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​ = 2 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​12 VR2​4 ΩAR4​2 ΩB

Найдите эквивалентное сопротивление Req, которое видит источник V1.

V1 = 12 VR1 = 2 ΩR2 = 4 ΩR3 = 4 ΩR4 = 2 Ω
Req = Ω
2.Последовательные и параллельные резисторыСложная
R1​ = 25 ΩIR1​R3​ = 20 ΩR5​ = 5 Ω+−V1​36 VR2​10 ΩAR4​5 ΩBR6​12 Ω

Найдите ток IR1, отдаваемый источником и текущий через R1.

V1 = 36 VR1 = 25 ΩR2 = 10 ΩR3 = 20 ΩR4 = 5 ΩR5 = 5 ΩR6 = 12 Ω
IR1 = A
3.Метод узловых потенциаловСредняя
R1​15 Ω+−V1​10 VR2​5 Ω+−V2​24 VI2​R3​15 Ω+−V3​18 VA

Между узлом A и землёй включены три ветви, как показано на схеме. Методом узловых потенциалов найдите ток I2 в ветви 2, текущий вверх в узел A по направлению стрелки.

V1 = 10 VR1 = 15 ΩV2 = 24 VR2 = 5 ΩV3 = 18 VR3 = 15 Ω
I2 = A
4.Метод узловых потенциаловСложная
R1​ = 10 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​36 VR2​3 ΩAR4​15 ΩB0,1·VA​

Ромб — это источник тока, управляемый напряжением, который направляет ток 0,1·VA (в A при VA в V) вверх в узел B. Методом узловых потенциалов найдите узловое напряжение VB (относительно земли).

V1 = 36 VR1 = 10 ΩR2 = 3 ΩR3 = 10 ΩR4 = 15 Ωg = 0,1 A/V
VB = V
5.Метод контурных токовСредняя
R1​ = 6 ΩR2​ = 5 Ω+−V1​18 VR3​8 Ω+−VR3​A+−V2​6 VI1​I2​

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

V1 = 18 VV2 = 6 VR1 = 6 ΩR2 = 5 ΩR3 = 8 Ω
VR3 = V
6.Метод контурных токовСложная
R1​ = 6 ΩR2​ = 6 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR4​15 ΩAR5​6 ΩB+−V2​10 VI1​I2​I3​

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

V1 = 15 VV2 = 10 VR1 = 6 ΩR2 = 6 ΩR3 = 10 ΩR4 = 15 ΩR5 = 6 Ω
I1 = A
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 = 8 V и Is = 6 mA I = 9,5 mA; при Vs = 4 V и Is = 5 mA I = 5,25 mA. Найдите ток нагрузки I при Vs = 10 V и Is = 5 mA.

8 V, 6 mA → 9,5 mA4 V, 5 mA → 5,25 mAVs = 10 V, Is = 5 mA
I = mA
8.Метод наложенияСложная
R1​ = 15 ΩR2​ = 10 ΩIR2​R4​ = 12 Ω+−V1​6 VR3​20 ΩAIs​4 AB+−V2​5 V

Используйте метод наложения, чтобы найти ток IR2 через R2 в направлении стрелки.

V1 = 6 VIs = 4 AV2 = 5 VR1 = 15 ΩR2 = 10 ΩR3 = 20 ΩR4 = 12 Ω
IR2 = A
9.Тевенин и НортонСредняя
R1​ = 2 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​9 VR2​5 ΩAab

Найдите напряжение Тевенина Vth со стороны зажимов a–b.

V1 = 9 VR1 = 2 ΩR2 = 5 ΩR3 = 6 Ω
Vth = V
10.Тевенин и НортонСложная
R1​ = 5 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​6 VR2​3 ΩAIs​0,5 ABRL​5 ΩIL​

К a–b подключена нагрузка RL = 5 Ω. Замените остальную цепь эквивалентом Тевенина и найдите ток нагрузки IL.

V1 = 6 VIs = 0,5 AR1 = 5 ΩR2 = 3 ΩR3 = 6 ΩRL = 5 Ω
IL = A
11.Схемы на операционных усилителяхСредняя
−+Vout​Rf​ = 2 kΩR1​ = 1 kΩVin​ = 1,5 V

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

Vin = 1,5 VR1 = 1 kΩRf = 2 kΩ
Vout = V
12.Схемы на операционных усилителяхСложная
−+Vout​Rf​ = 2 kΩV1​ = 1,6 VR1​ = 10 kΩV2​ = 0,5 VR2​ = 4,7 kΩ

Суммирующий усилитель использует идеальный ОУ с питанием ±15 V. Найдите выходное напряжение Vout.

