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​ = 10 Ω+−V1​10 VR2​5 ΩAR4​2 ΩB

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 10 VR1 = 15 ΩR2 = 5 ΩR3 = 10 ΩR4 = 2 Ω
Req = Ω
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 5 ΩR3​ = 4 ΩR5​ = 30 Ω+−V1​36 VR2​25 ΩAR4​8 ΩBR6​8 Ω

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 36 VR1 = 5 ΩR2 = 25 ΩR3 = 4 ΩR4 = 8 ΩR5 = 30 ΩR6 = 8 Ω
Req = Ω
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​3 Ω+−V1​12 VR2​6 Ω+−V2​18 VI2​R3​3 Ω−+V3​12 VA

Між вузлом A і землею ввімкнено три вітки, як показано на схемі. Методом вузлових потенціалів знайдіть струм I2 у вітці 2, що тече вгору у вузол A в напрямку стрілки.

V1 = 12 VR1 = 3 ΩV2 = 18 VR2 = 6 ΩV3 = 12 VR3 = 3 Ω
I2 = A
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 25 ΩR2​ = 6 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​24 VR3​2 ΩAR5​10 ΩBIs​3 A+−V2​15 V

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

V1 = 24 VIs = 3 AV2 = 15 VR1 = 25 ΩR2 = 6 ΩR3 = 2 ΩR4 = 8 ΩR5 = 10 Ω
VA = V
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 10 ΩR2​ = 15 Ω+−V1​6 VR3​12 ΩA+−V2​18 VI1​I2​

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

V1 = 6 VV2 = 18 VR1 = 10 ΩR2 = 15 ΩR3 = 12 Ω
I2 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 25 ΩR2​ = 25 ΩIR2​R3​ = 6 Ω+−V1​12 VR4​20 ΩAR5​15 ΩB+−V2​24 VI1​I2​I3​

Скористайтеся методом контурних струмів, щоб знайти струм IR2 через R2 у напрямку стрілки.

V1 = 12 VV2 = 24 VR1 = 25 ΩR2 = 25 ΩR3 = 6 ΩR4 = 20 ΩR5 = 15 Ω
IR2 = A
7.Метод накладанняСередня
R1​ = 5 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​12 VR2​15 ΩIR2​AR4​10 ΩBIs​3 A

Скористайтеся методом накладання, щоб знайти струм IR2 через R2 у напрямку стрілки.

V1 = 12 VIs = 3 AR1 = 5 ΩR2 = 15 ΩR3 = 20 ΩR4 = 10 Ω
IR2 = A
8.Метод накладанняСкладна
R1​ = 6 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 12 Ω+−V1​15 VR3​30 ΩIR3​AIs​1,5 AB+−V2​24 V

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

V1 = 15 VIs = 1,5 AV2 = 24 VR1 = 6 ΩR2 = 3 ΩR3 = 30 ΩR4 = 12 Ω
IR3 = A
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 12 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​24 VR2​3 ΩARL​12 ΩIL​B

До a–b підключено навантаження RL = 12 Ω. Замініть решту кола еквівалентом Тевенена і знайдіть струм навантаження IL.

V1 = 24 VR1 = 12 ΩR2 = 3 ΩR3 = 2 ΩRL = 12 Ω
IL = A
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 3 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​24 VR2​25 ΩAIs​1,5 ABRL​30 ΩIL​

До a–b підключено навантаження RL = 30 Ω. Замініть решту кола еквівалентом Тевенена і знайдіть струм навантаження IL.

V1 = 24 VIs = 1,5 AR1 = 3 ΩR2 = 25 ΩR3 = 25 ΩRL = 30 Ω
IL = A
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 100 kΩVin​R1​ = 4,7 kΩ

ОП ідеальний і живиться від ±15 V; його вихід насичується на рівні ±12 V. На інвертувальний підсилювач подається синусоїдальний сигнал. Знайдіть найбільшу амплітуду вхідного сигналу Vin,max (пікове значення), за якої вихідний сигнал не обмежується.

R1 = 4,7 kΩRf = 100 kΩVsat = ±12 V
Vin,max = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​Rf​ = 22 kΩV1​ = 0,7 VR1​ = 22 kΩV2​ = 1,4 VR2​ = 4,7 kΩ

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

V1 = 0,7 VV2 = 1,4 VR1 = 22 kΩR2 = 4,7 kΩRf = 22 kΩ
Vout = V
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​12 Vt = 0R = 22 ΩL100 mHi(t)

До замикання вимикача в момент t = 0 струму через котушку немає. Знайдіть струм i у момент t = 5 ms.

