Теорія електричних кіл 1: шпаргалка-підсумок

Аркуші з формулами, ключові кроки методів для кожної теми та 14 задач для практики, з повними розв’язками наприкінці.

Нові задачіНазад до курсу

У вікні друку виберіть «Зберегти як PDF», щоб зберегти копію на пристрої.

1Формули та методи

Послідовні й паралельні резистори

Послідовне з’єднання резисторів
Req = R1 + R2 + …
Паралельне з’єднання резисторів
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
Два паралельно
Req = R1R2 / (R1 + R2)
Закон Ома
V = I·R
Потужність
P = V·I = I²R = V²/R

Метод

  1. Почніть з кінця мережі, найдальшого від затискачів.
  2. Послідовні резистори об’єднуйте додаванням, паралельні — за 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
  3. Перемальовуйте коло після кожного кроку.
  4. Повторюйте, доки між затискачами не залишиться один резистор.

Метод вузлових потенціалів

Закон струмів Кірхгофа
ΣIin = ΣIout
Струм гілки
I = (Va − Vb)/R
Опорний вузол
Vground = 0

Метод

  1. Оберіть опорний вузол (землю) і позначте напруги інших вузлів.
  2. Запишіть закон струмів Кірхгофа для кожного невідомого вузла: струми, що витікають через гілки, дорівнюють струмам, що втікають.
  3. Виразіть кожен струм гілки як (Va − Vb)/R.
  4. Розв’яжіть систему рівнянь, потім знайдіть потрібний струм.

Метод контурних струмів

Закон напруг Кірхгофа
ΣV = 0 у кожному контурі
Спільний резистор
струм = I1 − I2
Джерело струму в контурі
задає струм цього контуру

Метод

  1. Задайте струм за годинниковою стрілкою в кожному контурі (вікні) кола.
  2. Застосуйте закон напруг Кірхгофа до кожного контуру: сума спадів напруги дорівнює нулю.
  3. У резисторі, спільному для двох контурів, струм дорівнює різниці двох контурних струмів.
  4. Розв’яжіть рівняння; від’ємний результат означає, що струм тече в протилежному напрямку.

Метод накладання

Метод накладання
x = x1 + x2 + … (one source at a time)
Вимкнене джерело напруги
коротке замикання (0 V)
Вимкнене джерело струму
розрив (0 A)
Подільник напруги
V2 = V·R2/(R1 + R2)
Подільник струму
I1 = I·R2/(R1 + R2)

Метод

  1. Порахуйте незалежні джерела. Для кожного джерела ви розв’яжете одне простіше коло.
  2. Залиште одне джерело й вимкніть інші: джерело напруги стає коротким замиканням (провідником), джерело струму — розривом.
  3. Розв’яжіть простіше коло щодо потрібної напруги чи струму, стежачи за напрямком.
  4. Повторіть для кожного джерела, потім додайте внески з урахуванням знаків.

Тевенен і Нортон

Напруга Тевенена
Vth = Vopen circuit
Опір Тевенена
Rth: усі джерела вимкнені, з боку a–b
Струм Нортона
IN = Vth/Rth
Струм навантаження
IL = Vth/(Rth + RL)
Передача максимальної потужності
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

Метод

  1. Від’єднайте навантаження й позначте два затискачі a і b.
  2. Знайдіть напругу холостого ходу між a і b: це Vth.
  3. Вимкніть усі незалежні джерела й знайдіть опір з боку a–b: це Rth.
  4. Поверніть навантаження до еквівалентної схеми: Vth послідовно з Rth.
  5. Для еквівалента Нортона перетворіть: IN = Vth/Rth, з паралельним RN = Rth.

