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​ = 2 ΩIR1​R3​ = 15 Ω+−V1​9 VR2​12 ΩAR4​10 ΩB

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

V1 = 9 VR1 = 2 ΩR2 = 12 ΩR3 = 15 ΩR4 = 10 Ω
IR1 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 3 ΩR3​ = 2 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​8 ΩAR4​30 ΩBR6​15 Ω

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 30 VR1 = 3 ΩR2 = 8 ΩR3 = 2 ΩR4 = 30 ΩR5 = 8 ΩR6 = 15 Ω
Req = Ω
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​ = 8 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​24 VR2​10 ΩAR4​10 ΩBIs​4 A

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

V1 = 24 VIs = 4 AR1 = 8 ΩR2 = 10 ΩR3 = 6 ΩR4 = 10 Ω
VA = V
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 4 Ω+−Vs​ = 3 VIx​+−V1​18 VR2​5 ΩAR3​2 ΩBIs​1,5 A

Джерело напруги Vₛ між A і B має затискач + біля A, тож забезпечує VA − VB = Vₛ. Методом вузлових потенціалів із надвузлом знайдіть струм Ix через джерело напруги від A до B, як показує стрілка.

V1 = 18 VIs = 1,5 AVs = 3 VR1 = 4 ΩR2 = 5 ΩR3 = 2 Ω
Ix = A
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 10 ΩR2​ = 3 Ω+−V1​18 VR3​8 ΩA+−V2​18 VI1​I2​

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

V1 = 18 VV2 = 18 VR1 = 10 ΩR2 = 3 ΩR3 = 8 Ω
I1 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 20 ΩR2​ = 30 Ω+−VR2​R3​ = 20 Ω+−V1​6 VR4​10 ΩAR5​25 ΩB+−V2​10 VI1​I2​I3​

Скористайтеся методом контурних струмів, щоб знайти напругу VR2 на R2 з указаною полярністю.

V1 = 6 VV2 = 10 VR1 = 20 ΩR2 = 30 ΩR3 = 20 ΩR4 = 10 ΩR5 = 25 Ω
VR2 = V
7.Метод накладанняСередня
R1​ = 2 ΩR3​ = 15 ΩIR3​+−V1​24 VR2​2 ΩAR4​6 ΩBIs​?

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

V1 = 24 VR1 = 2 ΩR2 = 2 ΩR3 = 15 ΩR4 = 6 Ω
Is = A
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 = 15 mA. Коли V1 подвоєне, а два інші без змін, I = 13,5 mA. Коли напрямок Is змінено на протилежний, а два інші без змін, I = 4 mA. Знайдіть струм навантаження I, коли V2 вимкнене, а V1 і Is мають звичайні значення.

звичайні значення: I = 15 mA2·V1: I = 13,5 mA−Is: I = 4 mA
I = mA
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 5 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​10 VR2​3 ΩAab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 10 VR1 = 5 ΩR2 = 3 ΩR3 = 4 Ω
Vth = V
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 25 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​12 VR2​10 ΩAIs​2 ABab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 12 VIs = 2 AR1 = 25 ΩR2 = 10 ΩR3 = 15 Ω
Vth = V
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 100 kΩVin​

Підберіть резистор зворотного зв’язку Rf, щоб цей неінвертувальний підсилювач мав коефіцієнт підсилення за напругою 2.

R1 = 100 kΩAv = 2
Rf = kΩ
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​R2​ = 47 kΩV1​ = 0,9 VR1​ = 47 kΩV2​ = 1,1 VR3​ = 47 kΩR4​ = 4,7 kΩ

ОП ідеальний і живиться від ±15 V. Відношення опорів не узгоджені. Знайдіть вихідну напругу Vout.

V1 = 0,9 VV2 = 1,1 VR1 = 47 kΩR2 = 47 kΩR3 = 47 kΩR4 = 4,7 kΩ
Vout = V
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​24 Vt = 0R = 47 ΩL150 mHi(t)

До замикання вимикача в момент t = 0 струму через котушку немає. Знайдіть енергію W, накопичену в котушці при t = 5 ms, у mJ.

