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​ = 15 ΩIR1​R3​ = 20 Ω+−V1​12 VR2​8 ΩAR4​2 ΩB

Найдите ток IR1, отдаваемый источником и текущий через R1.

V1 = 12 VR1 = 15 ΩR2 = 8 ΩR3 = 20 ΩR4 = 2 Ω
IR1 = A
2.Последовательные и параллельные резисторыСложная
R1​ = 12 ΩIR1​R3​ = 10 ΩR5​ = 30 Ω+−V1​9 VR2​3 ΩAR4​3 ΩBR6​4 Ω

Найдите ток IR1, отдаваемый источником и текущий через R1.

V1 = 9 VR1 = 12 ΩR2 = 3 ΩR3 = 10 ΩR4 = 3 ΩR5 = 30 ΩR6 = 4 Ω
IR1 = A
3.Метод узловых потенциаловСредняя
R1​15 Ω+−V1​30 VR2​2 Ω+−V2​6 VR3​2 Ω+−V3​30 VI3​A

Между узлом A и землёй включены три ветви, как показано на схеме. Методом узловых потенциалов найдите ток I3 в ветви 3, текущий вверх в узел A по направлению стрелки.

V1 = 30 VR1 = 15 ΩV2 = 6 VR2 = 2 ΩV3 = 30 VR3 = 2 Ω
I3 = A
4.Метод узловых потенциаловСложная
R1​ = 2 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 3 Ω+−V1​12 VR3​4 ΩAR5​6 ΩBIs​5 A+−V2​15 V

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

V1 = 12 VIs = 5 AV2 = 15 VR1 = 2 ΩR2 = 20 ΩR3 = 4 ΩR4 = 3 ΩR5 = 6 Ω
VB = V
5.Метод контурных токовСредняя
R1​ = 12 ΩR2​ = 8 Ω+−V1​18 VR3​5 ΩA+−V2​9 VI1​I2​

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

V1 = 18 VV2 = 9 VR1 = 12 ΩR2 = 8 ΩR3 = 5 Ω
I1 = A
6.Метод контурных токовСложная
R1​ = 12 ΩR2​ = 4 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​10 VR4​6 ΩAR5​2 ΩB+−V2​5 VI1​I2​I3​

Используйте метод контурных токов, чтобы найти контурный ток I3 (по часовой стрелке).

V1 = 10 VV2 = 5 VR1 = 12 ΩR2 = 4 ΩR3 = 12 ΩR4 = 6 ΩR5 = 2 Ω
I3 = 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 = 4 V и Is = 8 mA I = 1,6 mA; при Vs = 6 V и Is = 1 mA I = 1,3 mA. Найдите ток нагрузки I при Vs = 15 V и Is = 4 mA.

4 V, 8 mA → 1,6 mA6 V, 1 mA → 1,3 mAVs = 15 V, Is = 4 mA
I = mA
8.Метод наложенияСложная
R1​ = 25 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 4 Ω+−V1​6 VR3​12 ΩIR3​AIs​3 AB+−V2​?

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

V1 = 6 VIs = 3 AR1 = 25 ΩR2 = 4 ΩR3 = 12 ΩR4 = 4 Ω
V2 = V
9.Тевенин и НортонСредняя
R1​ = 15 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​24 VR2​12 ΩAab

Найдите напряжение Тевенина Vth со стороны зажимов a–b.

V1 = 24 VR1 = 15 ΩR2 = 12 ΩR3 = 5 Ω
Vth = V
10.Тевенин и НортонСложная
R1​ = 2 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​24 VR2​12 ΩAIs​6 ABRL​20 ΩIL​

К a–b подключена нагрузка RL = 20 Ω. С помощью эквивалента Тевенина найдите мощность PL, передаваемую в нагрузку.

V1 = 24 VIs = 6 AR1 = 2 ΩR2 = 12 ΩR3 = 30 ΩRL = 20 Ω
PL = W
11.Схемы на операционных усилителяхСредняя
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 2 kΩVin​

Подберите резистор обратной связи Rf, чтобы этот неинвертирующий усилитель имел коэффициент усиления по напряжению 8.