V1 = 1,6 VV2 = 0,5 VR1 = 10 kΩR2 = 4,7 kΩRf = 2 kΩ
Vout = V
13.Переходные процессы RC и RLСредняя
+−Vs​24 Vt = 0R = 20 ΩL22 mHi(t)

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

Vs = 24 VR = 20 ΩL = 22 mHt = 1 ms
i = A
14.Переходные процессы RC и RLСложная
+−Vs​12 Vразмыкается при t = 0R1​ = 3,3 kΩR2​ = 1 kΩC33 µF+−vC​

Ключ был замкнут долгое время, поэтому цепь находится в установившемся режиме. При t = 0 ключ размыкается. Найдите напряжение на конденсаторе vC в момент t = 50 ms.

Vs = 12 VR1 = 3,3 kΩR2 = 1 kΩC = 33 µFt = 50 ms
vC = V

3Растворы

1.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: Req = 4,4 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​ = 4 Ω+−V1​12 VR2​4 ΩAR4​2 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 = 4 + 2 = 6 Ω
R2 ∥ 6 = 4·6/(4+6) = 2,4 Ω
Req = R1 + 2,4 = 2 + 2,4 = 4,4 Ω

Ответ

Req = 4,4 Ω
2.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: IR1 = 1,123 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​ = 25 ΩR3​ = 20 ΩR5​ = 5 Ω+−V1​36 VR2​10 ΩAR4​5 ΩBR6​12 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 = 5 + 12 = 17 Ω
R4 ∥ 17 = 3,864 Ω
R3 + 3,864 = 23,86 Ω
R2 ∥ 23,86 = 7,047 Ω
Req = R1 + 7,047 = 25 + 7,047 = 32,05 Ω

Ток источника

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

IR1 = V1/Req = 36/32,05 = 1,123 A

Ответ

IR1 = 1,123 A
3.Метод узловых потенциалов

Ответ: I2 = 0,8 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

Примите нижний провод за землю. Каждая ветвь проводит ток (VA − Vk)/Rk, вытекающий из A, где Vk — напряжение её источника (ноль для простого резистора). Сумма токов, вытекающих из A, равна нулю.

(VA − 10)/15 + (VA − 24)/5 + (VA − 18)/15 = 0

Находим VA

VA = (10/15 + 24/5 + 18/15) / (1/15 + 1/5 + 1/15) = 6,667/0,3333 = 20 V

Ток ветви

Стрелка направлена вверх по ветви, в узел A.

I2 = (24 − VA)/R2 = (24 − 20)/5 = 0,8 A

Ответ

I2 = 0,8 A

Отрицательный результат означает, что в действительности ток течёт против стрелки.

4.Метод узловых потенциалов

Ответ: VB = 10,45 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
0,5333·VA − 0,1·VB = 3,6

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 = 0,1·VA
−0,2·VA + 0,1667·VB = 0

Решите

Δ = (0,5333)(0,1667) − (−0,1)(−0,2) = 0,06889
VA = Δ1/Δ = 0,6/0,06889 = 8,71 V
VB = Δ2/Δ = 0,72/0,06889 = 10,45 V

Ответ

VB = 10,45 V
5.Метод контурных токов

Ответ: VR3 = 8,542 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​ = 6 ΩR2​ = 5 Ω+−V1​18 VR3​8 ΩA+−V2​6 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) = 18
14·I1 − 8·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
5·I2 + 8(I2 − I1) = (−6)
−8·I1 + 13·I2 = −6

Решите

Δ = (14)(13) − (−8)(−8) = 118
I1 = Δ1/Δ = 186/118 = 1,576 A
I2 = Δ2/Δ = 60/118 = 0,5085 A

Ответ

IR3 = I1 − I2 = 1,068 A
VR3 = IR3·R3 = 1,068·8 = 8,542 V

Отрицательный контурный ток течёт против часовой стрелки.

6.Метод контурных токов

Ответ: I1 = 1,069 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​ = 6 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR4​15 ΩAR5​6 ΩB+−V2​10 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
6·I1 + 15(I1 − I2) = 15
21·I1 − 15·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 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
6·I2 + 15(I2 − I1) + 6(I2 − I3) = 0
−15·I1 + 27·I2 − 6·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
10·I3 + 6(I3 − I2) = (−10)
−6·I2 + 16·I3 = −10

Решите

Δ = определитель матрицы коэффициентов = 4716
I1 = Δ1/Δ = 5040/4716 = 1,069 A
I2 = Δ2/Δ = 2340/4716 = 0,4962 A
I3 = Δ3/Δ = −2070/4716 = −0,4389 A

Ответ

I1 = 1,069 A

Отрицательный контурный ток течёт против часовой стрелки.