Vs = 24 VR = 47 ΩL = 150 mHt = 5 ms
W = mJ
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​10 Vt = 0R = 2,2 kΩC10 µF+−vC​vC​(0) = 5 V

Безпосередньо перед замиканням вимикача в момент t = 0 конденсатор має 5 V з указаною полярністю. Знайдіть напругу на конденсаторі vC у момент t = 15 ms.

Vs = 10 VR = 2,2 kΩC = 10 µFvC(0) = 5 Vt = 15 ms
vC = V

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR1 = 0,8904 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​ = 2 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​9 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 = 15 + 10 = 25 Ω
R2 ∥ 25 = 12·25/(12+25) = 8,108 Ω
Req = R1 + 8,108 = 2 + 8,108 = 10,11 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 9/10,11 = 0,8904 A

Відповідь

IR1 = 0,8904 A
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 8,22 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​ = 3 ΩR3​ = 2 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​8 ΩAR4​30 ΩBR6​15 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 = 8 + 15 = 23 Ω
R4 ∥ 23 = 13,02 Ω
R3 + 13,02 = 15,02 Ω
R2 ∥ 15,02 = 5,22 Ω
Req = R1 + 5,22 = 3 + 5,22 = 8,22 Ω

Відповідь

Req = 8,22 Ω
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VA = 19,13 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​ = 8 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​24 VR2​10 ΩAR4​10 ΩBIs​4 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/10 + (VA − 24)/8 + (VA − VB)/6 = 0
0,3917·VA − 0,1667·VB = 3

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/10 + (VB − VA)/6 = 4
−0,1667·VA + 0,2667·VB = 4

Розв’яжіть

Δ = (0,3917)(0,2667) − (−0,1667)(−0,1667) = 0,07667
VA = Δ1/Δ = 1,467/0,07667 = 19,13 V
VB = Δ2/Δ = 2,067/0,07667 = 26,96 V

Відповідь

VA = 19,13 V
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: Ix = 0,9474 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.

Утворіть надвузол

Струм через джерело напруги між A і B невідомий, тож ЗСК не можна записати для A чи B окремо. Об’єднайте A, B і джерело в один надвузол: струм, що входить у нього, дорівнює струму, що виходить.

VB = VA − 3
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + VB/R3 = Is

Розв’яжіть

(VA − 18)/4 + VA/5 + (VA − 3)/2 = 1,5
VA·(1/4 + 1/5 + 1/2) = 1,5 + 18/4 + 3/2 = 7,5
VA = 7,5/0,95 = 7,895 V
VB = 4,895 V

Струм через джерело напруги

ЗСК лише для вузла A: струм, що надходить через R₁, виходить через R₂ і через джерело напруги.

IR1 = (18 − 7,895)/4 = 2,526 A
Ix = IR1 − VA/R2 = 2,526 − 7,895/5 = 0,9474 A

Відповідь

Ix = 0,9474 A

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

5.Метод контурних струмів

Відповідь: I1 = 0,403 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​ = 3 Ω+−V1​18 VR3​8 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 + 8(I1 − I2) = 18
18·I1 − 8·I2 = 18

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
3·I2 + 8(I2 − I1) = (−18)
−8·I1 + 11·I2 = −18

Розв’яжіть

Δ = (18)(11) − (−8)(−8) = 134
I1 = Δ1/Δ = 54/134 = 0,403 A
I2 = Δ2/Δ = −180/134 = −1,343 A

Відповідь

I1 = 0,403 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: VR2 = −2,233 V

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​ = 20 ΩR2​ = 30 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​6 VR4​10 ΩAR5​25 ΩB+−V2​10 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
20·I1 + 10(I1 − I2) = 6
30·I1 − 10·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 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
30·I2 + 10(I2 − I1) + 25(I2 − I3) = 0
−10·I1 + 65·I2 − 25·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 + 25(I3 − I2) = (−10)
−25·I2 + 45·I3 = −10

