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 ΩIR1​R3​ = 4 Ω+−V1​18 VR2​6 ΩAR4​4 ΩB

Найдите ток IR1, отдаваемый источником и текущий через R1.

V1 = 18 VR1 = 2 ΩR2 = 6 ΩR3 = 4 ΩR4 = 4 Ω
IR1 = A
2.Последовательные и параллельные резисторыСложная
R1​ = 4 ΩR3​ = 25 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​9 VR2​15 ΩAR4​20 ΩBR6​4 Ω

Найдите эквивалентное сопротивление Req, которое видит источник V1.

V1 = 9 VR1 = 4 ΩR2 = 15 ΩR3 = 25 ΩR4 = 20 ΩR5 = 3 ΩR6 = 4 Ω
Req = Ω
3.Метод узловых потенциаловСредняя
R1​ = 2 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​10 VR2​15 ΩAR4​15 ΩBIs​4 A

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

V1 = 10 VIs = 4 AR1 = 2 ΩR2 = 15 ΩR3 = 8 ΩR4 = 15 Ω
VA = V
4.Метод узловых потенциаловСложная
R1​ = 12 ΩIR1​−+Vs​ = 5 V+−V1​10 VR2​20 ΩAR3​3 ΩBIs​4 A

Вывод + источника напряжения Vₛ между A и B находится у B, поэтому он задаёт VB − VA = Vₛ. Методом узловых потенциалов с супер-узлом найдите ток IR1 через R1 в направлении стрелки.

V1 = 10 VIs = 4 AVs = 5 VR1 = 12 ΩR2 = 20 ΩR3 = 3 Ω
IR1 = A
5.Метод контурных токовСредняя
R1​ = 6 ΩR2​ = 3 Ω+−V1​6 VR3​10 ΩA+−V2​6 VI1​I2​

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

V1 = 6 VV2 = 6 VR1 = 6 ΩR2 = 3 ΩR3 = 10 Ω
I2 = A
6.Метод контурных токовСложная
R1​ = 20 ΩR2​ = 4 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​10 VR4​3 ΩAR5​8 ΩB+−V2​15 VI1​I2​I3​

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

V1 = 10 VV2 = 15 VR1 = 20 ΩR2 = 4 ΩR3 = 4 ΩR4 = 3 ΩR5 = 8 Ω
I3 = A
7.Метод наложенияСредняя
R1​ = 4 ΩIR1​R3​ = 10 Ω+−V1​6 VR2​20 ΩAR4​15 ΩBIs​3 A

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

V1 = 6 VIs = 3 AR1 = 4 ΩR2 = 20 ΩR3 = 10 ΩR4 = 15 Ω
IR1 = A
8.Метод наложенияСложная
R1​ = 4 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 25 Ω+−V1​36 VR3​12 ΩIR3​AIs​0,5 AB+−V2​36 V

Используйте метод наложения, чтобы найти ток IR3 через R3 в направлении стрелки.

V1 = 36 VIs = 0,5 AV2 = 36 VR1 = 4 ΩR2 = 3 ΩR3 = 12 ΩR4 = 25 Ω
IR3 = A
9.Тевенин и НортонСредняя
R1​ = 4 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​4 ΩARL​2 ΩIL​B

К a–b подключена нагрузка RL = 2 Ω. Замените остальную цепь эквивалентом Тевенина и найдите ток нагрузки IL.

V1 = 30 VR1 = 4 ΩR2 = 4 ΩR3 = 8 ΩRL = 2 Ω
IL = A
10.Тевенин и НортонСложная
R1​ = 10 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​24 VR2​25 ΩAIs​4 ABab

Найдите напряжение Тевенина Vth со стороны зажимов a–b.

V1 = 24 VIs = 4 AR1 = 10 ΩR2 = 25 ΩR3 = 2 Ω
Vth = V
11.Схемы на операционных усилителяхСредняя
−+Vout​R2​ = 100 kΩV1​ = 2,1 VR1​ = 22 kΩV2​ = 1,7 VR3​ = 22 kΩR4​ = 100 kΩ

Дифференциальный усилитель выполнен на идеальном ОУ с питанием ±15 V, при этом R3 = R1 и R4 = R2. Найдите выходное напряжение Vout.

V1 = 2,1 VV2 = 1,7 VR1 = R3 = 22 kΩR2 = R4 = 100 kΩ
Vout = V
12.Схемы на операционных усилителяхСложная
−+Vout​C = 1 µFVin​ = 1 VR = 100 kΩ

Интегратор выполнен на идеальном ОУ с питанием ±15 V; его выход насыщается на уровне ±14 V. Конденсатор не заряжен, когда при t = 0 подаётся постоянное входное напряжение Vin = 1 V. Через какое время после t = 0 выход достигнет насыщения? Найдите t.

