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​ = 20 ΩIR1​R3​ = 2 Ω+−V1​10 VR2​12 ΩAR4​4 ΩB

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

V1 = 10 VR1 = 20 ΩR2 = 12 ΩR3 = 2 ΩR4 = 4 Ω
IR1 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 12 ΩIR1​R3​ = 12 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​36 VR2​4 ΩAR4​6 ΩBR6​10 Ω

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

V1 = 36 VR1 = 12 ΩR2 = 4 ΩR3 = 12 ΩR4 = 6 ΩR5 = 3 ΩR6 = 10 Ω
IR1 = A
3.Метод вузлових потенціалівСередня
−+Vs​ = 5 VIs​3 AAR1​12 ΩR2​6 ΩB

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).

Is = 3 AVs = 5 VR1 = 12 ΩR2 = 6 Ω
VB = V
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 3 ΩIR1​R2​ = 6 ΩR4​ = 30 Ω+−V1​24 VR3​6 ΩAR5​10 ΩBIs​2,5 A+−V2​30 V

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

V1 = 24 VIs = 2,5 AV2 = 30 VR1 = 3 ΩR2 = 6 ΩR3 = 6 ΩR4 = 30 ΩR5 = 10 Ω
IR1 = A
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 15 ΩR2​ = 2 Ω+−VR2​+−V1​6 VR3​15 ΩA+−V2​30 VI1​I2​

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

V1 = 6 VV2 = 30 VR1 = 15 ΩR2 = 2 ΩR3 = 15 Ω
VR2 = V
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 5 ΩR2​ = 30 ΩR3​ = 10 Ω+−VR3​+−V1​30 VR4​4 ΩAR5​10 ΩB+−V2​18 VI1​I2​I3​

Скористайтеся методом контурних струмів, щоб знайти напругу VR3 на R3 з указаною полярністю.

V1 = 30 VV2 = 18 VR1 = 5 ΩR2 = 30 ΩR3 = 10 ΩR4 = 4 ΩR5 = 10 Ω
VR3 = V
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 = 4 V і Is = 8 mA I = 7,6 mA; при Vs = 12 V і Is = 3 mA I = 7,05 mA. Знайдіть струм навантаження I при Vs = 6 V і Is = 4 mA.

4 V, 8 mA → 7,6 mA12 V, 3 mA → 7,05 mAVs = 6 V, Is = 4 mA
I = mA
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 = 35,5 mA. Коли V1 подвоєне, а два інші без змін, I = 47 mA. Коли напрямок Is змінено на протилежний, а два інші без змін, I = 11,5 mA. Знайдіть струм навантаження I, коли V2 вимкнене, а V1 і Is мають звичайні значення.

звичайні значення: I = 35,5 mA2·V1: I = 47 mA−Is: I = 11,5 mA
I = mA
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 6 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​30 VR2​15 ΩARL​4 ΩIL​B

До a–b підключено навантаження RL = 4 Ω. Замініть решту кола еквівалентом Тевенена і знайдіть струм навантаження IL.

V1 = 30 VR1 = 6 ΩR2 = 15 ΩR3 = 6 ΩRL = 4 Ω
IL = A
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 4 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​18 VR2​20 ΩAIs​3 ABRL​2 ΩIL​

До a–b підключено навантаження RL = 2 Ω. За допомогою еквівалента Тевенена знайдіть потужність PL, що передається навантаженню.

V1 = 18 VIs = 3 AR1 = 4 ΩR2 = 20 ΩR3 = 6 ΩRL = 2 Ω
PL = W
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 100 kΩR1​ = 100 kΩVin​ = −0,1 V

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

Vin = −0,1 VR1 = 100 kΩRf = 100 kΩ
Vout = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​R2​ = 1 kΩV1​ = 0,8 VR1​ = 2 kΩV2​ = 0,4 VR3​ = 22 kΩR4​ = 4,7 kΩ

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

V1 = 0,8 VV2 = 0,4 VR1 = 2 kΩR2 = 1 kΩR3 = 22 kΩR4 = 4,7 kΩ
Vout = V
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​10 Vt = 0R = 15 ΩL68 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 = 10 VR = 15 ΩL = 68 mHt = 5 ms
W = mJ
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​15 Vt = 0R = 2,2 kΩC68 µF+−vC​vC​(0) = 24 V

Безпосередньо перед замиканням вимикача в момент t = 0 конденсатор має 24 V з указаною полярністю. За який час vC досягне 18,6 V? Знайдіть t.