Схеми з операційними підсилювачами

Інвертувальний підсилювач
Vout = −(Rf/Rin)·Vin
Неінвертувальний підсилювач
Vout = (1 + Rf/R1)·Vin
Сумувальний підсилювач
Vout = −Rf(V1/R1 + V2/R2)
Ідеальний ОП
V+ = V−, Iin = 0

Перехідні процеси RC і RL

Стала часу
τ = RC | τ = L/R
Відгук
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
Конденсатор на постійному струмі
розрив; vC не може змінитися стрибком
Котушка на постійному струмі
коротке замикання; iL не може змінитися стрибком
Усталений режим
t ≈ 5τ

Метод

  1. Знайдіть початкове значення одразу після комутації: напруга на конденсаторі й струм через котушку не можуть змінитися стрибком.
  2. Знайдіть кінцеве значення через довгий час після комутації: конденсатор поводиться як розрив, котушка — як коротке замикання.
  3. Знайдіть сталу часу: τ = RC або τ = L/R, використовуючи опір з боку конденсатора чи котушки.
  4. Використайте x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ.

2Задачі для практики

1.Послідовні й паралельні резисториСередня
R1​ = 3 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​10 VR2​20 ΩIR2​AR4​15 ΩB

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 10 VR1 = 3 ΩR2 = 20 ΩR3 = 12 ΩR4 = 15 Ω
IR2 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 6 ΩR3​ = 12 ΩR5​ = 2 Ω+−V1​5 VR2​4 ΩIR2​AR4​20 ΩBR6​30 Ω

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 5 VR1 = 6 ΩR2 = 4 ΩR3 = 12 ΩR4 = 20 ΩR5 = 2 ΩR6 = 30 Ω
IR2 = A
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​ = 3 ΩIR1​R3​ = 15 Ω+−V1​24 VR2​20 ΩAR4​6 ΩBIs​3 A

Скористайтеся методом вузлових потенціалів, щоб знайти струм IR1 через R1 у напрямку стрілки.

V1 = 24 VIs = 3 AR1 = 3 ΩR2 = 20 ΩR3 = 15 ΩR4 = 6 Ω
IR1 = A
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 12 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​30 VR2​6 ΩAR4​8 ΩBIs​?

Джерело струму регулюють, доки вузлова напруга в A не стане VA = 20 V. Методом вузлових потенціалів знайдіть струм джерела Is (напрямок як на схемі).

V1 = 30 VR1 = 12 ΩR2 = 6 ΩR3 = 20 ΩR4 = 8 ΩVA = 20 V
Is = A
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 4 ΩR2​ = 10 Ω+−V1​10 VR3​8 ΩIR3​A+−V2​10 VI1​I2​

Скористайтеся методом контурних струмів, щоб знайти струм IR3 через R3 у напрямку стрілки.

V1 = 10 VV2 = 10 VR1 = 4 ΩR2 = 10 ΩR3 = 8 Ω
IR3 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 30 ΩR2​ = 20 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​10 VR4​2 ΩAR5​12 ΩB+−V2​30 VI1​I2​I3​

Скористайтеся методом контурних струмів, щоб знайти контурний струм I2 (за годинниковою стрілкою).

V1 = 10 VV2 = 30 VR1 = 30 ΩR2 = 20 ΩR3 = 20 ΩR4 = 2 ΩR5 = 12 Ω
I2 = A
7.Метод накладанняСередня
R1​ = 8 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​9 VR2​12 ΩAR4​12 Ω+−VR4​BIs​2,5 A

Скористайтеся методом накладання, щоб знайти напругу VR4 на R4 з указаною полярністю.

V1 = 9 VIs = 2,5 AR1 = 8 ΩR2 = 12 ΩR3 = 3 ΩR4 = 12 Ω
VR4 = V
8.Метод накладанняСкладна
R1​ = 4 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 3 Ω+−V1​18 VR3​30 Ω+−VR3​AIs​2,5 AB+−V2​36 V

Скористайтеся методом накладання, щоб знайти напругу VR3 на R3 з указаною полярністю.

