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 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​6 VR2​3 ΩIR2​AR4​4 ΩB

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 6 VR1 = 10 ΩR2 = 3 ΩR3 = 10 ΩR4 = 4 Ω
IR2 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 5 ΩIR1​R3​ = 10 ΩR5​ = 10 Ω+−V1​12 VR2​6 ΩAR4​15 ΩBR6​25 Ω

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

V1 = 12 VR1 = 5 ΩR2 = 6 ΩR3 = 10 ΩR4 = 15 ΩR5 = 10 ΩR6 = 25 Ω
IR1 = A
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​ = 2 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​15 VR2​10 ΩAR4​20 ΩBIs​2 A

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

V1 = 15 VIs = 2 AR1 = 2 ΩR2 = 10 ΩR3 = 15 ΩR4 = 20 Ω
VA = V
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 25 ΩIR1​R2​ = 8 ΩR4​ = 2 Ω+−V1​9 VR3​3 ΩAR5​6 ΩBIs​5 A−+V2​5 V

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

V1 = 9 VIs = 5 AV2 = 5 VR1 = 25 ΩR2 = 8 ΩR3 = 3 ΩR4 = 2 ΩR5 = 6 Ω
IR1 = A
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 20 ΩR2​ = 3 Ω+−V1​9 VR3​10 ΩIR3​A+−V2​6 VI1​I2​

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

V1 = 9 VV2 = 6 VR1 = 20 ΩR2 = 3 ΩR3 = 10 Ω
IR3 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 30 ΩR2​ = 3 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​24 VR4​3 ΩAR5​4 Ω+−VR5​B+−V2​5 VI1​I2​I3​

Скористайтеся методом контурних струмів, щоб знайти напругу VR5 на R5 з указаною полярністю.

V1 = 24 VV2 = 5 VR1 = 30 ΩR2 = 3 ΩR3 = 3 ΩR4 = 3 ΩR5 = 4 Ω
VR5 = V
7.Метод накладанняСередня
R1​ = 8 ΩIR1​R3​ = 3 Ω+−V1​10 VR2​8 ΩAR4​15 ΩBIs​2 A

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

V1 = 10 VIs = 2 AR1 = 8 ΩR2 = 8 ΩR3 = 3 ΩR4 = 15 Ω
IR1 = A
8.Метод накладанняСкладна
R1​ = 5 ΩR2​ = 6 Ω+−VR2​R4​ = 15 Ω+−V1​24 VR3​25 ΩAIs​0,5 AB+−V2​36 V

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

V1 = 24 VIs = 0,5 AV2 = 36 VR1 = 5 ΩR2 = 6 ΩR3 = 25 ΩR4 = 15 Ω
VR2 = V
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 4 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​9 VR2​15 ΩAab

Знайдіть опір Тевенена Rth з боку затискачів a–b.

V1 = 9 VR1 = 4 ΩR2 = 15 ΩR3 = 8 Ω
Rth = Ω
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 3 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​10 VR2​10 ΩAIs​6 ABab

Знайдіть струм Нортона IN: струм, що тече від a до b, якщо затискачі закоротити.

V1 = 10 VIs = 6 AR1 = 3 ΩR2 = 10 ΩR3 = 8 Ω
IN = A
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 2 kΩR1​ = 1 kΩVin​ = −0,4 V

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

Vin = −0,4 VR1 = 1 kΩRf = 2 kΩ
Vout = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
Vin​V1​Vout​каскад 1: інвертувальнийR1​ = 10 kΩRf1​ = 10 kΩкаскад 2: неінвертувальнийR2​ = 2 kΩRf2​ = 22 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. Знайдіть загальний коефіцієнт підсилення за напругою Av = Vout/Vin.

R1 = 10 kΩRf1 = 10 kΩR2 = 2 kΩRf2 = 22 kΩ
Av =
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​20 Vt = 0R = 33 ΩL22 mHi(t)

До замикання вимикача в момент t = 0 струму через котушку немає. Знайдіть напругу vL на котушці в момент t = 1 ms.

Vs = 20 VR = 33 ΩL = 22 mHt = 1 ms
vL = V
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​5 Vt = 0R = ?C4,7 µF+−vC​

Таймер при t = 0 починає заряджати незаряджений конденсатор через резистор від джерела 5 V. Він має спрацювати, коли напруга на конденсаторі досягне 2,5 V, рівно через 100 ms після старту. При C = 4,7 µF знайдіть потрібний опір R.

