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​ = 15 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​15 VR2​6 ΩAR4​8 ΩB

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 15 VR1 = 15 ΩR2 = 6 ΩR3 = 3 ΩR4 = 8 Ω
Req = Ω
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 15 ΩR3​ = 2 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​24 VR2​2 ΩIR2​AR4​30 ΩBR6​5 Ω

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 24 VR1 = 15 ΩR2 = 2 ΩR3 = 2 ΩR4 = 30 ΩR5 = 6 ΩR6 = 5 Ω
IR2 = A
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​ = 12 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​10 VR2​10 ΩAR4​10 ΩBIs​1 A

Методом вузлових потенціалів знайдіть потужність PIs, яку віддає джерело струму Is.

V1 = 10 VIs = 1 AR1 = 12 ΩR2 = 10 ΩR3 = 8 ΩR4 = 10 Ω
PIs = W
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 12 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​10 VR2​5 ΩAR4​10 ΩBIs​?

Джерело струму регулюють, доки вузлова напруга в A не стане VA = 15 V. Методом вузлових потенціалів знайдіть струм джерела Is (напрямок як на схемі).

V1 = 10 VR1 = 12 ΩR2 = 5 ΩR3 = 12 ΩR4 = 10 ΩVA = 15 V
Is = A
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 4 ΩR2​ = 20 ΩIR2​+−V1​30 VR3​12 ΩA+−V2​30 VI1​I2​

Скористайтеся методом контурних струмів, щоб знайти струм IR2 через R2 у напрямку стрілки.

V1 = 30 VV2 = 30 VR1 = 4 ΩR2 = 20 ΩR3 = 12 Ω
IR2 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 12 ΩR2​ = 25 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​9 VR4​6 ΩAR5​3 ΩIR5​B+−V2​24 VI1​I2​I3​

Скористайтеся методом контурних струмів, щоб знайти струм IR5 через R5 у напрямку стрілки.

V1 = 9 VV2 = 24 VR1 = 12 ΩR2 = 25 ΩR3 = 12 ΩR4 = 6 ΩR5 = 3 Ω
IR5 = 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 = 10 V і Is = 5 mA I = 8,75 mA; при Vs = 20 V і Is = 1 mA I = 19,75 mA. Знайдіть струм навантаження I при Vs = 5 V і Is = 6 mA.

10 V, 5 mA → 8,75 mA20 V, 1 mA → 19,75 mAVs = 5 V, Is = 6 mA
I = mA
8.Метод накладанняСкладна
R1​ = 20 ΩR2​ = 6 ΩR4​ = 15 Ω+−V1​12 VR3​12 ΩIR3​AIs​2,5 AB+−V2​?

Знайдіть значення джерела напруги V2 (полярність як на схемі), за якого струм IR3 через R3 дорівнює нулю.

V1 = 12 VIs = 2,5 AR1 = 20 ΩR2 = 6 ΩR3 = 12 ΩR4 = 15 Ω
V2 = V
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 15 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​18 VR2​6 ΩAab

Знайдіть опір Тевенена Rth з боку затискачів a–b.

V1 = 18 VR1 = 15 ΩR2 = 6 ΩR3 = 5 Ω
Rth = Ω
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 15 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​10 VR2​2 ΩAIs​1,5 ABab

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

V1 = 10 VIs = 1,5 AR1 = 15 ΩR2 = 2 ΩR3 = 30 Ω
IN = A
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 22 kΩVin​

Підберіть резистор зворотного зв’язку Rf, щоб цей неінвертувальний підсилювач мав коефіцієнт підсилення за напругою 3.

R1 = 22 kΩAv = 3
Rf = kΩ
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​Rf​ = 22 kΩV1​ = −0,4 VR1​ = 22 kΩV2​ = 2 VR2​ = 47 kΩ

Сумувальний підсилювач використовує ідеальний ОП, що живиться від ±15 V. Знайдіть вихідну напругу Vout.