V1 = 18 VIs = 2,5 AV2 = 36 VR1 = 4 ΩR2 = 15 ΩR3 = 30 ΩR4 = 3 Ω
VR3 = V
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 10 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​10 VR2​5 ΩAab

Знайдіть опір Тевенена Rth з боку затискачів a–b.

V1 = 10 VR1 = 10 ΩR2 = 5 ΩR3 = 6 Ω
Rth = Ω
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 3 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​18 VR2​3 ΩAIs​5 ABRL​10 ΩIL​

До a–b підключено навантаження RL = 10 Ω. За допомогою еквівалента Тевенена знайдіть потужність PL, що передається навантаженню.

V1 = 18 VIs = 5 AR1 = 3 ΩR2 = 3 ΩR3 = 6 ΩRL = 10 Ω
PL = W
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 47 kΩR1​ = 47 kΩVin​ = −0,4 V

ОП ідеальний і живиться від ±15 V. Знайдіть вихідну напругу Vout.

Vin = −0,4 VR1 = 47 kΩRf = 47 kΩ
Vout = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​Rf​ = 4,7 kΩV1​ = −2 VR1​ = 10 kΩV2​ = −0,4 VR2​ = 4,7 kΩIf​

Сумувальний підсилювач використовує ідеальний ОП, що живиться від ±15 V. Знайдіть струм If через резистор зворотного зв’язку, що тече до виходу.

V1 = −2 VV2 = −0,4 VR1 = 10 kΩR2 = 4,7 kΩRf = 4,7 kΩ
If = mA
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​20 Vt = 0R = 10 ΩL150 mHi(t)

До замикання вимикача в момент t = 0 струму через котушку немає. Через який час після замикання вимикача струм досягне 75% кінцевого значення? Знайдіть t.

Vs = 20 VR = 10 ΩL = 150 mH
t = ms
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​5 Vt = 0R = 100 kΩC?+−vC​

Таймер при t = 0 починає заряджати незаряджений конденсатор через резистор від джерела 5 V. Він має спрацювати, коли напруга на конденсаторі досягне 3,16 V, рівно через 10 ms після старту. При R = 100 kΩ знайдіть потрібну ємність C.

Vs = 5 VVth = 3,16 VT = 10 msR = 100 kΩ
C = µF

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 0,3965 A

Послідовне й паралельне з’єднання: послідовно через кожен резистор тече той самий струм і R = R₁ + R₂ + …. Паралельно на кожному резисторі та сама напруга і 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Драбинчасту мережу спрощують по одній парі, доки не залишиться один еквівалентний опір.

R1​ = 3 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​10 VR2​20 ΩAR4​15 ΩB

Об’єднуйте резистори з дальнього кінця

Почніть із кінця, найдальшого від джерела, і рухайтеся до нього. Резистори з однаковим струмом з’єднані послідовно; резистори між тими самими двома вузлами — паралельно.

R3 + R4 = 12 + 15 = 27 Ω
R2 ∥ 27 = 20·27/(20+27) = 11,49 Ω
Req = R1 + 11,49 = 3 + 11,49 = 14,49 Ω

Струм джерела

Джерело бачить лише Req, тож закон Ома дає струм, який воно віддає. Цей струм тече через R₁.

IR1 = V1/Req = 10/14,49 = 0,6902 A

Струм через R₂

Відніміть спад на R₁, щоб отримати напругу у вузлі A, тобто напругу на R₂.

VA = V1 − IR1·R1 = 10 − 0,6902·3 = 7,93 V
IR2 = VA/R2 = 7,93/20 = 0,3965 A

Відповідь

IR2 = 0,3965 A
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 0,4551 A

Послідовне й паралельне з’єднання: послідовно через кожен резистор тече той самий струм і R = R₁ + R₂ + …. Паралельно на кожному резисторі та сама напруга і 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Драбинчасту мережу спрощують по одній парі, доки не залишиться один еквівалентний опір.

