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​ = 3 ΩIR1​R3​ = 8 Ω+−V1​24 VR2​20 ΩAR4​20 ΩB

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

V1 = 24 VR1 = 3 ΩR2 = 20 ΩR3 = 8 ΩR4 = 20 Ω
IR1 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 5 ΩIR1​R3​ = 10 ΩR5​ = 30 Ω+−V1​36 VR2​5 ΩAR4​10 ΩBR6​3 Ω

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

V1 = 36 VR1 = 5 ΩR2 = 5 ΩR3 = 10 ΩR4 = 10 ΩR5 = 30 ΩR6 = 3 Ω
IR1 = A
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​ = 20 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​9 VR2​10 ΩAR4​5 ΩBIs​2,5 A

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

V1 = 9 VIs = 2,5 AR1 = 20 ΩR2 = 10 ΩR3 = 6 ΩR4 = 5 Ω
VB = V
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 12 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​10 VR2​25 ΩAR4​5 ΩBIs​?

Джерело струму регулюють, доки вузлова напруга в A не стане VA = 14,5 V. Методом вузлових потенціалів знайдіть струм джерела Is (напрямок як на схемі).

V1 = 10 VR1 = 12 ΩR2 = 25 ΩR3 = 8 ΩR4 = 5 ΩVA = 14,5 V
Is = A
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 12 ΩR2​ = 3 Ω+−V1​30 VR3​4 ΩA+−V2​24 VI1​I2​

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

V1 = 30 VV2 = 24 VR1 = 12 ΩR2 = 3 ΩR3 = 4 Ω
I2 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 6 ΩR2​ = 30 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​15 VR4​6 ΩAR5​2 ΩB+−V2​9 VI1​I2​I3​

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

V1 = 15 VV2 = 9 VR1 = 6 ΩR2 = 30 ΩR3 = 4 ΩR4 = 6 ΩR5 = 2 Ω
I2 = A
7.Метод накладанняСередня
лінійне колоVs​Is​IRL​

Лінійне резистивне коло містить одне джерело напруги Vs і одне джерело струму Is. Струм I через резистор навантаження виміряли двічі: при Vs = 6 V і Is = 1 mA I = 11,7 mA; при Vs = 2 V і Is = 5 mA I = 2,5 mA. Знайдіть струм навантаження I при Vs = 6 V і Is = 3 mA.

6 V, 1 mA → 11,7 mA2 V, 5 mA → 2,5 mAVs = 6 V, Is = 3 mA
I = mA
8.Метод накладанняСкладна
R1​ = 2 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 4 ΩIR4​+−V1​9 VR3​4 ΩAIs​3 AB+−V2​12 V

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

V1 = 9 VIs = 3 AV2 = 12 VR1 = 2 ΩR2 = 15 ΩR3 = 4 ΩR4 = 4 Ω
IR4 = A
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 10 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​24 VR2​6 ΩAab

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

V1 = 24 VR1 = 10 ΩR2 = 6 ΩR3 = 6 Ω
IN = A
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 5 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​30 VR2​10 ΩAIs​1 ABab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 30 VIs = 1 AR1 = 5 ΩR2 = 10 ΩR3 = 30 Ω
Vth = V
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 2 kΩR1​ = 1 kΩVin​ = 2 VRa​ = 1 kΩRb​ = 1 kΩ

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

Vin = 2 VRa = 1 kΩRb = 1 kΩR1 = 1 kΩRf = 2 kΩ
Vout = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
Vin​V1​Vout​каскад 1: інвертувальнийR1​ = 1 kΩRf1​ = 10 kΩкаскад 2: неінвертувальнийR2​ = 2 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 = 0,05 V. Знайдіть вихідну напругу Vout.

