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​ = 15 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​15 VR2​20 ΩAR4​15 ΩB

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 15 VR1 = 15 ΩR2 = 20 ΩR3 = 8 ΩR4 = 15 Ω
Req = Ω
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 8 ΩR3​ = 6 ΩR5​ = 5 Ω+−V1​6 VR2​12 ΩAR4​30 ΩBR6​2 Ω

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 6 VR1 = 8 ΩR2 = 12 ΩR3 = 6 ΩR4 = 30 ΩR5 = 5 ΩR6 = 2 Ω
Req = Ω
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​2 Ω+−V1​15 VR2​20 Ω+−V2​12 VR3​2 Ω+−V3​9 VI3​A

Між вузлом A і землею ввімкнено три вітки, як показано на схемі. Методом вузлових потенціалів знайдіть струм I3 у вітці 3, що тече вгору у вузол A в напрямку стрілки.

V1 = 15 VR1 = 2 ΩV2 = 12 VR2 = 20 ΩV3 = 9 VR3 = 2 Ω
I3 = A
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 12 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 3 Ω+−V1​15 VR3​8 ΩAR5​8 ΩBIs​1,5 A+−V2​9 V

Скористайтеся методом вузлових потенціалів, щоб знайти вузлову напругу VA (відносно землі).

V1 = 15 VIs = 1,5 AV2 = 9 VR1 = 12 ΩR2 = 2 ΩR3 = 8 ΩR4 = 3 ΩR5 = 8 Ω
VA = V
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 10 ΩR2​ = 20 Ω+−V1​9 VR3​2 ΩA+−V2​15 VI1​I2​

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

V1 = 9 VV2 = 15 VR1 = 10 ΩR2 = 20 ΩR3 = 2 Ω
I2 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 15 ΩIR1​R2​ = 2 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​15 VR4​10 ΩAR5​3 ΩB+−V2​15 VI1​I2​I3​

Скористайтеся методом контурних струмів, щоб знайти струм IR1 через R1 у напрямку стрілки.

V1 = 15 VV2 = 15 VR1 = 15 ΩR2 = 2 ΩR3 = 5 ΩR4 = 10 ΩR5 = 3 Ω
IR1 = A
7.Метод накладанняСередня
R1​ = 12 ΩR3​ = 3 ΩIR3​+−V1​9 VR2​15 ΩAR4​12 ΩBIs​?

Знайдіть значення джерела струму Is (напрямок як на схемі), за якого струм IR3 через R3 дорівнює нулю.

V1 = 9 VR1 = 12 ΩR2 = 15 ΩR3 = 3 ΩR4 = 12 Ω
Is = A
8.Метод накладанняСкладна
R1​ = 30 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 20 ΩIR4​+−V1​18 VR3​25 ΩAIs​4 AB−+V2​15 V

Скористайтеся методом накладання, щоб знайти струм IR4 через R4 у напрямку стрілки.

V1 = 18 VIs = 4 AV2 = 15 VR1 = 30 ΩR2 = 2 ΩR3 = 25 ΩR4 = 20 Ω
IR4 = A
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 15 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR2​4 ΩAab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 15 VR1 = 15 ΩR2 = 4 ΩR3 = 10 Ω
Vth = V
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 25 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​6 VR2​20 ΩAIs​1 ABab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 6 VIs = 1 AR1 = 25 ΩR2 = 20 ΩR3 = 10 Ω
Vth = V
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 10 kΩR1​ = 1 kΩVin​

ОП ідеальний і живиться від ±15 V; його вихід насичується на рівні ±14 V. На неінвертувальний підсилювач подається синусоїдальний сигнал. Знайдіть найбільшу амплітуду вхідного сигналу Vin,max (пікове значення), за якої вихідний сигнал не обмежується.

R1 = 1 kΩRf = 10 kΩVsat = ±14 V
Vin,max = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​Rf​ = 4,7 kΩV1​ = 0,3 VR1​ = 10 kΩV2​ = 1,4 VR2​ = 100 kΩ

Сумувальний підсилювач використовує ідеальний ОП, що живиться від ±15 V. Знайдіть вихідну напругу Vout.

V1 = 0,3 VV2 = 1,4 VR1 = 10 kΩR2 = 100 kΩRf = 4,7 kΩ
Vout = V
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​6 Vt = 0R = 47 ΩL33 mHi(t)

До замикання вимикача в момент t = 0 струму через котушку немає. Знайдіть струм i у момент t = 1 ms.