R1​ = 6 ΩR3​ = 12 ΩR5​ = 2 Ω+−V1​5 VR2​4 ΩAR4​20 ΩBR6​30 Ω

Об’єднуйте резистори з дальнього кінця

Почніть із кінця, найдальшого від джерела, і рухайтеся до нього. Резистори з однаковим струмом з’єднані послідовно; резистори між тими самими двома вузлами — паралельно.

R5 + R6 = 2 + 30 = 32 Ω
R4 ∥ 32 = 12,31 Ω
R3 + 12,31 = 24,31 Ω
R2 ∥ 24,31 = 3,435 Ω
Req = R1 + 3,435 = 6 + 3,435 = 9,435 Ω

Струм джерела

Джерело бачить лише Req, тож закон Ома дає струм, який воно віддає. Цей струм тече через R₁.

IR1 = V1/Req = 5/9,435 = 0,53 A

Струм через R₂

Відніміть спад на R₁, щоб отримати напругу у вузлі A, тобто напругу на R₂.

VA = V1 − IR1·R1 = 5 − 0,53·6 = 1,82 V
IR2 = VA/R2 = 1,82/4 = 0,4551 A

Відповідь

IR2 = 0,4551 A
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR1 = 1,149 A

Метод вузлових потенціалів: оберіть опорний вузол, позначте невідомі вузлові напруги, запишіть закон струмів Кірхгофа для кожного невідомого вузла за законом Ома (I = ΔV/R) і розв’яжіть отримані рівняння.

R1​ = 3 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​24 VR2​20 ΩAR4​6 ΩBIs​3 A

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 24 V). Невідомі: VA, VB.

ЗСК у вузлі A

Струми, що виходять із A через резистори, дорівнюють струму, який джерела подають у A.

VA/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/20 + (VA − 24)/3 + (VA − VB)/15 = 0
0,45·VA − 0,06667·VB = 8

ЗСК у вузлі B

Струми, що виходять із B через резистори, дорівнюють струму, який джерела подають у B.

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/6 + (VB − VA)/15 = 3
−0,06667·VA + 0,2333·VB = 3

Розв’яжіть

Δ = (0,45)(0,2333) − (−0,06667)(−0,06667) = 0,1006
VA = Δ1/Δ = 2,067/0,1006 = 20,55 V
VB = Δ2/Δ = 1,883/0,1006 = 18,73 V

Відповідь

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (24 − 20,55)/3 = 1,149 A
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: Is = 11,25 A

Метод вузлових потенціалів: оберіть опорний вузол, позначте невідомі вузлові напруги, запишіть закон струмів Кірхгофа для кожного невідомого вузла за законом Ома (I = ΔV/R) і розв’яжіть отримані рівняння.

ЗСК для вузла A

VA відоме, тож це рівняння дає VB.

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
(20 − 30)/12 + 20/6 = (VB − 20)/20
2,5 = (VB − 20)/20 → VB = 70 V

ЗСК для вузла B

Струми, що виходять з B через резистори, дорівнюють струму, який джерела подають у B.

Is = (VB − VA)/R3 + VB/R4 = (70 − 20)/20 + 70/8 = 11,25 A

Відповідь

Is = 11,25 A
5.Метод контурних струмів

Відповідь: IR3 = 0,9211 A

Метод контурних струмів: дайте кожному вікну плоского кола власний контурний струм, запишіть закон напруг Кірхгофа для кожного контуру (сума спадів = сума зростань) і розв’яжіть. Струми гілок — це контурний струм або різниця двох контурних струмів у спільній гілці.

R1​ = 4 ΩR2​ = 10 Ω+−V1​10 VR3​8 ΩA+−V2​10 VI1​I2​

Призначте контурні струми

У кожному вікні намалюйте струм за годинниковою стрілкою: I1, I2. Резистор, спільний для двох контурів, проводить різницю їхніх струмів.