Vs = 12 VR = 22 ΩL = 100 mHt = 5 ms
i = A
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​9 Vt = 0R = 1 kΩC?+−vC​

Таймер при t = 0 починає заряджати незаряджений конденсатор через резистор від джерела 9 V. Він має спрацювати, коли напруга на конденсаторі досягне 6,75 V, рівно через 20 ms після старту. При R = 1 kΩ знайдіть потрібну ємність C.

Vs = 9 VVth = 6,75 VT = 20 msR = 1 kΩ
C = µF

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 18,53 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​ = 10 Ω+−V1​10 VR2​5 ΩAR4​2 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 = 10 + 2 = 12 Ω
R2 ∥ 12 = 5·12/(5+12) = 3,529 Ω
Req = R1 + 3,529 = 15 + 3,529 = 18,53 Ω

Відповідь

Req = 18,53 Ω
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 12,45 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​ = 5 ΩR3​ = 4 ΩR5​ = 30 Ω+−V1​36 VR2​25 ΩAR4​8 ΩBR6​8 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 = 30 + 8 = 38 Ω
R4 ∥ 38 = 6,609 Ω
R3 + 6,609 = 10,61 Ω
R2 ∥ 10,61 = 7,448 Ω
Req = R1 + 7,448 = 5 + 7,448 = 12,45 Ω

Відповідь

Req = 12,45 Ω
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: I2 = 2,4 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 − 12)/3 + (VA − 18)/6 + (VA − (−12))/3 = 0

Знайдіть VA

VA = (12/3 + 18/6 + (−12)/3) / (1/3 + 1/6 + 1/3) = 3/0,8333 = 3,6 V

Струм гілки

Стрілка спрямована вгору вздовж вітки, у вузол A.

I2 = (18 − VA)/R2 = (18 − 3,6)/6 = 2,4 A

Відповідь

I2 = 2,4 A

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

4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VA = 0,757 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​ = 25 ΩR2​ = 6 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​24 VR3​2 ΩAR5​10 ΩBIs​3 A+−V2​15 V

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 24 V, V2 = 15 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/2 + (VA − 24)/25 + (VA − VB)/6 = 0
0,7067·VA − 0,1667·VB = 0,96

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/10 + (VB − VA)/6 + (VB − 15)/8 = (−3)
−0,1667·VA + 0,3917·VB = −1,125

Розв’яжіть

Δ = (0,7067)(0,3917) − (−0,1667)(−0,1667) = 0,249
VA = Δ1/Δ = 0,1885/0,249 = 0,757 V
VB = Δ2/Δ = −0,635/0,249 = −2,55 V

Відповідь

VA = 0,757 V
5.Метод контурних струмів

Відповідь: I2 = −0,72 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​ = 15 Ω+−V1​6 VR3​12 ΩA+−V2​18 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 + 12(I1 − I2) = 6
22·I1 − 12·I2 = 6

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
15·I2 + 12(I2 − I1) = (−18)
−12·I1 + 27·I2 = −18

Розв’яжіть

Δ = (22)(27) − (−12)(−12) = 450
I1 = Δ1/Δ = −54/450 = −0,12 A
I2 = Δ2/Δ = −324/450 = −0,72 A

Відповідь

I2 = −0,72 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: IR2 = −0,2923 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​ = 25 ΩR2​ = 25 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​12 VR4​20 ΩAR5​15 ΩB+−V2​24 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
25·I1 + 20(I1 − I2) = 12
45·I1 − 20·I2 = 12

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
25·I2 + 20(I2 − I1) + 15(I2 − I3) = 0
−20·I1 + 60·I2 − 15·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
6·I3 + 15(I3 − I2) = (−24)
−15·I2 + 21·I3 = −24

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 38175
I1 = Δ1/Δ = 5220/38175 = 0,1367 A
I2 = Δ2/Δ = −11160/38175 = −0,2923 A
I3 = Δ3/Δ = −51600/38175 = −1,352 A

