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​ = 10 ΩIR1​R3​ = 10 Ω+−V1​6 VR2​12 ΩAR4​10 ΩB

Знайдіть струм IR1, який віддає джерело і який тече через R1.

V1 = 6 VR1 = 10 ΩR2 = 12 ΩR3 = 10 ΩR4 = 10 Ω
IR1 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 15 ΩIR1​R3​ = 15 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​3 ΩAR4​10 ΩBR6​4 Ω

Знайдіть струм IR1, який віддає джерело і який тече через R1.

V1 = 6 VR1 = 15 ΩR2 = 3 ΩR3 = 15 ΩR4 = 10 ΩR5 = 3 ΩR6 = 4 Ω
IR1 = A
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​ = 20 ΩIR1​R3​ = 8 Ω+−V1​12 VR2​8 ΩAR4​12 ΩBIs​3 A

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

V1 = 12 VIs = 3 AR1 = 20 ΩR2 = 8 ΩR3 = 8 ΩR4 = 12 Ω
IR1 = A
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 20 ΩR2​ = 8 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​24 VR3​10 ΩAR5​3 ΩBIs​1,5 A−+V2​9 V

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

V1 = 24 VIs = 1,5 AV2 = 9 VR1 = 20 ΩR2 = 8 ΩR3 = 10 ΩR4 = 8 ΩR5 = 3 Ω
VA = V
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 3 ΩR2​ = 6 Ω+−V1​12 VR3​10 ΩIR3​A+−V2​30 VI1​I2​

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

V1 = 12 VV2 = 30 VR1 = 3 ΩR2 = 6 ΩR3 = 10 Ω
IR3 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 12 ΩR2​ = 30 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​24 VR4​20 ΩAR5​10 ΩB+−V2​5 VI1​I2​I3​

Скористайтеся методом контурних струмів, щоб знайти контурний струм I1 (за годинниковою стрілкою).

V1 = 24 VV2 = 5 VR1 = 12 ΩR2 = 30 ΩR3 = 6 ΩR4 = 20 ΩR5 = 10 Ω
I1 = A
7.Метод накладанняСередня
R1​ = 2 ΩIR1​R3​ = 4 Ω+−V1​18 VR2​6 ΩAR4​3 ΩBIs​1 A

За методом накладання знайдіть потужність PR1, яку споживає R1.

V1 = 18 VIs = 1 AR1 = 2 ΩR2 = 6 ΩR3 = 4 ΩR4 = 3 Ω
PR1 = W
8.Метод накладанняСкладна
лінійне колоV1​V2​Is​IRL​

Лінійне резистивне коло містить три незалежні джерела: V1, V2 і Is. Струм I через навантаження виміряли тричі. Коли всі джерела мають звичайні значення, I = 3 mA. Коли V1 подвоєне, а два інші без змін, I = 5,5 mA. Коли напрямок Is змінено на протилежний, а два інші без змін, I = −5 mA. Знайдіть струм навантаження I, коли V2 вимкнене, а V1 і Is мають звичайні значення.

звичайні значення: I = 3 mA2·V1: I = 5,5 mA−Is: I = −5 mA
I = mA
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 6 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​6 VR2​12 ΩAab

Знайдіть опір Тевенена Rth з боку затискачів a–b.

V1 = 6 VR1 = 6 ΩR2 = 12 ΩR3 = 15 Ω
Rth = Ω
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 15 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​36 VR2​3 ΩAIs​5 ABab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 36 VIs = 5 AR1 = 15 ΩR2 = 3 ΩR3 = 15 Ω
Vth = V
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 22 kΩR1​ = 10 kΩVin​ = 1,2 V

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

Vin = 1,2 VR1 = 10 kΩRf = 22 kΩ
Vout = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
Vin​V1​Vout​каскад 1: інвертувальнийR1​ = 4,7 kΩRf1​ = 22 kΩкаскад 2: неінвертувальнийR2​ = 1 kΩRf2​ = 2 kΩ

Два каскади на ідеальних ОП увімкнено послідовно: інвертувальний підсилювач (R1, Rf1), за ним неінвертувальний (R2 на землю, Rf2 у колі зворотного зв’язку). Обидва живляться від ±15 V. Вхідна напруга Vin = −0,65 V. Знайдіть вихідну напругу Vout.