Vin = 1 VR = 100 kΩC = 1 µFVsat = ±14 V
t = ms
13.Переходные процессы RC и RLСредняя
R = 50 Ωt = 0L22 mHi(t)

Через катушку течёт установившийся ток 0,5 A. При t = 0 ключ замыкает контур через R, а источник отключается, поэтому ток катушки убывает через R. За какое время ток уменьшится до 0,1 A? Найдите t.

i(0) = 0,5 AR = 50 ΩL = 22 mH
t = ms
14.Переходные процессы RC и RLСложная
+−Vs​6 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 = 25 ms.

Vs = 6 VR1 = 3,3 kΩR2 = 1 kΩC = 33 µFt = 25 ms
vC = V

3Растворы

1.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: IR1 = 3,316 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​ = 4 Ω+−V1​18 VR2​6 ΩAR4​4 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 + 4 = 8 Ω
R2 ∥ 8 = 6·8/(6+8) = 3,429 Ω
Req = R1 + 3,429 = 2 + 3,429 = 5,429 Ω

Ток источника

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

IR1 = V1/Req = 18/5,429 = 3,316 A

Ответ

IR1 = 3,316 A
2.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: Req = 14,02 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​ = 4 ΩR3​ = 25 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​9 VR2​15 ΩAR4​20 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 = 3 + 4 = 7 Ω
R4 ∥ 7 = 5,185 Ω
R3 + 5,185 = 30,19 Ω
R2 ∥ 30,19 = 10,02 Ω
Req = R1 + 10,02 = 4 + 10,02 = 14,02 Ω

Ответ

Req = 14,02 Ω
3.Метод узловых потенциалов

Ответ: VA = 12,47 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 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​10 VR2​15 ΩAR4​15 ΩBIs​4 A

Определите узлы

Земля — нижний провод. Известные узловые напряжения берутся прямо из источников (V1 = 10 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/15 + (VA − 10)/2 + (VA − VB)/8 = 0
0,6917·VA − 0,125·VB = 5

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)/8 = 4
−0,125·VA + 0,1917·VB = 4

Решите

Δ = (0,6917)(0,1917) − (−0,125)(−0,125) = 0,1169
VA = Δ1/Δ = 1,458/0,1169 = 12,47 V
VB = Δ2/Δ = 3,392/0,1169 = 29 V

Ответ

VA = 12,47 V
4.Метод узловых потенциалов

Ответ: IR1 = 0,2679 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.

Образуем супер-узел

Через источник напряжения между A и B течёт неизвестный ток, поэтому ЗТК нельзя записать отдельно для A или B. Объедините A, B и источник в один супер-узел: втекающий в него ток равен вытекающему.

VB = VA + 5
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + VB/R3 = Is

Решите

(VA − 10)/12 + VA/20 + (VA + 5)/3 = 4
VA·(1/12 + 1/20 + 1/3) = 4 + 10/12 − 5/3 = 3,167
VA = 3,167/0,4667 = 6,786 V
VB = 11,79 V

Ток через R₁

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (10 − 6,786)/12 = 0,2679 A

Ответ

IR1 = 0,2679 A

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

5.Метод контурных токов

Ответ: I2 = −0,3333 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​ = 3 Ω+−V1​6 VR3​10 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 + 10(I1 − I2) = 6
16·I1 − 10·I2 = 6

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
3·I2 + 10(I2 − I1) = (−6)
−10·I1 + 13·I2 = −6

Решите

Δ = (16)(13) − (−10)(−10) = 108
I1 = Δ1/Δ = 18/108 = 0,1667 A
I2 = Δ2/Δ = −36/108 = −0,3333 A

Ответ

I2 = −0,3333 A

Отрицательный контурный ток течёт против часовой стрелки.

6.Метод контурных токов

Ответ: I3 = −1,875 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 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​10 VR4​3 ΩAR5​8 ΩB+−V2​15 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
20·I1 + 3(I1 − I2) = 10
23·I1 − 3·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 + 3(I2 − I1) + 8(I2 − I3) = 0
−3·I1 + 15·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
4·I3 + 8(I3 − I2) = (−15)
−8·I2 + 12·I3 = −15

Решите

Δ = определитель матрицы коэффициентов = 2560
I1 = Δ1/Δ = 800/2560 = 0,3125 A
I2 = Δ2/Δ = −2400/2560 = −0,9375 A
I3 = Δ3/Δ = −4800/2560 = −1,875 A

Ответ

I3 = −1,875 A

Отрицательный контурный ток течёт против часовой стрелки.