R1 = 2 kΩAv = 8
Rf = kΩ
12.Схемы на операционных усилителяхСложная
−+Vout​Rf​ = 4,7 kΩV1​ = 0,4 VR1​ = 10 kΩV2​ = 1,1 VR2​ = 47 kΩ

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

V1 = 0,4 VV2 = 1,1 VR1 = 10 kΩR2 = 47 kΩRf = 4,7 kΩ
Vout = V
13.Переходные процессы RC и RLСредняя
+−Vs​15 Vt = 0R = 33 ΩL68 mHi(t)

До замыкания ключа в момент t = 0 тока через катушку нет. Найдите напряжение vL на катушке в момент t = 5 ms.

Vs = 15 VR = 33 ΩL = 68 mHt = 5 ms
vL = V
14.Переходные процессы RC и RLСложная
+−Vs​15 Vразмыкается при t = 0R1​ = 10 kΩR2​ = 2,2 kΩi2​C33 µF+−vC​

Ключ был замкнут долгое время, поэтому цепь находится в установившемся режиме. При t = 0 ключ размыкается. Найдите ток i2 через R2 при t = 100 ms.

Vs = 15 VR1 = 10 kΩR2 = 2,2 kΩC = 33 µFt = 100 ms
i2 = mA

3Растворы

1.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: IR1 = 0,5751 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​ = 15 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​12 VR2​8 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 = 20 + 2 = 22 Ω
R2 ∥ 22 = 8·22/(8+22) = 5,867 Ω
Req = R1 + 5,867 = 15 + 5,867 = 20,87 Ω

Ток источника

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

IR1 = V1/Req = 12/20,87 = 0,5751 A

Ответ

IR1 = 0,5751 A
2.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: IR1 = 0,6238 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​ = 10 ΩR5​ = 30 Ω+−V1​9 VR2​3 ΩAR4​3 ΩBR6​4 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 = 30 + 4 = 34 Ω
R4 ∥ 34 = 2,757 Ω
R3 + 2,757 = 12,76 Ω
R2 ∥ 12,76 = 2,429 Ω
Req = R1 + 2,429 = 12 + 2,429 = 14,43 Ω

Ток источника

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

IR1 = V1/Req = 9/14,43 = 0,6238 A

Ответ

IR1 = 0,6238 A
3.Метод узловых потенциалов

Ответ: I3 = 5,625 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 − 30)/15 + (VA − 6)/2 + (VA − 30)/2 = 0

Находим VA

VA = (30/15 + 6/2 + 30/2) / (1/15 + 1/2 + 1/2) = 20/1,067 = 18,75 V

Ток ветви

Стрелка направлена вверх по ветви, в узел A.

I3 = (30 − VA)/R3 = (30 − 18,75)/2 = 5,625 A

Ответ

I3 = 5,625 A

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

4.Метод узловых потенциалов

Ответ: VB = 0,6857 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​ = 20 ΩR4​ = 3 Ω+−V1​12 VR3​4 ΩAR5​6 ΩBIs​5 A+−V2​15 V

Определите узлы

Земля — нижний провод. Известные узловые напряжения берутся прямо из источников (V1 = 12 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 − 12)/2 + (VA − VB)/20 = 0
0,8·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/6 + (VB − VA)/20 + (VB − 15)/3 = (−5)
−0,05·VA + 0,55·VB = 0

Решите

Δ = (0,8)(0,55) − (−0,05)(−0,05) = 0,4375
VA = Δ1/Δ = 3,3/0,4375 = 7,543 V
VB = Δ2/Δ = 0,3/0,4375 = 0,6857 V

Ответ

VB = 0,6857 V
5.Метод контурных токов

Ответ: I1 = 0,9643 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​ = 12 ΩR2​ = 8 Ω+−V1​18 VR3​5 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
12·I1 + 5(I1 − I2) = 18
17·I1 − 5·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
8·I2 + 5(I2 − I1) = (−9)
−5·I1 + 13·I2 = −9

Решите

Δ = (17)(13) − (−5)(−5) = 196
I1 = Δ1/Δ = 189/196 = 0,9643 A
I2 = Δ2/Δ = −63/196 = −0,3214 A

Ответ

I1 = 0,9643 A

Отрицательный контурный ток течёт против часовой стрелки.