R1 = 4,7 kΩRf1 = 22 kΩR2 = 1 kΩRf2 = 2 kΩVin = −0,65 V
Vout = V
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​5 Vt = 0R = 100 ΩL47 mHi(t)

До замикання вимикача в момент t = 0 струму через котушку немає. Через який час після замикання вимикача струм досягне 99% кінцевого значення? Знайдіть t.

Vs = 5 VR = 100 ΩL = 47 mH
t = ms
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​9 Vt = 0R = ?C4,7 µF+−vC​

Таймер при t = 0 починає заряджати незаряджений конденсатор через резистор від джерела 9 V. Він має спрацювати, коли напруга на конденсаторі досягне 5,69 V, рівно через 10 ms після старту. При C = 4,7 µF знайдіть потрібний опір R.

Vs = 9 VVth = 5,69 VT = 10 msC = 4,7 µF
R = kΩ

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR1 = 0,3429 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​ = 10 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​6 VR2​12 ΩAR4​10 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 + 10 = 20 Ω
R2 ∥ 20 = 12·20/(12+20) = 7,5 Ω
Req = R1 + 7,5 = 10 + 7,5 = 17,5 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 6/17,5 = 0,3429 A

Відповідь

IR1 = 0,3429 A
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR1 = 0,341 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​ = 15 ΩR3​ = 15 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​3 ΩAR4​10 ΩBR6​4 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 = 3 + 4 = 7 Ω
R4 ∥ 7 = 4,118 Ω
R3 + 4,118 = 19,12 Ω
R2 ∥ 19,12 = 2,593 Ω
Req = R1 + 2,593 = 15 + 2,593 = 17,59 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 6/17,59 = 0,341 A

Відповідь

IR1 = 0,341 A
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR1 = 0,06667 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​ = 20 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​12 VR2​8 ΩAR4​12 ΩBIs​3 A

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 12 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/8 + (VA − 12)/20 + (VA − VB)/8 = 0
0,3·VA − 0,125·VB = 0,6

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/12 + (VB − VA)/8 = 3
−0,125·VA + 0,2083·VB = 3

Розв’яжіть

Δ = (0,3)(0,2083) − (−0,125)(−0,125) = 0,04687
VA = Δ1/Δ = 0,5/0,04687 = 10,67 V
VB = Δ2/Δ = 0,975/0,04687 = 20,8 V

Відповідь

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (12 − 10,67)/20 = 0,06667 A
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VA = 5,158 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​ = 20 ΩR2​ = 8 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​24 VR3​10 ΩAR5​3 ΩBIs​1,5 A−+V2​9 V

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 24 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/10 + (VA − 24)/20 + (VA − VB)/8 = 0
0,275·VA − 0,125·VB = 1,2

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/3 + (VB − VA)/8 + (VB − (−9))/8 = 1,5
−0,125·VA + 0,5833·VB = 0,375

Розв’яжіть

Δ = (0,275)(0,5833) − (−0,125)(−0,125) = 0,1448
VA = Δ1/Δ = 0,7469/0,1448 = 5,158 V
VB = Δ2/Δ = 0,2531/0,1448 = 1,748 V

Відповідь

VA = 5,158 V
5.Метод контурних струмів

Відповідь: IR3 = 1,5 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​ = 3 ΩR2​ = 6 Ω+−V1​12 VR3​10 ΩA+−V2​30 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
3·I1 + 10(I1 − I2) = 12
13·I1 − 10·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 + R3(I2 − I1) = −V2
6·I2 + 10(I2 − I1) = (−30)
−10·I1 + 16·I2 = −30

Розв’яжіть

Δ = (13)(16) − (−10)(−10) = 108
I1 = Δ1/Δ = −108/108 = −1 A
I2 = Δ2/Δ = −270/108 = −2,5 A

Відповідь

IR3 = I1 − I2 = 1,5 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: I1 = 0,9299 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​ = 12 ΩR2​ = 30 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​24 VR4​20 ΩAR5​10 ΩB+−V2​5 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
12·I1 + 20(I1 − I2) = 24
32·I1 − 20·I2 = 24