V1 = −0,4 VV2 = 2 VR1 = 22 kΩR2 = 47 kΩRf = 22 kΩ
Vout = V
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​6 Vt = 0R = 50 ΩL220 mHi(t)

До замикання вимикача в момент t = 0 струму через котушку немає. Через який час після замикання вимикача струм досягне 75% кінцевого значення? Знайдіть t.

Vs = 6 VR = 50 ΩL = 220 mH
t = ms
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​5 Vt = 0R = ?C2,2 µF+−vC​

Таймер при t = 0 починає заряджати незаряджений конденсатор через резистор від джерела 5 V. Він має спрацювати, коли напруга на конденсаторі досягне 3,75 V, рівно через 10 ms після старту. При C = 2,2 µF знайдіть потрібний опір R.

Vs = 5 VVth = 3,75 VT = 10 msC = 2,2 µF
R = kΩ

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 18,88 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​ = 15 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​15 VR2​6 ΩAR4​8 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 = 3 + 8 = 11 Ω
R2 ∥ 11 = 6·11/(6+11) = 3,882 Ω
Req = R1 + 3,882 = 15 + 3,882 = 18,88 Ω

Відповідь

Req = 18,88 Ω
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 1,201 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​ = 2 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​24 VR2​2 ΩAR4​30 ΩBR6​5 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 = 6 + 5 = 11 Ω
R4 ∥ 11 = 8,049 Ω
R3 + 8,049 = 10,05 Ω
R2 ∥ 10,05 = 1,668 Ω
Req = R1 + 1,668 = 15 + 1,668 = 16,67 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 24/16,67 = 1,44 A

Струм через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 24 − 1,44·15 = 2,402 V
IR2 = VA/R2 = 2,402/2 = 1,201 A

Відповідь

IR2 = 1,201 A
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: PIs = 7,674 W

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 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 − 10)/12 + (VA − VB)/8 = 0
0,3083·VA − 0,125·VB = 0,8333

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)/8 = 1
−0,125·VA + 0,225·VB = 1

Розв’яжіть

Δ = (0,3083)(0,225) − (−0,125)(−0,125) = 0,05375
VA = Δ1/Δ = 0,3125/0,05375 = 5,814 V
VB = Δ2/Δ = 0,4125/0,05375 = 7,674 V

Потужність, яку віддає джерело струму

Джерело подає Iₛ угору у вузол B, від землі (0 V) до VB. Джерело, струм якого виходить з його затискача +, віддає потужність P = V·I.

PIs = VB·Is = 7,674·1 = 7,674 W

Відповідь

PIs = 7,674 W
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: Is = 9,017 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
(15 − 10)/12 + 15/5 = (VB − 15)/12
3,417 = (VB − 15)/12 → VB = 56 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 = (56 − 15)/12 + 56/10 = 9,017 A

Відповідь

Is = 9,017 A
5.Метод контурних струмів

Відповідь: IR2 = −0,3261 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​ = 4 ΩR2​ = 20 Ω+−V1​30 VR3​12 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
4·I1 + 12(I1 − I2) = 30
16·I1 − 12·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
20·I2 + 12(I2 − I1) = (−30)
−12·I1 + 32·I2 = −30

Розв’яжіть

Δ = (16)(32) − (−12)(−12) = 368
I1 = Δ1/Δ = 600/368 = 1,63 A
I2 = Δ2/Δ = −120/368 = −0,3261 A

Відповідь

IR2 = I2 = −0,3261 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: IR5 = 1,554 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​ = 25 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​9 VR4​6 ΩAR5​3 ΩB+−V2​24 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 + 6(I1 − I2) = 9
18·I1 − 6·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 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
25·I2 + 6(I2 − I1) + 3(I2 − I3) = 0
−6·I1 + 34·I2 − 3·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
12·I3 + 3(I3 − I2) = (−24)
−3·I2 + 15·I3 = −24

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 8478
I1 = Δ1/Δ = 4077/8478 = 0,4809 A
I2 = Δ2/Δ = −486/8478 = −0,05732 A
I3 = Δ3/Δ = −13662/8478 = −1,611 A

Відповідь

IR5 = I2 − I3 = 1,554 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: I = 3,5 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 відгук як суму внесків