7.Метод наложения

Ответ: I = 11,25 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
8·k₁ + 6·k₂ = 9,5
4·k₁ + 5·k₂ = 5,25

Находим константы

Δ = (8)(5) − (6)(4) = 16
k₁ = Δ1/Δ = 16/16 = 1
k₂ = Δ2/Δ = 4/16 = 0,25
k₁ = 1 mA/V, k₂ = 0,25

Предсказываем новый ток

I = 1·10 + 0,25·5 = 11,25 mA

Ответ

I = 11,25 mA
8.Метод наложения

Ответ: IR2 = 1,621 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​ = 15 ΩR2​ = 10 ΩR4​ = 12 Ω+−V1​6 VR3​20 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) = 20 ∥ 22 = 10,48 Ω
VA = 6·10,48/(15+10,48) = 2,467 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 2,467·12/22 = 1,346 V
IR2′ = (VB − VA)/R2 = (1,346 − 2,467)/10 = −0,1121 A
R1​ = 15 ΩR2​ = 10 ΩR4​ = 12 ΩКЗR3​20 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 = 8,571 Ω, поэтому левый путь — R2+8,571 = 18,57 Ω
Req = R4 ∥ 18,57 = 7,29 Ω
VB = Is·Req = 4·7,29 = 29,16 V
VA = VB·8,571/18,57 = 13,46 V
IR2″ = (VB − VA)/R2 = (29,16 − 13,46)/10 = 1,57 A
R1​ = 15 ΩR2​ = 10 ΩR4​ = 12 ΩКЗR3​20 ΩAОБРЫВB+−V2​5 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 = 15·20/(15+20) = 8,571 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 5·18,57/30,57 = 3,037 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 3,037·8,571/18,57 = 1,402 V
IR2‴ = (VB − VA)/R2 = (3,037 − 1,402)/10 = 0,1636 A

Сложите составляющие

IR2 = IR2′ + IR2″ + IR2‴
IR2 = (−0,1121) + 1,57 + 0,1636 = 1,621 A

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

9.Тевенин и Нортон

Ответ: Vth = 6,429 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​ = 2 ΩR3​ = 6 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 + 6 = 7,429 Ω
R1​ = 2 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​9 VR2​5 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) = 9·5/(2+5) = 6,429 V
10.Тевенин и Нортон

Ответ: IL = 0,4806 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​ = 6 ΩКЗR2​3 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 = 5·3/(5+3) = 1,875 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,875 + 6 = 7,875 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​6 VR2​3 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) = 2,25 + 0,5·1,875 = 3,188 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 3,188 + 0,5·6 = 6,188 V
Rth​ = 7,875 Ω+−Vth​6,188 VRL​5 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) = 6,188/(7,875 + 5) = 0,4806 A
11.Схемы на операционных усилителях

Ответ: Vout = 4,5 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₊ = 1,5 V
I = V₋/R1 = 1,5/1 = 1,5 mA

Выходное напряжение

Ток через R₁ течёт и через Rf.

Vout = V₋ + I·Rf = 1,5 + 1,5·2 = 4,5 V

Ответ

Vout = 4,5 V
12.Схемы на операционных усилителях

Ответ: Vout = −0,5328 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.

Входные токи

V₋ = 0, поэтому на каждом входном резисторе всё его входное напряжение.

I1 = V1/R1 = 1,6/10 = 0,16 mA
I2 = V2/R2 = 0,5/4,7 = 0,1064 mA
If = I1 + I2 = 0,2664 mA

Выходное напряжение

Vout = −Rf·If = −2·0,2664 = −0,5328 V

Ответ

Vout = −0,5328 V
13.Переходные процессы RC и RL

Ответ: i = 0,7165 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 = 22 mH / 20 Ω = 1,1 ms
i(∞) = Vs/R = 24/20 = 1,2 A

Ток в заданный момент

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 1,2·(1 − e−1/1,1) = 0,7165 A

Ответ

i = 0,7165 A
14.Переходные процессы RC и RL

Ответ: vC = 0,6133 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 напряжение конденсатора

В установившемся режиме конденсатор — разрыв, поэтому R₁ и R₂ образуют делитель напряжения. Напряжение конденсатора не может измениться скачком при размыкании ключа.

vC(0) = 12·1/(3,3 + 1) = 2,791 V

Постоянная времени после размыкания ключа

τ = R2·C = 1·33 = 33 ms

Разряд

vC(t) = 2,791·e−50/33 = 0,6133 V

Ответ

vC = 0,6133 V

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