Vs = 5 VVth = 2,5 VT = 100 msC = 4,7 µF
R = kΩ

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 0,3962 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​3 ΩAR4​4 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 + 4 = 14 Ω
R2 ∥ 14 = 3·14/(3+14) = 2,471 Ω
Req = R1 + 2,471 = 10 + 2,471 = 12,47 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 6/12,47 = 0,4811 A

Струм через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 6 − 0,4811·10 = 1,189 V
IR2 = VA/R2 = 1,189/3 = 0,3962 A

Відповідь

IR2 = 0,3962 A
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR1 = 1,245 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​ = 5 ΩR3​ = 10 ΩR5​ = 10 Ω+−V1​12 VR2​6 ΩAR4​15 ΩBR6​25 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 = 10 + 25 = 35 Ω
R4 ∥ 35 = 10,5 Ω
R3 + 10,5 = 20,5 Ω
R2 ∥ 20,5 = 4,642 Ω
Req = R1 + 4,642 = 5 + 4,642 = 9,642 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 12/9,642 = 1,245 A

Відповідь

IR1 = 1,245 A
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VA = 13,75 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​ = 2 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​15 VR2​10 ΩAR4​20 ΩBIs​2 A

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 15 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 − 15)/2 + (VA − VB)/15 = 0
0,6667·VA − 0,06667·VB = 7,5

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/20 + (VB − VA)/15 = 2
−0,06667·VA + 0,1167·VB = 2

Розв’яжіть

Δ = (0,6667)(0,1167) − (−0,06667)(−0,06667) = 0,07333
VA = Δ1/Δ = 1,008/0,07333 = 13,75 V
VB = Δ2/Δ = 1,833/0,07333 = 25 V

Відповідь

VA = 13,75 V
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR1 = 0,2969 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​ = 25 ΩR2​ = 8 ΩR4​ = 2 Ω+−V1​9 VR3​3 ΩAR5​6 ΩBIs​5 A−+V2​5 V

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 9 V, V2 = −5 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/3 + (VA − 9)/25 + (VA − VB)/8 = 0
0,4983·VA − 0,125·VB = 0,36

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/6 + (VB − VA)/8 + (VB − (−5))/2 = 5
−0,125·VA + 0,7917·VB = 2,5

Розв’яжіть

Δ = (0,4983)(0,7917) − (−0,125)(−0,125) = 0,3789
VA = Δ1/Δ = 0,5975/0,3789 = 1,577 V
VB = Δ2/Δ = 1,291/0,3789 = 3,407 V

Відповідь

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (9 − 1,577)/25 = 0,2969 A
5.Метод контурних струмів

Відповідь: IR3 = 0,5069 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​ = 20 ΩR2​ = 3 Ω+−V1​9 VR3​10 ΩA+−V2​6 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
20·I1 + 10(I1 − I2) = 9
30·I1 − 10·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
3·I2 + 10(I2 − I1) = (−6)
−10·I1 + 13·I2 = −6

Розв’яжіть

Δ = (30)(13) − (−10)(−10) = 290
I1 = Δ1/Δ = 57/290 = 0,1966 A
I2 = Δ2/Δ = −90/290 = −0,3103 A

Відповідь

IR3 = I1 − I2 = 0,5069 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: VR5 = 2,702 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​ = 30 ΩR2​ = 3 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​24 VR4​3 ΩAR5​4 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
30·I1 + 3(I1 − I2) = 24
33·I1 − 3·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
3·I2 + 3(I2 − I1) + 4(I2 − I3) = 0
−3·I1 + 10·I2 − 4·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
3·I3 + 4(I3 − I2) = (−5)
−4·I2 + 7·I3 = −5

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 1719
I1 = Δ1/Δ = 1236/1719 = 0,719 A
I2 = Δ2/Δ = −156/1719 = −0,09075 A
I3 = Δ3/Δ = −1317/1719 = −0,7661 A