7.Метод наложения

Ответ: IR1 = −0,9265 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​ = 4 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​6 VR2​20 ΩAR4​15 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 = 10+15 = 25 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 20·25/(20+25) = 11,11 Ω
VA = 6·11,11/(4+11,11) = 4,412 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 4,412·15/25 = 2,647 V
IR1′ = (V1 − VA)/R1 = (6 − 4,412)/4 = 0,3971 A
R1​ = 4 ΩR3​ = 10 ΩКЗR2​20 ΩAR4​15 ΩBIs​3 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 = 4·20/(4+20) = 3,333 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 15 ∥ 13,33 = 7,059 Ω
VB = Is·Req = 3·7,059 = 21,18 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 21,18·3,333/13,33 = 5,294 V
IR1″ = (V1 − VA)/R1 = (0 − 5,294)/4 = −1,324 A

Сложите составляющие

IR1 = IR1′ + IR1″
IR1 = 0,3971 + (−1,324) = −0,9265 A

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

8.Метод наложения

Ответ: IR3 = 2,222 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​ = 4 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 25 Ω+−V1​36 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 ∥ 28 = 8,4 Ω
VA = 36·8,4/(4+8,4) = 24,39 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 24,39·25/28 = 21,77 V
IR3′ = (VA − 0)/R3 = (24,39 − 0)/12 = 2,032 A
R1​ = 4 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 25 ΩКЗR3​12 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 Ω, поэтому левый путь — R2+3 = 6 Ω
Req = R4 ∥ 6 = 4,839 Ω
VB = Is·Req = (−0,5)·4,839 = −2,419 V
VA = VB·3/6 = −1,21 V
IR3″ = (VA − 0)/R3 = (−1,21 − 0)/12 = −0,1008 A
R1​ = 4 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 25 ΩКЗR3​12 ΩAОБРЫВB+−V2​36 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 = 4·12/(4+12) = 3 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 36·6/31 = 6,968 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 6,968·3/6 = 3,484 V
IR3‴ = (VA − 0)/R3 = (3,484 − 0)/12 = 0,2903 A

Сложите составляющие

IR3 = IR3′ + IR3″ + IR3‴
IR3 = 2,032 + (−0,1008) + 0,2903 = 2,222 A

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

9.Тевенин и Нортон

Ответ: IL = 1,25 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​ = 4 ΩR3​ = 8 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 = 4·4/(4+4) = 2 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2 + 8 = 10 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​30 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) = 30·4/(4+4) = 15 V
Rth​ = 10 Ω+−Vth​15 VRL​2 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) = 15/(10 + 2) = 1,25 A
10.Тевенин и Нортон

Ответ: Vth = 53,71 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​ = 10 ΩR3​ = 2 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 = 10·25/(10+25) = 7,143 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 7,143 + 2 = 9,143 Ω
R1​ = 10 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​24 VR2​25 ΩAIs​4 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) = 17,14 + 4·7,143 = 45,71 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 45,71 + 4·2 = 53,71 V
11.Схемы на операционных усилителях

Ответ: Vout = −1,818 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.

Напряжение на входах

Через R₃ и R₄ течёт один и тот же ток, поэтому они образуют делитель напряжения; обратная связь обеспечивает V₋ = V₊.

V₊ = V2·R4/(R3 + R4) = 1,7·100/(22 + 100) = 1,393 V
V₋ = V₊

ЗТК на инвертирующем входе

(2,1 − 1,393)/22 = (1,393 − Vout)/100
Vout = (R2/R1)·(V2 − V1) = (100/22)·(1,7 − 2,1) = −1,818 V

Ответ

Vout = −1,818 V
12.Схемы на операционных усилителях

Ответ: t = 1400 ms

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.

Входной ток и скорость нарастания

kΩ умножить на µF даёт миллисекунды.

RC = 100 kΩ · 1 µF = 100 ms
скорость нарастания = −Vin/(RC) = −1/100 = −0,01 V/ms

Время до насыщения

|Vin|·t/(RC) = Vsat → t = Vsat·RC/|Vin| = 14·100/1 = 1400 ms

Ответ

t = 1400 ms
13.Переходные процессы RC и RL

Ответ: t = 0,7082 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

τ = L/R = 22 mH / 50 Ω = 0,44 ms

Выразите время

0,1 = 0,5·e−t/τ → t = τ·ln(0,5/0,1)
t = 0,44·ln(5) = 0,7082 ms

Ответ

t = 0,7082 ms
14.Переходные процессы RC и RL

Ответ: vC = 0,6541 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) = 6·1/(3,3 + 1) = 1,395 V

Постоянная времени после размыкания ключа

τ = R2·C = 1·33 = 33 ms

Разряд

vC(t) = 1,395·e−25/33 = 0,6541 V

Ответ

vC = 0,6541 V

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