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​ = 10 Ω+−V1​12 VR2​3 ΩAR4​10 ΩB

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

V1 = 12 VR1 = 3 ΩR2 = 3 ΩR3 = 10 ΩR4 = 10 Ω
IR1 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 5 ΩR3​ = 20 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​36 VR2​5 ΩIR2​AR4​12 ΩBR6​12 Ω

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 36 VR1 = 5 ΩR2 = 5 ΩR3 = 20 ΩR4 = 12 ΩR5 = 4 ΩR6 = 12 Ω
IR2 = A
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​ = 8 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩAR4​2 ΩBIs​3 A

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

V1 = 24 VIs = 3 AR1 = 8 ΩR2 = 4 ΩR3 = 10 ΩR4 = 2 Ω
VA = V
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 4 Ω−+Vs​ = 9 V+−V1​36 VR2​6 ΩAR3​6 ΩBIs​0,5 A

Джерело напруги Vₛ між A і B має затискач + біля B, тож забезпечує VB − VA = Vₛ. Методом вузлових потенціалів із надвузлом знайдіть вузлову напругу VB (відносно землі).

V1 = 36 VIs = 0,5 AVs = 9 VR1 = 4 ΩR2 = 6 ΩR3 = 6 Ω
VB = V
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 20 ΩR2​ = 3 Ω+−V1​12 VR3​2 ΩA+−V2​9 VI1​I2​

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

V1 = 12 VV2 = 9 VR1 = 20 ΩR2 = 3 ΩR3 = 2 Ω
I1 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 15 ΩR2​ = 8 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​18 VR4​25 ΩAR5​30 ΩB+−V2​10 VI1​I2​I3​

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

V1 = 18 VV2 = 10 VR1 = 15 ΩR2 = 8 ΩR3 = 2 ΩR4 = 25 ΩR5 = 30 Ω
I1 = A
7.Метод накладанняСередня
R1​ = 5 ΩR3​ = 20 ΩIR3​+−V1​30 VR2​6 ΩAR4​20 ΩBIs​2 A

За методом накладання знайдіть потужність PR3, яку споживає R3.

V1 = 30 VIs = 2 AR1 = 5 ΩR2 = 6 ΩR3 = 20 ΩR4 = 20 Ω
PR3 = 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 = 2 mA. Коли V1 подвоєне, а два інші без змін, I = 10 mA. Коли напрямок Is змінено на протилежний, а два інші без змін, I = 26 mA. Знайдіть струм навантаження I, коли V2 вимкнене, а V1 і Is мають звичайні значення.

звичайні значення: I = 2 mA2·V1: I = 10 mA−Is: I = 26 mA
I = mA
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 6 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​30 VR2​6 ΩAab

Знайдіть опір Тевенена Rth з боку затискачів a–b.

V1 = 30 VR1 = 6 ΩR2 = 6 ΩR3 = 6 Ω
Rth = Ω
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 10 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​9 VR2​30 ΩAIs​1 ABab

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

V1 = 9 VIs = 1 AR1 = 10 ΩR2 = 30 ΩR3 = 25 Ω
IN = A
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​R2​ = 47 kΩV1​ = 1,7 VR1​ = 10 kΩV2​ = −0,3 VR3​ = 10 kΩR4​ = 47 kΩ

Диференціальний підсилювач використовує ідеальний ОП із живленням ±15 V, R3 = R1 і R4 = R2. Знайдіть вихідну напругу Vout.

V1 = 1,7 VV2 = −0,3 VR1 = R3 = 10 kΩR2 = R4 = 47 kΩ
Vout = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​Rf​ = 10 kΩV1​ = −0,5 VR1​ = 2 kΩV2​ = −1,7 VR2​ = 47 kΩIf​

Сумувальний підсилювач використовує ідеальний ОП, що живиться від ±15 V. Знайдіть струм If через резистор зворотного зв’язку, що тече до виходу.

V1 = −0,5 VV2 = −1,7 VR1 = 2 kΩR2 = 47 kΩRf = 10 kΩ
If = mA
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​12 Vt = 0R = 20 ΩL10 mHi(t)

До замикання вимикача в момент t = 0 струму через котушку немає. Через який час після замикання вимикача струм досягне 95% кінцевого значення? Знайдіть t.

Vs = 12 VR = 20 ΩL = 10 mH
t = ms
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​24 Vt = 0R = 6,8 kΩC47 µF+−vC​vC​(0) = 15 V

Безпосередньо перед замиканням вимикача в момент t = 0 конденсатор має 15 V з указаною полярністю. Знайдіть напругу на конденсаторі vC у момент t = 750 ms.

Vs = 24 VR = 6,8 kΩC = 47 µFvC(0) = 15 Vt = 750 ms
vC = V

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR1 = 2,14 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​ = 10 Ω+−V1​12 VR2​3 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 = 3·20/(3+20) = 2,609 Ω
Req = R1 + 2,609 = 3 + 2,609 = 5,609 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 12/5,609 = 2,14 A

Відповідь

IR1 = 2,14 A
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 3,293 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​ = 20 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​36 VR2​5 ΩAR4​12 ΩBR6​12 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 = 4 + 12 = 16 Ω
R4 ∥ 16 = 6,857 Ω
R3 + 6,857 = 26,86 Ω
R2 ∥ 26,86 = 4,215 Ω
Req = R1 + 4,215 = 5 + 4,215 = 9,215 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 36/9,215 = 3,907 A

Струм через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 36 − 3,907·5 = 16,47 V
IR2 = VA/R2 = 16,47/5 = 3,293 A

Відповідь

IR2 = 3,293 A
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VA = 7,636 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​ = 10 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩAR4​2 ΩBIs​3 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/4 + (VA − 24)/8 + (VA − VB)/10 = 0
0,475·VA − 0,1·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/2 + (VB − VA)/10 = 3
−0,1·VA + 0,6·VB = 3

Розв’яжіть

Δ = (0,475)(0,6) − (−0,1)(−0,1) = 0,275
VA = Δ1/Δ = 2,1/0,275 = 7,636 V
VB = Δ2/Δ = 1,725/0,275 = 6,273 V

Відповідь

VA = 7,636 V
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VB = 22,71 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.