R1 = 1 kΩRf1 = 10 kΩR2 = 2 kΩRf2 = 2 kΩVin = 0,05 V
Vout = V
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
R = 68 Ωt = 0L150 mHi(t)

Через котушку тече сталий струм 2,5 A. При t = 0 ключ замикає контур через R і джерело від’єднується, тож струм котушки спадає через R. Знайдіть напругу vR на R при t = 5 ms.

i(0) = 2,5 AR = 68 ΩL = 150 mHt = 5 ms
vR = V
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​5 Vt = 0R = 1 kΩC47 µF+−vC​vC​(0) = 8 V

Безпосередньо перед замиканням вимикача в момент t = 0 конденсатор має 8 V з указаною полярністю. За який час vC досягне 6,8 V? Знайдіть t.

Vs = 5 VR = 1 kΩC = 47 µFvC(0) = 8 V
t = ms

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR1 = 1,636 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​ = 3 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​24 VR2​20 ΩAR4​20 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 + 20 = 28 Ω
R2 ∥ 28 = 20·28/(20+28) = 11,67 Ω
Req = R1 + 11,67 = 3 + 11,67 = 14,67 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 24/14,67 = 1,636 A

Відповідь

IR1 = 1,636 A
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR1 = 4,046 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​ = 30 Ω+−V1​36 VR2​5 ΩAR4​10 ΩBR6​3 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 + 3 = 33 Ω
R4 ∥ 33 = 7,674 Ω
R3 + 7,674 = 17,67 Ω
R2 ∥ 17,67 = 3,897 Ω
Req = R1 + 3,897 = 5 + 3,897 = 8,897 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 36/8,897 = 4,046 A

Відповідь

IR1 = 4,046 A
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VB = −8,113 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 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​9 VR2​10 ΩAR4​5 ΩBIs​2,5 A

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 9 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 − 9)/20 + (VA − VB)/6 = 0
0,3167·VA − 0,1667·VB = 0,45

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/5 + (VB − VA)/6 = (−2,5)
−0,1667·VA + 0,3667·VB = −2,5

Розв’яжіть

Δ = (0,3167)(0,3667) − (−0,1667)(−0,1667) = 0,08833
VA = Δ1/Δ = −0,2517/0,08833 = −2,849 V
VB = Δ2/Δ = −0,7167/0,08833 = −8,113 V

Відповідь

VB = −8,113 V
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: Is = 5,383 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

VA відоме, тож це рівняння дає VB.

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
(14,5 − 10)/12 + 14,5/25 = (VB − 14,5)/8
0,955 = (VB − 14,5)/8 → VB = 22,14 V

ЗСК для вузла B

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

Is = (VB − VA)/R3 + VB/R4 = (22,14 − 14,5)/8 + 22,14/5 = 5,383 A

Відповідь

Is = 5,383 A
5.Метод контурних струмів

Відповідь: I2 = −2,75 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​ = 3 Ω+−V1​30 VR3​4 ΩA+−V2​24 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
12·I1 + 4(I1 − I2) = 30
16·I1 − 4·I2 = 30

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 + 4(I2 − I1) = (−24)
−4·I1 + 7·I2 = −24

Розв’яжіть

Δ = (16)(7) − (−4)(−4) = 96
I1 = Δ1/Δ = 114/96 = 1,188 A
I2 = Δ2/Δ = −264/96 = −2,75 A

Відповідь

I2 = −2,75 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: I2 = 0,1311 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​ = 6 ΩR2​ = 30 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​15 VR4​6 ΩAR5​2 ΩB+−V2​9 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
6·I1 + 6(I1 − I2) = 15
12·I1 − 6·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
30·I2 + 6(I2 − I1) + 2(I2 − I3) = 0
−6·I1 + 38·I2 − 2·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
4·I3 + 2(I3 − I2) = (−9)
−2·I2 + 6·I3 = −9

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 2472
I1 = Δ1/Δ = 3252/2472 = 1,316 A
I2 = Δ2/Δ = 324/2472 = 0,1311 A
I3 = Δ3/Δ = −3600/2472 = −1,456 A

Відповідь

I2 = 0,1311 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: I = 11,1 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 відгук як суму внесків

Кожен внесок пропорційний своєму джерелу з коефіцієнтом, що залежить лише від резисторів.