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 64500
I1 = Δ1/Δ = 11300/64500 = 0,1752 A
I2 = Δ2/Δ = −4800/64500 = −0,07442 A
I3 = Δ3/Δ = −17000/64500 = −0,2636 A

Відповідь

IR2 = I2 = −0,07442 A
VR2 = IR2·R2 = −0,07442·30 = −2,233 V

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: Is = 2 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​ = 2 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​24 VR2​2 ΩAR4​6 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 = 15+6 = 21 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 2·21/(2+21) = 1,826 Ω
VA = 24·1,826/(2+1,826) = 11,45 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 11,45·6/21 = 3,273 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (11,45 − 3,273)/15 = 0,5455 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 = 1 Ω
IR3″ = −Is·R4/(R4 + R3 + R1∥R2) = −Is·6/22 = −0,2727·Is

Прирівняйте суму до нуля

IR3′ + IR3″ = 0,5455 − 0,2727·Is = 0
Is = 0,5455/0,2727 = 2 A

Відповідь

Is = 2 A
8.Метод накладання

Відповідь: I = 4 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 = 15
2·I₁ + I₂ + I₃ = 13,5
I₁ + I₂ − I₃ = 4

Знайдіть внески

I₁ = 13,5 − 15 = −1,5 mA
I₃ = (15 − 4)/2 = 5,5 mA
I₂ = 15 − (−1,5) − 5,5 = 11 mA

Вимкніть V₂

I = I₁ + I₃ = (−1,5) + 5,5 = 4 mA

Відповідь

I = 4 mA
9.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = 3,75 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​ = 5 ΩR3​ = 4 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 = 5·3/(5+3) = 1,875 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,875 + 4 = 5,875 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​10 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) = 10·3/(5+3) = 3,75 V
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = 47,71 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​ = 15 ΩКЗR2​10 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 = 25·10/(25+10) = 7,143 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 7,143 + 15 = 22,14 Ω
R1​ = 25 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​12 VR2​10 ΩAIs​2 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) = 3,429 + 2·7,143 = 17,71 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 17,71 + 2·15 = 47,71 V
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Rf = 100 kΩ

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 неінвертувального підсилювача

V₋ = V₊ = Vin, а струм через R₁ тече й через Rf, тож Vout = Vin·(1 + Rf/R₁).

Av = 1 + Rf/R1
Rf = (2 − 1)·100 = 100 kΩ

Відповідь

Rf = 100 kΩ
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −0,7 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.

Напруга на вході +

V₊ = V2·R4/(R3 + R4) = 1,1·4,7/(47 + 4,7) = 0,1 V

Накладіть дію двох входів

При V₂ = 0 для V₁ схема — інвертувальний підсилювач. При V₁ = 0 V₊ підсилюється з коефіцієнтом неінвертувального підсилювача 1 + R₂/R₁.

Vout = −(47/47)·0,9 + (1 + 47/47)·0,1 = −0,9 + 0,2 = −0,7 V

Відповідь

Vout = −0,7 V
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: W = 12,24 mJ

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 / 47 Ω = 3,191 ms
i(∞) = Vs/R = 24/47 = 0,5106 A

Струм у заданий момент

i(t) = 0,5106·(1 − e−5/3,191) = 0,404 A

Накопичена енергія

W = ½·L·i² = ½·150·0,404² = 12,24 mJ

Відповідь

W = 12,24 mJ
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: vC = 7,472 V

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) = 5 V, vC(∞) = Vs = 10 V
τ = R·C = 2,2 kΩ · 10 µF = 22 ms
vC(t) = 10 + (5 − 10)·e−t/τ

Напруга в заданий момент

vC(15) = 10 + (−5)·e−15/22 = 7,472 V

Відповідь

vC = 7,472 V

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