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 + 9
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + VB/R3 = Is

Розв’яжіть

(VA − 36)/4 + VA/6 + (VA + 9)/6 = 0,5
VA·(1/4 + 1/6 + 1/6) = 0,5 + 36/4 − 9/6 = 8
VA = 8/0,5833 = 13,71 V
VB = 22,71 V

Відповідь

VB = 22,71 V
5.Метод контурних струмів

Відповідь: I1 = 0,3962 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​12 VR3​2 ΩA+−V2​9 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 + 2(I1 − I2) = 12
22·I1 − 2·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
3·I2 + 2(I2 − I1) = (−9)
−2·I1 + 5·I2 = −9

Розв’яжіть

Δ = (22)(5) − (−2)(−2) = 106
I1 = Δ1/Δ = 42/106 = 0,3962 A
I2 = Δ2/Δ = −174/106 = −1,642 A

Відповідь

I1 = 0,3962 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: I1 = 0,5109 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​ = 15 ΩR2​ = 8 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​18 VR4​25 ΩAR5​30 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
15·I1 + 25(I1 − I2) = 18
40·I1 − 25·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 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
8·I2 + 25(I2 − I1) + 30(I2 − I3) = 0
−25·I1 + 63·I2 − 30·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
2·I3 + 30(I3 − I2) = (−10)
−30·I2 + 32·I3 = −10

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 24640
I1 = Δ1/Δ = 12588/24640 = 0,5109 A
I2 = Δ2/Δ = 2400/24640 = 0,0974 A
I3 = Δ3/Δ = −5450/24640 = −0,2212 A

Відповідь

I1 = 0,5109 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: PR3 = 6,12 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​ = 5 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​30 VR2​6 ΩAR4​20 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+20 = 40 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 6·40/(6+40) = 5,217 Ω
VA = 30·5,217/(5+5,217) = 15,32 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 15,32·20/40 = 7,66 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (15,32 − 7,66)/20 = 0,383 A
R1​ = 5 ΩR3​ = 20 ΩКЗR2​6 ΩAR4​20 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 = 5·6/(5+6) = 2,727 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 20 ∥ 22,73 = 10,64 Ω
VB = Is·Req = 2·10,64 = 21,28 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 21,28·2,727/22,73 = 2,553 V
IR3″ = (VA − VB)/R3 = (2,553 − 21,28)/20 = −0,9362 A

Додайте внески струму

IR3 = IR3′ + IR3″ = 0,383 + (−0,9362) = −0,5532 A

Потужність у резисторі

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

PR3 = IR3²·R3 = (−0,5532)²·20 = 6,12 W

Відповідь

PR3 = 6,12 W

Сума потужностей окремих випадків дала б 20,46 W, а це неправильно.

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 = 2
2·I₁ + I₂ + I₃ = 10
I₁ + I₂ − I₃ = 26

Знайдіть внески

I₁ = 10 − 2 = 8 mA
I₃ = (2 − 26)/2 = −12 mA
I₂ = 2 − 8 − (−12) = 6 mA

Вимкніть V₂

I = I₁ + I₃ = 8 + (−12) = −4 mA

Відповідь

I = −4 mA
9.Тевенен і Нортон

Відповідь: Rth = 9 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​ = 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 = 6·6/(6+6) = 3 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3 + 6 = 9 Ω
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: IN = 1,208 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​ = 25 ΩКЗR2​30 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 = 10·30/(10+30) = 7,5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 7,5 + 25 = 32,5 Ω
R1​ = 10 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​9 VR2​30 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) = 6,75 + 1·7,5 = 14,25 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 14,25 + 1·25 = 39,25 V
IN​1,208 ARth​32,5 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 = 39,25/32,5 = 1,208 A
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −9,4 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 входах

Через R₃ і R₄ тече однаковий струм, тож вони утворюють подільник напруги; зворотний зв’язок забезпечує V₋ = V₊.

V₊ = V2·R4/(R3 + R4) = −0,3·47/(10 + 47) = −0,2474 V
V₋ = V₊

ЗСК для інвертувального входу

(1,7 − −0,2474)/10 = (−0,2474 − Vout)/47
Vout = (R2/R1)·(V2 − V1) = (47/10)·(−0,3 − 1,7) = −9,4 V

Відповідь

Vout = −9,4 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: If = −0,2862 mA

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 = −0,5/2 = −0,25 mA
I2 = V2/R2 = −1,7/47 = −0,03617 mA
If = I1 + I2 = −0,2862 mA

Відповідь

If = −0,2862 mA
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: t = 1,498 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 = 10 mH / 20 Ω = 0,5 ms
i(∞) = Vs/R = 12/20 = 0,6 A

Виразіть час

0,95 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0,95)
t = −0,5·ln(0,05) = 1,498 ms

Відповідь

t = 1,498 ms
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: vC = 23,14 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) = 15 V, vC(∞) = Vs = 24 V
τ = R·C = 6,8 kΩ · 47 µF = 319,6 ms
vC(t) = 24 + (15 − 24)·e−t/τ

Напруга в заданий момент

vC(750) = 24 + (−9)·e−750/319,6 = 23,14 V

Відповідь

vC = 23,14 V

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