I = k₁·Vs + k₂·Is
6·k₁ + 1·k₂ = 11,7
2·k₁ + 5·k₂ = 2,5

Знайдіть коефіцієнти

Δ = (6)(5) − (1)(2) = 28
k₁ = Δ1/Δ = 56/28 = 2
k₂ = Δ2/Δ = −8,4/28 = −0,3
k₁ = 2 mA/V, k₂ = −0,3

Обчисліть новий струм

I = 2·6 + (−0,3)·3 = 11,1 mA

Відповідь

I = 11,1 mA
8.Метод накладання

Відповідь: IR4 = 2,115 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 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 4 Ω+−V1​9 VR3​4 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) = 4 ∥ 19 = 3,304 Ω
VA = 9·3,304/(2+3,304) = 5,607 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 5,607·4/19 = 1,18 V
IR4′ = (VB − V2)/R4 = (1,18 − 0)/4 = 0,2951 A
R1​ = 2 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 4 ΩКЗR3​4 ΩAIs​3 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 = 1,333 Ω, тож лівий шлях — R2+1,333 = 16,33 Ω
Req = R4 ∥ 16,33 = 3,213 Ω
VB = Is·Req = 3·3,213 = 9,639 V
VA = VB·1,333/16,33 = 0,7869 V
IR4″ = (VB − V2)/R4 = (9,639 − 0)/4 = 2,41 A
R1​ = 2 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 4 ΩКЗR3​4 ΩAОБРИВB+−V2​12 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 = 2·4/(2+4) = 1,333 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 12·16,33/20,33 = 9,639 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 9,639·1,333/16,33 = 0,7869 V
IR4‴ = (VB − V2)/R4 = (9,639 − 12)/4 = −0,5902 A

Додайте складові

IR4 = IR4′ + IR4″ + IR4‴
IR4 = 0,2951 + 2,41 + (−0,5902) = 2,115 A

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

9.Тевенен і Нортон

Відповідь: IN = 0,9231 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​ = 10 ΩR3​ = 6 ΩКЗR2​6 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 = 10·6/(10+6) = 3,75 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,75 + 6 = 9,75 Ω
R1​ = 10 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​24 VR2​6 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) = 24·6/(10+6) = 9 V
IN​0,9231 ARth​9,75 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 = 9/9,75 = 0,9231 A
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = 53,33 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​ = 30 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 = 5·10/(5+10) = 3,333 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,333 + 30 = 33,33 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​30 VR2​10 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) = 20 + 1·3,333 = 23,33 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 23,33 + 1·30 = 53,33 V
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = 3 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₊ = Vin·Rb/(Ra + Rb) = 2·1/(1 + 1) = 1 V

Коефіцієнт підсилення неінвертувального підсилювача

V₋ = V₊, і струм через R₁ тече також через Rf.

Vout = V₊·(1 + Rf/R1) = 1·(1 + 2/1) = 3 V

Відповідь

Vout = 3 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −1 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 = −10/1 = −10
A2 = 1 + Rf2/R2 = 1 + 2/2 = 2

Каскад за каскадом

V1 = −10·0,05 = −0,5 V
Vout = 2·(−0,5) = −1 V

Відповідь

Vout = −1 V
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: vR = 17,62 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

τ = L/R = 150 mH / 68 Ω = 2,206 ms

Спадання струму

i(t) = 2,5·e−5/2,206 = 0,2591 A
vR = R·i = 68·0,2591 = 17,62 V

Відповідь

vR = 17,62 V
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: t = 24,01 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) = 8 V, vC(∞) = Vs = 5 V
τ = R·C = 1 kΩ · 47 µF = 47 ms
vC(t) = 5 + (8 − 5)·e−t/τ

Виразіть час

6,8 = 5 + (3)·e−t/τ → e−t/τ = (6,8 − 5)/(8 − 5) = 0,6
t = τ·ln((8 − 5)/(6,8 − 5)) = 47·ln(1,667) = 24,01 ms

Відповідь

t = 24,01 ms

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