ЗНК для контуру 1

Обходячи за годинниковою стрілкою, спади напруги на резисторах дорівнюють зростанням напруги джерел (від − до + у напрямку обходу).

R1·I1 + R3(I1 − I2) = V1
4·I1 + 8(I1 − I2) = 10
12·I1 − 8·I2 = 10

ЗНК для контуру 2

Обходячи за годинниковою стрілкою, спади напруги на резисторах дорівнюють зростанням напруги джерел (від − до + у напрямку обходу).

R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
10·I2 + 8(I2 − I1) = (−10)
−8·I1 + 18·I2 = −10

Розв’яжіть

Δ = (12)(18) − (−8)(−8) = 152
I1 = Δ1/Δ = 100/152 = 0,6579 A
I2 = Δ2/Δ = −40/152 = −0,2632 A

Відповідь

IR3 = I1 − I2 = 0,9211 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: I2 = −0,3617 A

Метод контурних струмів: дайте кожному вікну плоского кола власний контурний струм, запишіть закон напруг Кірхгофа для кожного контуру (сума спадів = сума зростань) і розв’яжіть. Струми гілок — це контурний струм або різниця двох контурних струмів у спільній гілці.

R1​ = 30 ΩR2​ = 20 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​10 VR4​2 ΩAR5​12 ΩB+−V2​30 VI1​I2​I3​

Призначте контурні струми

У кожному вікні намалюйте струм за годинниковою стрілкою: I1, I2, I3. Резистор, спільний для двох контурів, проводить різницю їхніх струмів.

ЗНК для контуру 1

Обходячи за годинниковою стрілкою, спади напруги на резисторах дорівнюють зростанням напруги джерел (від − до + у напрямку обходу).

R1·I1 + R4(I1 − I2) = V1
30·I1 + 2(I1 − I2) = 10
32·I1 − 2·I2 = 10

ЗНК для контуру 2

Обходячи за годинниковою стрілкою, спади напруги на резисторах дорівнюють зростанням напруги джерел (від − до + у напрямку обходу).

R2·I2 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
20·I2 + 2(I2 − I1) + 12(I2 − I3) = 0
−2·I1 + 34·I2 − 12·I3 = 0

ЗНК для контуру 3

Обходячи за годинниковою стрілкою, спади напруги на резисторах дорівнюють зростанням напруги джерел (від − до + у напрямку обходу).

R3·I3 + R5(I3 − I2) = −V2
20·I3 + 12(I3 − I2) = (−30)
−12·I2 + 32·I3 = −30

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 30080
I1 = Δ1/Δ = 8720/30080 = 0,2899 A
I2 = Δ2/Δ = −10880/30080 = −0,3617 A
I3 = Δ3/Δ = −32280/30080 = −1,073 A

Відповідь

I2 = −0,3617 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: VR4 = 15,09 V

Метод накладання: у лінійному колі будь-яка напруга чи струм дорівнює сумі відгуків на кожне незалежне джерело, що діє окремо. Щоб вимкнути джерело, замініть ідеальне джерело напруги коротким замиканням, а ідеальне джерело струму — розривом. Резистори залишаються на місці.

R1​ = 8 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​9 VR2​12 ΩAR4​12 ΩBОБРИВ

Випадок 1 · діє лише V1

Iₛ стає розривом, тож R₃ і R₄ утворюють одну послідовну гілку від A до землі, паралельну R₂.

R3+R4 = 3+12 = 15 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 12·15/(12+15) = 6,667 Ω
VA = 9·6,667/(8+6,667) = 4,091 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 4,091·12/15 = 3,273 V
VR4′ = VB − 0 = 3,273 − 0 = 3,273 V
R1​ = 8 ΩR3​ = 3 ΩКЗR2​12 ΩAR4​12 ΩBIs​2,5 A

Випадок 2 · діє лише Is

V₁ стає коротким замиканням, тож R₁ паралельний R₂. Iₛ у точці B розгалужується між R₄ і шляхом через R₃.