Vs = 6 VR = 47 ΩL = 33 mHt = 1 ms
i = A
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​6 Vt = 0R = 1 kΩC22 µF+−vC​vC​(0) = 20 V

Безпосередньо перед замиканням вимикача в момент t = 0 конденсатор має 20 V з указаною полярністю. За який час vC досягне 11,6 V? Знайдіть t.

Vs = 6 VR = 1 kΩC = 22 µFvC(0) = 20 V
t = ms

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 25,7 Ω

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​ = 15 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​15 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 = 8 + 15 = 23 Ω
R2 ∥ 23 = 20·23/(20+23) = 10,7 Ω
Req = R1 + 10,7 = 15 + 10,7 = 25,7 Ω

Відповідь

Req = 25,7 Ω
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 13,92 Ω

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​ = 8 ΩR3​ = 6 ΩR5​ = 5 Ω+−V1​6 VR2​12 ΩAR4​30 ΩBR6​2 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 = 5 + 2 = 7 Ω
R4 ∥ 7 = 5,676 Ω
R3 + 5,676 = 11,68 Ω
R2 ∥ 11,68 = 5,918 Ω
Req = R1 + 5,918 = 8 + 5,918 = 13,92 Ω

Відповідь

Req = 13,92 Ω
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: I3 = −1,5 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

Нижній провід візьміть за землю. Кожна вітка проводить від A струм (VA − Vk)/Rk, де Vk — напруга її джерела (нуль для простого резистора). Сума струмів, що виходять з A, дорівнює нулю.

(VA − 15)/2 + (VA − 12)/20 + (VA − 9)/2 = 0

Знайдіть VA

VA = (15/2 + 12/20 + 9/2) / (1/2 + 1/20 + 1/2) = 12,6/1,05 = 12 V

Струм гілки

Стрілка спрямована вгору вздовж вітки, у вузол A.

I3 = (9 − VA)/R3 = (9 − 12)/2 = −1,5 A

Відповідь

I3 = −1,5 A

Від’ємний результат означає, що дійсний струм тече проти стрілки.

4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VA = 8,04 V

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​ = 12 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 3 Ω+−V1​15 VR3​8 ΩAR5​8 ΩBIs​1,5 A+−V2​9 V

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 15 V, V2 = 9 V). Невідомі: VA, VB.

ЗСК у вузлі A

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

VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/8 + (VA − 15)/12 + (VA − VB)/2 = 0
0,7083·VA − 0,5·VB = 1,25

ЗСК у вузлі B

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

VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/8 + (VB − VA)/2 + (VB − 9)/3 = 1,5
−0,5·VA + 0,9583·VB = 4,5

Розв’яжіть

Δ = (0,7083)(0,9583) − (−0,5)(−0,5) = 0,4288
VA = Δ1/Δ = 3,448/0,4288 = 8,04 V
VB = Δ2/Δ = 3,812/0,4288 = 8,891 V

Відповідь

VA = 8,04 V
5.Метод контурних струмів

Відповідь: I2 = −0,6231 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​ = 10 ΩR2​ = 20 Ω+−V1​9 VR3​2 ΩA+−V2​15 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
10·I1 + 2(I1 − I2) = 9
12·I1 − 2·I2 = 9

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
20·I2 + 2(I2 − I1) = (−15)
−2·I1 + 22·I2 = −15

Розв’яжіть

Δ = (12)(22) − (−2)(−2) = 260
I1 = Δ1/Δ = 168/260 = 0,6462 A
I2 = Δ2/Δ = −162/260 = −0,6231 A

Відповідь

I2 = −0,6231 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: IR1 = 0,6152 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​ = 15 ΩR2​ = 2 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​15 VR4​10 ΩAR5​3 ΩB+−V2​15 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
15·I1 + 10(I1 − I2) = 15
25·I1 − 10·I2 = 15

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
2·I2 + 10(I2 − I1) + 3(I2 − I3) = 0
−10·I1 + 15·I2 − 3·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
5·I3 + 3(I3 − I2) = (−15)
−3·I2 + 8·I3 = −15

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 1975
I1 = Δ1/Δ = 1215/1975 = 0,6152 A
I2 = Δ2/Δ = 75/1975 = 0,03797 A
I3 = Δ3/Δ = −3675/1975 = −1,861 A

Відповідь

IR1 = I1 = 0,6152 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: Is = 0,4167 A

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​ = 12 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​9 VR2​15 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) = 15·15/(15+15) = 7,5 Ω
VA = 9·7,5/(12+7,5) = 3,462 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 3,462·12/15 = 2,769 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (3,462 − 2,769)/3 = 0,2308 A

Випадок 2 · діє лише Is

V₁ стає коротким замиканням, тож R₁ ∥ R₂ з’єднує A із землею. Iₛ розгалужується у вузлі B між R₄ і шляхом R₃ + R₁∥R₂; частина через R₃ тече від B до A, проти стрілки.