6.Метод контурных токов

Ответ: I3 = −0,3186 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​ = 12 ΩR2​ = 4 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​10 VR4​6 ΩAR5​2 ΩB+−V2​5 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 + 6(I1 − I2) = 10
18·I1 − 6·I2 = 10

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
4·I2 + 6(I2 − I1) + 2(I2 − I3) = 0
−6·I1 + 12·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
12·I3 + 2(I3 − I2) = (−5)
−2·I2 + 14·I3 = −5

Решите

Δ = определитель матрицы коэффициентов = 2448
I1 = Δ1/Δ = 1580/2448 = 0,6454 A
I2 = Δ2/Δ = 660/2448 = 0,2696 A
I3 = Δ3/Δ = −780/2448 = −0,3186 A

Ответ

I3 = −0,3186 A

Отрицательный контурный ток течёт против часовой стрелки.

7.Метод наложения

Ответ: I = 3,4 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
4·k₁ + 8·k₂ = 1,6
6·k₁ + 1·k₂ = 1,3

Находим константы

Δ = (4)(1) − (8)(6) = −44
k₁ = Δ1/Δ = −8,8/−44 = 0,2
k₂ = Δ2/Δ = −4,4/−44 = 0,1
k₁ = 0,2 mA/V, k₂ = 0,1

Предсказываем новый ток

I = 0,2·15 + 0,1·4 = 3,4 mA

Ответ

I = 3,4 mA
8.Метод наложения

Ответ: V2 = 10,08 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​ = 25 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 4 Ω+−V1​6 VR3​12 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) = 12 ∥ 8 = 4,8 Ω
VA = 6·4,8/(25+4,8) = 0,9664 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 0,9664·4/8 = 0,4832 V
R1​ = 25 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 4 ΩКЗR3​12 ΩAIs​3 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 = 8,108 Ω, поэтому левый путь — R2+8,108 = 12,11 Ω
Req = R4 ∥ 12,11 = 3,007 Ω
VB = −Is·Req = −3·3,007 = −9,02 V
VA = VB·8,108/12,11 = −6,04 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 = 8,108 Ω
VA‴ = V2·8,108/(4 + 4 + 8,108) = 0,5034·V2

Приравниваем VA к нулю

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

VA′ + VA″ + VA‴ = 0,9664 + (−6,04) + 0,5034·V2 = 0
V2 = 5,074/0,5034 = 10,08 V

Ответ

V2 = 10,08 V
9.Тевенин и Нортон

Ответ: Vth = 10,67 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​ = 5 ΩКЗR2​12 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 = 15·12/(15+12) = 6,667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6,667 + 5 = 11,67 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​24 VR2​12 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) = 24·12/(15+12) = 10,67 V
10.Тевенин и Нортон

Ответ: PL = 332,5 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​ = 2 ΩR3​ = 30 ΩКЗR2​12 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 = 2·12/(2+12) = 1,714 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,714 + 30 = 31,71 Ω
R1​ = 2 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​24 VR2​12 ΩAIs​6 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) = 20,57 + 6·1,714 = 30,86 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 30,86 + 6·30 = 210,9 V
Rth​ = 31,71 Ω+−Vth​210,9 VRL​20 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) = 210,9/(31,71 + 20) = 4,077 A
PL = IL²·RL = 4,077²·20 = 332,5 W
11.Схемы на операционных усилителях

Ответ: Rf = 14 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 = (8 − 1)·2 = 14 kΩ

Ответ

Rf = 14 kΩ
12.Схемы на операционных усилителях

Ответ: Vout = −0,298 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 = 0,4/10 = 0,04 mA
I2 = V2/R2 = 1,1/47 = 0,0234 mA
If = I1 + I2 = 0,0634 mA

Выходное напряжение

Vout = −Rf·If = −4,7·0,0634 = −0,298 V

Ответ

Vout = −0,298 V
13.Переходные процессы RC и RL

Ответ: vL = 1,325 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.

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 / 33 Ω = 2,061 ms
i(∞) = Vs/R = 15/33 = 0,4545 A

Напряжение на катушке

В момент t = 0 всё напряжение питания приложено к катушке; затем оно спадает до нуля.

vL(t) = Vs·e−t/τ = 15·e−5/2,061 = 1,325 V

Ответ

vL = 1,325 V
14.Переходные процессы RC и RL

Ответ: i2 = 0,3101 mA

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) = 15·2,2/(10 + 2,2) = 2,705 V

Постоянная времени после размыкания ключа

τ = R2·C = 2,2·33 = 72,6 ms

Разряд

vC(t) = 2,705·e−100/72,6 = 0,6823 V
i2 = vC/R2 = 0,6823/2,2 = 0,3101 mA

Ответ

i2 = 0,3101 mA

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