = Ω
2.Последовательные и параллельные резисторыСложная
R1​ = 2 ΩIR1​R3​ = 15 ΩR5​ = 2 Ω+−V1​9 VR2​6 ΩAR4​12 ΩBR6​30 Ω

Найдите ток IR1, отдаваемый источником и текущий через R1.

V1 = 9 VR1 = 2 ΩR2 = 6 ΩR3 = 15 ΩR4 = 12 ΩR5 = 2 ΩR6 = 30 Ω
IR1 = A
3.Метод узловых потенциаловСредняя
R1​ = 15 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​3 ΩAR4​15 ΩBIs​2 A

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

V1 = 24 VIs = 2 AR1 = 15 ΩR2 = 3 ΩR3 = 20 ΩR4 = 15 Ω
PIs = W
4.Метод узловых потенциаловСложная
R1​ = 5 ΩIR1​R2​ = 20 ΩR4​ = 10 Ω+−V1​30 VR3​4 ΩAR5​30 ΩBIs​6 A−+V2​15 V

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

V1 = 30 VIs = 6 AV2 = 15 VR1 = 5 ΩR2 = 20 ΩR3 = 4 ΩR4 = 10 ΩR5 = 30 Ω
IR1 = A
5.Метод контурных токовСредняя
R1​ = 20 ΩIR1​R2​ = 4 Ω+−V1​24 VR3​8 ΩA+−V2​18 VI1​I2​

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

V1 = 24 VV2 = 18 VR1 = 20 ΩR2 = 4 ΩR3 = 8 Ω
IR1 = A
6.Метод контурных токовСложная
R1​ = 12 ΩR2​ = 3 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​18 VR4​10 ΩAR5​2 Ω+−VR5​B+−V2​18 VI1​I2​I3​

Используйте метод контурных токов, чтобы найти напряжение VR5 на R5 с указанной полярностью.

V1 = 18 VV2 = 18 VR1 = 12 ΩR2 = 3 ΩR3 = 8 ΩR4 = 10 ΩR5 = 2 Ω
VR5 = V
7.Метод наложенияСредняя
R1​ = 8 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​6 VR2​20 Ω−+VR2​AR4​12 ΩBIs​5 A

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

V1 = 6 VIs = 5 AR1 = 8 ΩR2 = 20 ΩR3 = 4 ΩR4 = 12 Ω
VR2 = V
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 = 11 mA. Если V1 удвоить, а два других оставить без изменений, I = 13 mA. Если изменить направление Is на противоположное, а два других оставить без изменений, I = 4 mA. Найдите ток нагрузки I, если V2 отключён, а V1 и Is имеют номинальные значения.

номинальные значения: I = 11 mA2·V1: I = 13 mA−Is: I = 4 mA
I = mA
9.Тевенин и НортонСредняя
R1​ = 5 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​10 VR2​8 ΩARL​10 ΩIL​B

К a–b подключена нагрузка RL = 10 Ω. Замените остальную цепь эквивалентом Тевенина и найдите ток нагрузки IL.

V1 = 10 VR1 = 5 ΩR2 = 8 ΩR3 = 15 ΩRL = 10 Ω
IL = A
10.Тевенин и НортонСложная
R1​ = 25 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​12 VR2​4 ΩAIs​5 ABRL​4 ΩIL​

К a–b подключена нагрузка RL = 4 Ω. С помощью эквивалента Тевенина найдите мощность PL, передаваемую в нагрузку.

V1 = 12 VIs = 5 AR1 = 25 ΩR2 = 4 ΩR3 = 8 ΩRL = 4 Ω
PL = W
11.Схемы на операционных усилителяхСредняя
−+Vout​Rf​ = 100 kΩVin​R1​ = 4,7 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 = 4,7 kΩRf = 100 kΩVsat = ±12 V
Vin,max = V
12.Схемы на операционных усилителяхСложная
−+Vout​Rf​ = 22 kΩV1​ = −0,4 VR1​ = 2 kΩV2​ = 0,6 VR2​ = 47 kΩIf​

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

V1 = −0,4 VV2 = 0,6 VR1 = 2 kΩR2 = 47 kΩRf = 22 kΩ
If = mA
13.Переходные процессы RC и RLСредняя
+−Vs​20 Vt = 0R = 22 ΩL22 mHi(t)

До замыкания ключа в момент t = 0 тока через катушку нет. Через какое время после замыкания ключа ток достигнет 75% конечного значения? Найдите t.