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

I = k₁·Vs + k₂·Is
10·k₁ + 5·k₂ = 8,75
20·k₁ + 1·k₂ = 19,75

Знайдіть коефіцієнти

Δ = (10)(1) − (5)(20) = −90
k₁ = Δ1/Δ = −90/−90 = 1
k₂ = Δ2/Δ = 22,5/−90 = −0,25
k₁ = 1 mA/V, k₂ = −0,25

Обчисліть новий струм

I = 1·5 + (−0,25)·6 = 3,5 mA

Відповідь

I = 3,5 mA
8.Метод накладання

Відповідь: V2 = 24,9 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​ = 20 ΩR2​ = 6 ΩR4​ = 15 Ω+−V1​12 VR3​12 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) = 12 ∥ 21 = 7,636 Ω
VA = 12·7,636/(20+7,636) = 3,316 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 3,316·15/21 = 2,368 V
R1​ = 20 ΩR2​ = 6 ΩR4​ = 15 ΩКЗR3​12 ΩAIs​2,5 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. Стрілка Iₛ спрямована вниз, від його вузла, тож Iₛ відбирає струм із цього вузла: його доданок входить зі знаком мінус.

R1 ∥ R3 = 7,5 Ω, тож лівий шлях — R2+7,5 = 13,5 Ω
Req = R4 ∥ 13,5 = 7,105 Ω
VB = −Is·Req = −2,5·7,105 = −17,76 V
VA = VB·7,5/13,5 = −9,868 V

Випадок 3 · діє лише V2, на один вольт

V₁ стає коротким замиканням, а Iₛ — розривом. R₁ ∥ R₃ відходить від A, послідовно з R₂ назад до B.

R1 ∥ R3 = 7,5 Ω
VA‴ = V2·7,5/(15 + 6 + 7,5) = 0,2632·V2

Прирівняйте VA до нуля

При VA = 0 напруга на R₃ відсутня, тож струм через нього дорівнює нулю.

VA′ + VA″ + VA‴ = 3,316 + (−9,868) + 0,2632·V2 = 0
V2 = 6,553/0,2632 = 24,9 V

Відповідь

V2 = 24,9 V
9.Тевенен і Нортон

Відповідь: Rth = 9,286 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​ = 15 ΩR3​ = 5 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 = 15·6/(15+6) = 4,286 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4,286 + 5 = 9,286 Ω
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: IN = 1,537 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​ = 15 ΩR3​ = 30 ΩКЗR2​2 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 = 15·2/(15+2) = 1,765 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,765 + 30 = 31,76 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​10 VR2​2 ΩAIs​1,5 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) = 1,176 + 1,5·1,765 = 3,824 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 3,824 + 1,5·30 = 48,82 V
IN​1,537 ARth​31,76 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 = 48,82/31,76 = 1,537 A
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Rf = 44 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 = (3 − 1)·22 = 44 kΩ

Відповідь

Rf = 44 kΩ
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −0,5362 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.

Вхідні струми

V₋ = 0, тож на кожному вхідному резисторі вся його вхідна напруга.

I1 = V1/R1 = −0,4/22 = −0,01818 mA
I2 = V2/R2 = 2/47 = 0,04255 mA
If = I1 + I2 = 0,02437 mA

Вихідна напруга

Vout = −Rf·If = −22·0,02437 = −0,5362 V

Відповідь

Vout = −0,5362 V
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: t = 6,1 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 = 220 mH / 50 Ω = 4,4 ms
i(∞) = Vs/R = 6/50 = 0,12 A

Виразіть час

0,75 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0,75)
t = −4,4·ln(0,25) = 6,1 ms

Відповідь

t = 6,1 ms
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: R = 3,279 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

3,75 = 5·(1 − e−10/τ) → τ = 10/ln(5/(5 − 3,75))
τ = 10/1,386 = 7,213 ms

Опір

kΩ помножити на µF дає мілісекунди.

R = τ/C = 7,213/2,2 = 3,279 kΩ

Відповідь

R = 3,279 kΩ

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