Vs = 15 VR = 2,2 kΩC = 68 µFvC(0) = 24 V
t = ms

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR1 = 0,4167 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​ = 20 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​10 VR2​12 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 = 2 + 4 = 6 Ω
R2 ∥ 6 = 12·6/(12+6) = 4 Ω
Req = R1 + 4 = 20 + 4 = 24 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 10/24 = 0,4167 A

Відповідь

IR1 = 0,4167 A
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR1 = 2,368 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​ = 12 ΩR3​ = 12 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​36 VR2​4 ΩAR4​6 ΩBR6​10 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 = 3 + 10 = 13 Ω
R4 ∥ 13 = 4,105 Ω
R3 + 4,105 = 16,11 Ω
R2 ∥ 16,11 = 3,204 Ω
Req = R1 + 3,204 = 12 + 3,204 = 15,2 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 36/15,2 = 2,368 A

Відповідь

IR1 = 2,368 A
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VB = 13,67 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 + Vs = VA + 5
VA/R1 + VB/R2 = Is

Розв’яжіть

VA/12 + (VA + 5)/6 = 3
VA = (3 − 5/6)/(1/12 + 1/6) = 8,667 V
VB = 8,667 + 5 = 13,67 V

Відповідь

VB = 13,67 V
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR1 = 2,226 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​ = 3 ΩR2​ = 6 ΩR4​ = 30 Ω+−V1​24 VR3​6 ΩAR5​10 ΩBIs​2,5 A+−V2​30 V

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 24 V, V2 = 30 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/6 + (VA − 24)/3 + (VA − VB)/6 = 0
0,6667·VA − 0,1667·VB = 8

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/10 + (VB − VA)/6 + (VB − 30)/30 = 2,5
−0,1667·VA + 0,3·VB = 3,5

Розв’яжіть

Δ = (0,6667)(0,3) − (−0,1667)(−0,1667) = 0,1722
VA = Δ1/Δ = 2,983/0,1722 = 17,32 V
VB = Δ2/Δ = 3,667/0,1722 = 21,29 V

Відповідь

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (24 − 17,32)/3 = 2,226 A
5.Метод контурних струмів

Відповідь: VR2 = −5,684 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​ = 15 ΩR2​ = 2 Ω+−V1​6 VR3​15 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
15·I1 + 15(I1 − I2) = 6
30·I1 − 15·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 + R3(I2 − I1) = −V2
2·I2 + 15(I2 − I1) = (−30)
−15·I1 + 17·I2 = −30

Розв’яжіть

Δ = (30)(17) − (−15)(−15) = 285
I1 = Δ1/Δ = −348/285 = −1,221 A
I2 = Δ2/Δ = −810/285 = −2,842 A

Відповідь

IR2 = I2 = −2,842 A
VR2 = IR2·R2 = −2,842·2 = −5,684 V

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: VR3 = −8,418 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​ = 5 ΩR2​ = 30 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​30 VR4​4 ΩAR5​10 ΩB+−V2​18 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
5·I1 + 4(I1 − I2) = 30
9·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 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
30·I2 + 4(I2 − I1) + 10(I2 − I3) = 0
−4·I1 + 44·I2 − 10·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
10·I3 + 10(I3 − I2) = (−18)
−10·I2 + 20·I3 = −18

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 6700
I1 = Δ1/Δ = 22680/6700 = 3,385 A
I2 = Δ2/Δ = 780/6700 = 0,1164 A
I3 = Δ3/Δ = −5640/6700 = −0,8418 A

Відповідь

IR3 = I3 = −0,8418 A
VR3 = IR3·R3 = −0,8418·10 = −8,418 V

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: I = 5,4 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 відгук як суму внесків