R1 ∥ R2 = 8·12/(8+12) = 4,8 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 12 ∥ 7,8 = 4,727 Ω
VB = Is·Req = 2,5·4,727 = 11,82 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 11,82·4,8/7,8 = 7,273 V
VR4″ = VB − 0 = 11,82 − 0 = 11,82 V

Додайте складові

VR4 = VR4′ + VR4″
VR4 = 3,273 + 11,82 = 15,09 V

Від’ємний результат означає, що насправді полярність протилежна вказаній.

8.Метод накладання

Відповідь: VR3 = 20,41 V

Метод накладання: у лінійному колі будь-яка напруга чи струм дорівнює сумі відгуків на кожне незалежне джерело, що діє окремо. Щоб вимкнути джерело, замініть ідеальне джерело напруги коротким замиканням, а ідеальне джерело струму — розривом. Резистори залишаються на місці.

R1​ = 4 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 3 Ω+−V1​18 VR3​30 ΩAОБРИВBКЗ

Випадок 1 · діє лише V1

V₂ стає коротким замиканням, а Iₛ — розривом. З боку A резистор R₃ паралельний послідовній парі R₂+R₄.

R3 ∥ (R2+R4) = 30 ∥ 18 = 11,25 Ω
VA = 18·11,25/(4+11,25) = 13,28 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 13,28·3/18 = 2,213 V
VR3′ = VA − 0 = 13,28 − 0 = 13,28 V
R1​ = 4 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 3 ΩКЗR3​30 ΩAIs​2,5 ABКЗ

Випадок 2 · діє лише Is

Обидва джерела напруги стають короткими замиканнями. Iₛ у точці B розгалужується між R₄ (тепер до землі) і R₂, послідовним із R₁ ∥ R₃.

R1 ∥ R3 = 3,529 Ω, тож лівий шлях — R2+3,529 = 18,53 Ω
Req = R4 ∥ 18,53 = 2,582 Ω
VB = Is·Req = 2,5·2,582 = 6,455 V
VA = VB·3,529/18,53 = 1,23 V
VR3″ = VA − 0 = 1,23 − 0 = 1,23 V
R1​ = 4 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 3 ΩКЗR3​30 ΩAОБРИВB+−V2​36 V

Випадок 3 · діє лише V2

V₁ стає коротким замиканням, а Iₛ — розривом. R₁ ∥ R₃ відходить від A, послідовно з R₂ назад до B.

R1 ∥ R3 = 4·30/(4+30) = 3,529 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 36·18,53/21,53 = 30,98 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 30,98·3,529/18,53 = 5,902 V
VR3‴ = VA − 0 = 5,902 − 0 = 5,902 V

Додайте складові

VR3 = VR3′ + VR3″ + VR3‴
VR3 = 13,28 + 1,23 + 5,902 = 20,41 V

Від’ємний результат означає, що насправді полярність протилежна вказаній.

9.Тевенен і Нортон

Відповідь: Rth = 9,333 Ω

Теорема Тевенена: будь-яке лінійне двополюсне коло поводиться як одне джерело напруги Vth, послідовне з опором Rth. Теорема Нортона подає те саме коло як джерело струму IN = Vth/Rth, паралельне Rth.

R1​ = 10 ΩR3​ = 6 ΩКЗR2​5 ΩAabRth​

Знайдіть Rth з усіма вимкненими джерелами

Замініть джерела напруги короткими замиканнями, а джерела струму — розривами, а тоді подивіться на коло з боку a–b.

R1 ∥ R2 = 10·5/(10+5) = 3,333 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,333 + 6 = 9,333 Ω
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: PL = 70,6 W

Теорема Тевенена: будь-яке лінійне двополюсне коло поводиться як одне джерело напруги Vth, послідовне з опором Rth. Теорема Нортона подає те саме коло як джерело струму IN = Vth/Rth, паралельне Rth.