Vs = 20 VR = 22 ΩL = 22 mH
t = ms
14.Переходные процессы RC и RLСложная
+−Vs​6 VR1​ = 47 ΩR2​ = 5 Ωзамыкается при t = 0L150 mHi(t)

Ключ, шунтирующий R2, был разомкнут долгое время, поэтому ток катушки установившийся. При t = 0 ключ замыкается и закорачивает R2. Найдите ток катушки i при t = 5 ms.

Vs = 6 VR1 = 47 ΩR2 = 5 ΩL = 150 mHt = 5 ms
i = A

3Растворы

1.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: Req = 9,952 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​ = 5 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​30 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 = 5 + 8 = 13 Ω
R2 ∥ 13 = 8·13/(8+13) = 4,952 Ω
Req = R1 + 4,952 = 5 + 4,952 = 9,952 Ω

Ответ

Req = 9,952 Ω
2.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: IR1 = 1,326 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​ = 2 ΩR3​ = 15 ΩR5​ = 2 Ω+−V1​9 VR2​6 ΩAR4​12 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 = 2 + 30 = 32 Ω
R4 ∥ 32 = 8,727 Ω
R3 + 8,727 = 23,73 Ω
R2 ∥ 23,73 = 4,789 Ω
Req = R1 + 4,789 = 2 + 4,789 = 6,789 Ω

Ток источника

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

IR1 = V1/Req = 9/6,789 = 1,326 A

Ответ

IR1 = 1,326 A
3.Метод узловых потенциалов

Ответ: PIs = 39,2 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/3 + (VA − 24)/15 + (VA − VB)/20 = 0
0,45·VA − 0,05·VB = 1,6

ЗТК в узле B

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

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/15 + (VB − VA)/20 = 2
−0,05·VA + 0,1167·VB = 2

Решите

Δ = (0,45)(0,1167) − (−0,05)(−0,05) = 0,05
VA = Δ1/Δ = 0,2867/0,05 = 5,733 V
VB = Δ2/Δ = 0,98/0,05 = 19,6 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 = 19,6·2 = 39,2 W

Ответ

PIs = 39,2 W
4.Метод узловых потенциалов

Ответ: IR1 = 3,028 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 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 10 Ω+−V1​30 VR3​4 ΩAR5​30 ΩBIs​6 A−+V2​15 V

Определите узлы

Земля — нижний провод. Известные узловые напряжения берутся прямо из источников (V1 = 30 V, V2 = −15 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 − 30)/5 + (VA − VB)/20 = 0
0,5·VA − 0,05·VB = 6

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/30 + (VB − VA)/20 + (VB − (−15))/10 = 6
−0,05·VA + 0,1833·VB = 4,5

Решите

Δ = (0,5)(0,1833) − (−0,05)(−0,05) = 0,08917
VA = Δ1/Δ = 1,325/0,08917 = 14,86 V
VB = Δ2/Δ = 2,55/0,08917 = 28,6 V

Ответ

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (30 − 14,86)/5 = 3,028 A
5.Метод контурных токов

Ответ: IR1 = 0,5294 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​ = 4 Ω+−V1​24 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
20·I1 + 8(I1 − I2) = 24
28·I1 − 8·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 + R3(I2 − I1) = −V2
4·I2 + 8(I2 − I1) = (−18)
−8·I1 + 12·I2 = −18

Решите

Δ = (28)(12) − (−8)(−8) = 272
I1 = Δ1/Δ = 144/272 = 0,5294 A
I2 = Δ2/Δ = −312/272 = −1,147 A

Ответ

IR1 = I1 = 0,5294 A

Отрицательный контурный ток течёт против часовой стрелки.

6.Метод контурных токов

Ответ: VR5 = 4,329 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​ = 3 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​18 VR4​10 ΩAR5​2 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 + 10(I1 − I2) = 18
22·I1 − 10·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
3·I2 + 10(I2 − I1) + 2(I2 − I3) = 0
−10·I1 + 15·I2 − 2·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
8·I3 + 2(I3 − I2) = (−18)
−2·I2 + 10·I3 = −18

Решите

Δ = определитель матрицы коэффициентов = 2212
I1 = Δ1/Δ = 2268/2212 = 1,025 A
I2 = Δ2/Δ = 1008/2212 = 0,4557 A
I3 = Δ3/Δ = −3780/2212 = −1,709 A

Ответ

IR5 = I2 − I3 = 2,165 A
VR5 = IR5·R5 = 2,165·2 = 4,329 V

Отрицательный контурный ток течёт против часовой стрелки.