Відповідь

IR2 = I2 = −0,2923 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: IR2 = 0,7556 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​ = 5 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​12 VR2​15 ΩAR4​10 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 = 20+10 = 30 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 15·30/(15+30) = 10 Ω
VA = 12·10/(5+10) = 8 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 8·10/30 = 2,667 V
IR2′ = (VA − 0)/R2 = (8 − 0)/15 = 0,5333 A
R1​ = 5 ΩR3​ = 20 ΩКЗR2​15 ΩAR4​10 ΩBIs​3 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 = 5·15/(5+15) = 3,75 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 10 ∥ 23,75 = 7,037 Ω
VB = Is·Req = 3·7,037 = 21,11 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 21,11·3,75/23,75 = 3,333 V
IR2″ = (VA − 0)/R2 = (3,333 − 0)/15 = 0,2222 A

Додайте складові

IR2 = IR2′ + IR2″
IR2 = 0,5333 + 0,2222 = 0,7556 A

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

8.Метод накладання

Відповідь: IR3 = 0,6625 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​ = 6 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 12 Ω+−V1​15 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 ∥ 15 = 10 Ω
VA = 15·10/(6+10) = 9,375 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 9,375·12/15 = 7,5 V
IR3′ = (VA − 0)/R3 = (9,375 − 0)/30 = 0,3125 A
R1​ = 6 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 12 ΩКЗR3​30 ΩAIs​1,5 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 = 5 Ω, тож лівий шлях — R2+5 = 8 Ω
Req = R4 ∥ 8 = 4,8 Ω
VB = Is·Req = 1,5·4,8 = 7,2 V
VA = VB·5/8 = 4,5 V
IR3″ = (VA − 0)/R3 = (4,5 − 0)/30 = 0,15 A
R1​ = 6 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 12 ΩКЗR3​30 ΩAОБРИВB+−V2​24 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 = 6·30/(6+30) = 5 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 24·8/20 = 9,6 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 9,6·5/8 = 6 V
IR3‴ = (VA − 0)/R3 = (6 − 0)/30 = 0,2 A

Додайте складові

IR3 = IR3′ + IR3″ + IR3‴
IR3 = 0,3125 + 0,15 + 0,2 = 0,6625 A

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

9.Тевенен і Нортон

Відповідь: IL = 0,2927 A

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​ = 12 ΩR3​ = 2 ΩКЗR2​3 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 = 12·3/(12+3) = 2,4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,4 + 2 = 4,4 Ω
R1​ = 12 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​24 VR2​3 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) = 24·3/(12+3) = 4,8 V
Rth​ = 4,4 Ω+−Vth​4,8 VRL​12 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) = 4,8/(4,4 + 12) = 0,2927 A
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: IL = 1,091 A

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​ = 25 ΩКЗR2​25 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 = 3·25/(3+25) = 2,679 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,679 + 25 = 27,68 Ω
R1​ = 3 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​24 VR2​25 ΩAIs​1,5 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) = 21,43 + 1,5·2,679 = 25,45 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 25,45 + 1,5·25 = 62,95 V
Rth​ = 27,68 Ω+−Vth​62,95 VRL​30 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) = 62,95/(27,68 + 30) = 1,091 A
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vin,max = 0,564 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| = Rf/R1 = 100/4,7 = 21,28

Найбільший вхідний сигнал без обмеження

Vin,max = Vsat/|Av| = 12/21,28 = 0,564 V

Відповідь

Vin,max = 0,564 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −7,253 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 = 0,7/22 = 0,03182 mA
I2 = V2/R2 = 1,4/4,7 = 0,2979 mA
If = I1 + I2 = 0,3297 mA

Вихідна напруга

Vout = −Rf·If = −22·0,3297 = −7,253 V

Відповідь

Vout = −7,253 V
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: i = 0,3639 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 = 100 mH / 22 Ω = 4,545 ms
i(∞) = Vs/R = 12/22 = 0,5455 A

Струм у заданий момент

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0,5455·(1 − e−5/4,545) = 0,3639 A

Відповідь

i = 0,3639 A
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: C = 14,43 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

6,75 = 9·(1 − e−20/τ) → τ = 20/ln(9/(9 − 6,75))
τ = 20/1,386 = 14,43 ms

Ємність

kΩ помножити на µF дає мілісекунди.

C = τ/R = 14,43/1 = 14,43 µF

Відповідь

C = 14,43 µF

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