Відповідь

IR5 = I2 − I3 = 0,6754 A
VR5 = IR5·R5 = 0,6754·4 = 2,702 V

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: IR1 = −1,42 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​ = 8 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​10 VR2​8 ΩAR4​15 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+15 = 18 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 8·18/(8+18) = 5,538 Ω
VA = 10·5,538/(8+5,538) = 4,091 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 4,091·15/18 = 3,409 V
IR1′ = (VA − V1)/R1 = (4,091 − 10)/8 = −0,7386 A
R1​ = 8 ΩR3​ = 3 ΩКЗR2​8 ΩAR4​15 ΩBIs​2 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 = 8·8/(8+8) = 4 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 15 ∥ 7 = 4,773 Ω
VB = Is·Req = (−2)·4,773 = −9,545 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = −9,545·4/7 = −5,455 V
IR1″ = (VA − V1)/R1 = (−5,455 − 0)/8 = −0,6818 A

Додайте складові

IR1 = IR1′ + IR1″
IR1 = (−0,7386) + (−0,6818) = −1,42 A

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

8.Метод накладання

Відповідь: VR2 = −5,603 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​ = 5 ΩR2​ = 6 ΩR4​ = 15 Ω+−V1​24 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 ∥ 21 = 11,41 Ω
VA = 24·11,41/(5+11,41) = 16,69 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 16,69·15/21 = 11,92 V
VR2′ = VA − VB = 16,69 − 11,92 = 4,768 V
R1​ = 5 ΩR2​ = 6 ΩR4​ = 15 ΩКЗR3​25 ΩAIs​0,5 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 = 4,167 Ω, тож лівий шлях — R2+4,167 = 10,17 Ω
Req = R4 ∥ 10,17 = 6,06 Ω
VB = Is·Req = 0,5·6,06 = 3,03 V
VA = VB·4,167/10,17 = 1,242 V
VR2″ = VA − VB = 1,242 − 3,03 = −1,788 V
R1​ = 5 ΩR2​ = 6 ΩR4​ = 15 ΩКЗR3​25 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 = 5·25/(5+25) = 4,167 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 36·10,17/25,17 = 14,54 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 14,54·4,167/10,17 = 5,96 V
VR2‴ = VA − VB = 5,96 − 14,54 = −8,583 V

Додайте складові

VR2 = VR2′ + VR2″ + VR2‴
VR2 = 4,768 + (−1,788) + (−8,583) = −5,603 V

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

9.Тевенен і Нортон

Відповідь: Rth = 11,16 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​ = 4 ΩR3​ = 8 ΩКЗR2​15 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 = 4·15/(4+15) = 3,158 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,158 + 8 = 11,16 Ω
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: IN = 6,746 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​ = 8 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 = 3·10/(3+10) = 2,308 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,308 + 8 = 10,31 Ω
R1​ = 3 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​10 VR2​10 ΩAIs​6 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) = 7,692 + 6·2,308 = 21,54 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 21,54 + 6·8 = 69,54 V
IN​6,746 ARth​10,31 Ωab

Еквівалент Нортона

Джерело Нортона — те саме коло, подане як джерело струму, паралельне R_th. Його струм — це струм короткого замикання на a–b.

IN = Vth/Rth = 69,54/10,31 = 6,746 A
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −1,2 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 = −0,4/1 = −0,4 mA

Вихідна напруга

Струм через R₁ тече й через Rf.

Vout = V₋ + I·Rf = −0,4 + (−0,4)·2 = −1,2 V

Відповідь

Vout = −1,2 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Av = −12

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 = −10/10 = −1
A2 = 1 + Rf2/R2 = 1 + 22/2 = 12

Загальний коефіцієнт підсилення

Av = A1·A2 = −1·12 = −12

Відповідь

Av = −12
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: vL = 4,463 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.

Стала часу і кінцевий струм

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

τ = L/R = 22 mH / 33 Ω = 0,6667 ms
i(∞) = Vs/R = 20/33 = 0,6061 A

Напруга на котушці

У момент t = 0 уся напруга живлення прикладена до котушки; далі вона спадає до нуля.

vL(t) = Vs·e−t/τ = 20·e−1/0,6667 = 4,463 V

Відповідь

vL = 4,463 V
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: R = 30,7 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

2,5 = 5·(1 − e−100/τ) → τ = 100/ln(5/(5 − 2,5))
τ = 100/0,6931 = 144,3 ms

Опір

kΩ помножити на µF дає мілісекунди.

R = τ/C = 144,3/4,7 = 30,7 kΩ

Відповідь

R = 30,7 kΩ

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