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

I = k₁·Vs + k₂·Is
4·k₁ + 8·k₂ = 7,6
12·k₁ + 3·k₂ = 7,05

Знайдіть коефіцієнти

Δ = (4)(3) − (8)(12) = −84
k₁ = Δ1/Δ = −33,6/−84 = 0,4
k₂ = Δ2/Δ = −63/−84 = 0,75
k₁ = 0,4 mA/V, k₂ = 0,75

Обчисліть новий струм

I = 0,4·6 + 0,75·4 = 5,4 mA

Відповідь

I = 5,4 mA
8.Метод накладання

Відповідь: I = 23,5 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 вимірювання через внески

Кожен внесок пропорційний своєму джерелу.

I₁ + I₂ + I₃ = 35,5
2·I₁ + I₂ + I₃ = 47
I₁ + I₂ − I₃ = 11,5

Знайдіть внески

I₁ = 47 − 35,5 = 11,5 mA
I₃ = (35,5 − 11,5)/2 = 12 mA
I₂ = 35,5 − 11,5 − 12 = 12 mA

Вимкніть V₂

I = I₁ + I₃ = 11,5 + 12 = 23,5 mA

Відповідь

I = 23,5 mA
9.Тевенен і Нортон

Відповідь: IL = 1,5 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​ = 6 ΩR3​ = 6 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 = 6·15/(6+15) = 4,286 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4,286 + 6 = 10,29 Ω
R1​ = 6 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​30 VR2​15 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) = 30·15/(6+15) = 21,43 V
Rth​ = 10,29 Ω+−Vth​21,43 VRL​4 ΩIL​

Підключіть навантаження до еквівалента Тевенена

Джерело Тевенена і послідовний R_th поводяться на a–b точно як початкове коло, тож навантаження бачить простий послідовний контур.

IL = Vth/(Rth + RL) = 21,43/(10,29 + 4) = 1,5 A
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: PL = 2,631 W

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​ = 6 ΩКЗR2​20 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 = 4·20/(4+20) = 3,333 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,333 + 6 = 9,333 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​18 VR2​20 ΩAIs​3 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) = 15 + (−3)·3,333 = 5 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 5 + (−3)·6 = −13 V
Rth​ = 9,333 Ω−+Vth​13 VRL​2 ΩIL​

Підключіть навантаження до еквівалента Тевенена

Джерело Тевенена і послідовний R_th поводяться на a–b точно як початкове коло, тож навантаження бачить простий послідовний контур.

IL = Vth/(Rth + RL) = −13/(9,333 + 2) = −1,147 A
PL = IL²·RL = −1,147²·2 = 2,631 W
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −0,2 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₊ = −0,1 V
I = V₋/R1 = −0,1/100 = −0,001 mA

Вихідна напруга

Струм через R₁ тече й через Rf.

Vout = V₋ + I·Rf = −0,1 + (−0,001)·100 = −0,2 V

Відповідь

Vout = −0,2 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −0,2944 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) = 0,4·4,7/(22 + 4,7) = 0,07041 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 = −(1/2)·0,8 + (1 + 1/2)·0,07041 = −0,4 + 0,1056 = −0,2944 V

Відповідь

Vout = −0,2944 V
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: W = 6,745 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 = 68 mH / 15 Ω = 4,533 ms
i(∞) = Vs/R = 10/15 = 0,6667 A

Струм у заданий момент

i(t) = 0,6667·(1 − e−5/4,533) = 0,4454 A

Накопичена енергія

W = ½·L·i² = ½·68·0,4454² = 6,745 mJ

Відповідь

W = 6,745 mJ
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: t = 137,1 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.

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) = 24 V, vC(∞) = Vs = 15 V
τ = R·C = 2,2 kΩ · 68 µF = 149,6 ms
vC(t) = 15 + (24 − 15)·e−t/τ

Виразіть час

18,6 = 15 + (9)·e−t/τ → e−t/τ = (18,6 − 15)/(24 − 15) = 0,4
t = τ·ln((24 − 15)/(18,6 − 15)) = 149,6·ln(2,5) = 137,1 ms

Відповідь

t = 137,1 ms

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