R1 ∥ R2 = 6,667 Ω
IR3″ = −Is·R4/(R4 + R3 + R1∥R2) = −Is·12/21,67 = −0,5538·Is

Прирівняйте суму до нуля

IR3′ + IR3″ = 0,2308 − 0,5538·Is = 0
Is = 0,2308/0,5538 = 0,4167 A

Відповідь

Is = 0,4167 A
8.Метод накладання

Відповідь: IR4 = 2,406 A

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​ = 30 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 20 Ω+−V1​18 VR3​25 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) = 25 ∥ 22 = 11,7 Ω
VA = 18·11,7/(30+11,7) = 5,051 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 5,051·20/22 = 4,592 V
IR4′ = (VB − V2)/R4 = (4,592 − 0)/20 = 0,2296 A
R1​ = 30 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 20 ΩКЗR3​25 ΩAIs​4 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 = 13,64 Ω, тож лівий шлях — R2+13,64 = 15,64 Ω
Req = R4 ∥ 15,64 = 8,776 Ω
VB = Is·Req = 4·8,776 = 35,1 V
VA = VB·13,64/15,64 = 30,61 V
IR4″ = (VB − V2)/R4 = (35,1 − 0)/20 = 1,755 A
R1​ = 30 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 20 ΩКЗR3​25 ΩAОБРИВB−+V2​15 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 = 30·25/(30+25) = 13,64 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = (−15)·15,64/35,64 = −6,582 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = −6,582·13,64/15,64 = −5,74 V
IR4‴ = (VB − V2)/R4 = (−6,582 − −15)/20 = 0,4209 A

Додайте складові

IR4 = IR4′ + IR4″ + IR4‴
IR4 = 0,2296 + 1,755 + 0,4209 = 2,406 A

Від’ємний результат означає, що насправді струм тече проти стрілки.

9.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = 3,158 V

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​ = 15 ΩR3​ = 10 ΩКЗR2​4 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 = 15·4/(15+4) = 3,158 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,158 + 10 = 13,16 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR2​4 ΩAab+−Vth​

Знайдіть Vth — напругу холостого ходу

Коли a–b розімкнені, через R₃ струм не тече, тож спаду на ньому немає і V_b = V_A. R₁ і R₂ утворюють дільник напруги.

Vth = V1·R2/(R1+R2) = 15·4/(15+4) = 3,158 V
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = 23,78 V

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​ = 25 ΩR3​ = 10 ΩКЗR2​20 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 = 25·20/(25+20) = 11,11 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 11,11 + 10 = 21,11 Ω
R1​ = 25 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​6 VR2​20 ΩAIs​1 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) = 2,667 + 1·11,11 = 13,78 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 13,78 + 1·10 = 23,78 V
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vin,max = 1,273 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.

Коефіцієнт підсилення

Av = 1 + Rf/R1 = 1 + 10/1 = 11

Найбільший вхідний сигнал без обмеження

Vin,max = Vsat/|Av| = 14/11 = 1,273 V

Відповідь

Vin,max = 1,273 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −0,2068 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.

Вхідні струми

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

I1 = V1/R1 = 0,3/10 = 0,03 mA
I2 = V2/R2 = 1,4/100 = 0,014 mA
If = I1 + I2 = 0,044 mA

Вихідна напруга

Vout = −Rf·If = −4,7·0,044 = −0,2068 V

Відповідь

Vout = −0,2068 V
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: i = 0,09693 A

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 = 33 mH / 47 Ω = 0,7021 ms
i(∞) = Vs/R = 6/47 = 0,1277 A

Струм у заданий момент

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0,1277·(1 − e−1/0,7021) = 0,09693 A

Відповідь

i = 0,09693 A
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: t = 20,16 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.

Початкове значення, кінцеве значення, стала часу

Напруга на конденсаторі не може змінитися стрибком, тож вона починає з накопиченого значення й прямує до напруги джерела.

vC(0) = 20 V, vC(∞) = Vs = 6 V
τ = R·C = 1 kΩ · 22 µF = 22 ms
vC(t) = 6 + (20 − 6)·e−t/τ

Виразіть час

11,6 = 6 + (14)·e−t/τ → e−t/τ = (11,6 − 6)/(20 − 6) = 0,4
t = τ·ln((20 − 6)/(11,6 − 6)) = 22·ln(2,5) = 20,16 ms

Відповідь

t = 20,16 ms

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