7.Метод наложения

Ответ: VR2 = −18,95 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​ = 8 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​6 VR2​20 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 = 4+12 = 16 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 20·16/(20+16) = 8,889 Ω
VA = 6·8,889/(8+8,889) = 3,158 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 3,158·12/16 = 2,368 V
VR2′ = 0 − VA = 0 − 3,158 = −3,158 V
R1​ = 8 ΩR3​ = 4 ΩКЗR2​20 ΩAR4​12 ΩBIs​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 = 8·20/(8+20) = 5,714 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 12 ∥ 9,714 = 5,368 Ω
VB = Is·Req = 5·5,368 = 26,84 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 26,84·5,714/9,714 = 15,79 V
VR2″ = 0 − VA = 0 − 15,79 = −15,79 V

Сложите составляющие

VR2 = VR2′ + VR2″
VR2 = (−3,158) + (−15,79) = −18,95 V

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

8.Метод наложения

Ответ: I = 5,5 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 = 11
2·I₁ + I₂ + I₃ = 13
I₁ + I₂ − I₃ = 4

Находим вклады

I₁ = 13 − 11 = 2 mA
I₃ = (11 − 4)/2 = 3,5 mA
I₂ = 11 − 2 − 3,5 = 5,5 mA

Отключаем V₂

I = I₁ + I₃ = 2 + 3,5 = 5,5 mA

Ответ

I = 5,5 mA
9.Тевенин и Нортон

Ответ: IL = 0,2192 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​ = 5 ΩR3​ = 15 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 = 5·8/(5+8) = 3,077 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,077 + 15 = 18,08 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​10 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) = 10·8/(5+8) = 6,154 V
Rth​ = 18,08 Ω+−Vth​6,154 VRL​10 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) = 6,154/(18,08 + 10) = 0,2192 A
10.Тевенин и Нортон

Ответ: PL = 58,14 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​ = 25 ΩR3​ = 8 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 = 25·4/(25+4) = 3,448 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,448 + 8 = 11,45 Ω
R1​ = 25 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​12 VR2​4 ΩAIs​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) = 1,655 + 5·3,448 = 18,9 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 18,9 + 5·8 = 58,9 V
Rth​ = 11,45 Ω+−Vth​58,9 VRL​4 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) = 58,9/(11,45 + 4) = 3,813 A
PL = IL²·RL = 3,813²·4 = 58,14 W
11.Схемы на операционных усилителях

Ответ: Vin,max = 0,564 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 = 100/4,7 = 21,28

Наибольший вход до ограничения

Vin,max = Vsat/|Av| = 12/21,28 = 0,564 V

Ответ

Vin,max = 0,564 V
12.Схемы на операционных усилителях

Ответ: If = −0,1872 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 = −0,4/2 = −0,2 mA
I2 = V2/R2 = 0,6/47 = 0,01277 mA
If = I1 + I2 = −0,1872 mA

Ответ

If = −0,1872 mA
13.Переходные процессы RC и RL

Ответ: t = 1,386 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.

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 = 22 mH / 22 Ω = 1 ms
i(∞) = Vs/R = 20/22 = 0,9091 A

Выразите время

0,75 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0,75)
t = −1·ln(0,25) = 1,386 ms

Ответ

t = 1,386 ms
14.Переходные процессы RC и RL

Ответ: i = 0,1251 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.

Начальное значение, конечное значение, постоянная времени

До t = 0 в контур входят оба резистора; после этого замкнутый ключ шунтирует R₂.

i(0) = 6/(47 + 5) = 0,1154 A
i(∞) = 6/47 = 0,1277 A
τ = L/R = 150/47 = 3,191 ms
i(t) = 0,1277 + (0,1154 − 0,1277)·e−t/τ

Ток в заданный момент

i(5) = 0,1277 + (−0,01227)·e−5/3,191 = 0,1251 A

Ответ

i = 0,1251 A

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