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
30·I2 + 20(I2 − I1) + 10(I2 − I3) = 0
−20·I1 + 60·I2 − 10·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 + 10(I3 − I2) = (−5)
−10·I2 + 16·I3 = −5

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 21120
I1 = Δ1/Δ = 19640/21120 = 0,9299 A
I2 = Δ2/Δ = 6080/21120 = 0,2879 A
I3 = Δ3/Δ = −2800/21120 = −0,1326 A

Відповідь

I1 = 0,9299 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: PR1 = 20,18 W

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​ = 2 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​18 VR2​6 ΩAR4​3 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 = 4+3 = 7 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 6·7/(6+7) = 3,231 Ω
VA = 18·3,231/(2+3,231) = 11,12 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 11,12·3/7 = 4,765 V
IR1′ = (V1 − VA)/R1 = (18 − 11,12)/2 = 3,441 A
R1​ = 2 ΩR3​ = 4 ΩКЗR2​6 ΩAR4​3 ΩBIs​1 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 = 2·6/(2+6) = 1,5 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 3 ∥ 5,5 = 1,941 Ω
VB = Is·Req = 1·1,941 = 1,941 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 1,941·1,5/5,5 = 0,5294 V
IR1″ = (V1 − VA)/R1 = (0 − 0,5294)/2 = −0,2647 A

Додайте внески струму

IR1 = IR1′ + IR1″ = 3,441 + (−0,2647) = 3,176 A

Потужність у резисторі

Потужність залежить від квадрата струму, тож метод накладання до неї не застосовний: спочатку додайте струми, потім піднесіть до квадрата.

PR1 = IR1²·R1 = 3,176²·2 = 20,18 W

Відповідь

PR1 = 20,18 W

Сума потужностей окремих випадків дала б 23,82 W, а це неправильно.

8.Метод накладання

Відповідь: I = 6,5 mA

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.

Запишіть вимірювання через внески

Кожен внесок пропорційний своєму джерелу.

I₁ + I₂ + I₃ = 3
2·I₁ + I₂ + I₃ = 5,5
I₁ + I₂ − I₃ = −5

Знайдіть внески

I₁ = 5,5 − 3 = 2,5 mA
I₃ = (3 − (−5))/2 = 4 mA
I₂ = 3 − 2,5 − 4 = −3,5 mA

Вимкніть V₂

I = I₁ + I₃ = 2,5 + 4 = 6,5 mA

Відповідь

I = 6,5 mA
9.Тевенен і Нортон

Відповідь: Rth = 19 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​ = 6 ΩR3​ = 15 ΩКЗR2​12 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 = 6·12/(6+12) = 4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4 + 15 = 19 Ω
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = 93,5 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​ = 15 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 = 15·3/(15+3) = 2,5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,5 + 15 = 17,5 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​36 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) = 6 + 5·2,5 = 18,5 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 18,5 + 5·15 = 93,5 V
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = 3,84 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₊ = 1,2 V
I = V₋/R1 = 1,2/10 = 0,12 mA

Вихідна напруга

Струм через R₁ тече й через Rf.

Vout = V₋ + I·Rf = 1,2 + 0,12·22 = 3,84 V

Відповідь

Vout = 3,84 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = 9,128 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 кожного каскаду

A1 = −Rf1/R1 = −22/4,7 = −4,681
A2 = 1 + Rf2/R2 = 1 + 2/1 = 3

Каскад за каскадом

V1 = −4,681·(−0,65) = 3,043 V
Vout = 3·3,043 = 9,128 V

Відповідь

Vout = 9,128 V
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: t = 2,164 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 = 47 mH / 100 Ω = 0,47 ms
i(∞) = Vs/R = 5/100 = 0,05 A

Виразіть час

0,99 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0,99)
t = −0,47·ln(0,01) = 2,164 ms

Відповідь

t = 2,164 ms
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: R = 2,127 kΩ

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

5,69 = 9·(1 − e−10/τ) → τ = 10/ln(9/(9 − 5,69))
τ = 10/1 = 9,997 ms

Опір

kΩ помножити на µF дає мілісекунди.

R = τ/C = 9,997/4,7 = 2,127 kΩ

Відповідь

R = 2,127 kΩ

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