R1​ = 3 ΩR3​ = 6 ΩКЗR2​3 ΩAОБРИВBabRth​

Знайдіть Rth з усіма вимкненими джерелами

Замініть джерела напруги короткими замиканнями, а джерела струму — розривами, а тоді подивіться на коло з боку a–b.

R1 ∥ R2 = 3·3/(3+3) = 1,5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,5 + 6 = 7,5 Ω
R1​ = 3 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​18 VR2​3 ΩAIs​5 ABab+−Vth​

Знайдіть Vth — напругу холостого ходу

Коли a–b розімкнені, Iₛ може текти лише через R₃ у вузол A. Знайдіть V_A накладанням V₁ та Iₛ, потім додайте спад на R₃.

VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 9 + 5·1,5 = 16,5 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 16,5 + 5·6 = 46,5 V
Rth​ = 7,5 Ω+−Vth​46,5 VRL​10 ΩIL​

Підключіть навантаження до еквівалента Тевенена

Джерело Тевенена і послідовний R_th поводяться на a–b точно як початкове коло, тож навантаження бачить простий послідовний контур.

IL = Vth/(Rth + RL) = 46,5/(7,5 + 10) = 2,657 A
PL = IL²·RL = 2,657²·10 = 70,6 W
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −0,8 V

Правила ідеального ОП: з від’ємним зворотним зв’язком підсилювач встановлює вихід так, щоб обидва входи мали однакову напругу (V₋ = V₊), і в жоден вхід струм не тече. ЗСК на інвертувальному вході з цими двома фактами дає вихід.

Інвертувальний вхід повторює вхід

V₋ = V₊ = −0,4 V
I = V₋/R1 = −0,4/47 = −0,008511 mA

Вихідна напруга

Струм через R₁ тече й через Rf.

Vout = V₋ + I·Rf = −0,4 + (−0,008511)·47 = −0,8 V

Відповідь

Vout = −0,8 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: If = −0,2851 mA

Правила ідеального ОП: з від’ємним зворотним зв’язком підсилювач встановлює вихід так, щоб обидва входи мали однакову напругу (V₋ = V₊), і в жоден вхід струм не тече. ЗСК на інвертувальному вході з цими двома фактами дає вихід.

Вхідні струми

V₋ = 0, тож на кожному вхідному резисторі вся його вхідна напруга.

I1 = V1/R1 = −2/10 = −0,2 mA
I2 = V2/R2 = −0,4/4,7 = −0,08511 mA
If = I1 + I2 = −0,2851 mA

Відповідь

If = −0,2851 mA
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: t = 20,79 ms

Перехідні процеси першого порядку: у колі з одним конденсатором або однією котушкою кожна напруга й кожен струм експоненційно змінюються від початкового до кінцевого значення: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, де τ = RC або τ = L/R. Приблизно через 5τ коло виходить на усталений режим.

Стала часу і кінцевий струм

Через тривалий час після замикання котушка поводиться як коротке замикання, тож кінцевий струм визначає лише R.

τ = L/R = 150 mH / 10 Ω = 15 ms
i(∞) = Vs/R = 20/10 = 2 A

Виразіть час

0,75 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0,75)
t = −15·ln(0,25) = 20,79 ms

Відповідь

t = 20,79 ms
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: C = 0,1 µF

Перехідні процеси першого порядку: у колі з одним конденсатором або однією котушкою кожна напруга й кожен струм експоненційно змінюються від початкового до кінцевого значення: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, де τ = RC або τ = L/R. Приблизно через 5τ коло виходить на усталений режим.

Потрібна стала часу

3,16 = 5·(1 − e−10/τ) → τ = 10/ln(5/(5 − 3,16))
τ = 10/0,9997 = 10 ms

Ємність

kΩ помножити на µF дає мілісекунди.

C = τ/R = 10/100 = 0,1 µF

Відповідь

C = 0,1 µF

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