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​ = 6 Ω+−V1​9 VR2​20 ΩIR2​AR4​10 ΩB

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 9 VR1 = 15 ΩR2 = 20 ΩR3 = 6 ΩR4 = 10 Ω
IR2 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 6 ΩR3​ = 4 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​15 VR2​6 ΩIR2​AR4​3 ΩBR6​25 Ω

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 15 VR1 = 6 ΩR2 = 6 ΩR3 = 4 ΩR4 = 3 ΩR5 = 20 ΩR6 = 25 Ω
IR2 = A
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​ = 6 ΩIR1​R3​ = 10 Ω+−V1​12 VR2​8 ΩAR4​5 ΩBIs​1 A

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

V1 = 12 VIs = 1 AR1 = 6 ΩR2 = 8 ΩR3 = 10 ΩR4 = 5 Ω
IR1 = A
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 8 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​18 VR2​15 ΩAR4​25 ΩB0,05·VA​

Ромб — це джерело струму, кероване напругою, що подає струм 0,05·VA (в A, де VA у V) угору у вузол B. Методом вузлових потенціалів знайдіть вузлову напругу VB (відносно землі).

V1 = 18 VR1 = 8 ΩR2 = 15 ΩR3 = 6 ΩR4 = 25 Ωg = 0,05 A/V
VB = V
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 6 ΩR2​ = 20 Ω+−V1​12 VR3​15 ΩA+−V2​18 VI1​I2​

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

V1 = 12 VV2 = 18 VR1 = 6 ΩR2 = 20 ΩR3 = 15 Ω
I1 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 2 ΩR2​ = 6 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​9 VR4​8 ΩAR5​30 ΩB+−V2​5 VI1​I2​I3​

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

V1 = 9 VV2 = 5 VR1 = 2 ΩR2 = 6 ΩR3 = 6 ΩR4 = 8 ΩR5 = 30 Ω
I1 = 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 = 2 V і Is = 10 mA I = 4,4 mA; при Vs = 5 V і Is = 2 mA I = 6,4 mA. Знайдіть струм навантаження I при Vs = 2 V і Is = 8 mA.

2 V, 10 mA → 4,4 mA5 V, 2 mA → 6,4 mAVs = 2 V, Is = 8 mA
I = mA
8.Метод накладанняСкладна
R1​ = 6 ΩR2​ = 2 ΩIR2​R4​ = 4 Ω+−V1​9 VR3​8 ΩAIs​2 AB−+V2​18 V

За методом накладання знайдіть потужність PR2, яку споживає R2.

V1 = 9 VIs = 2 AV2 = 18 VR1 = 6 ΩR2 = 2 ΩR3 = 8 ΩR4 = 4 Ω
PR2 = W
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 4 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​12 ΩAab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 24 VR1 = 4 ΩR2 = 12 ΩR3 = 20 Ω
Vth = V
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 15 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​10 VR2​4 ΩAIs​2,5 ABab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 10 VIs = 2,5 AR1 = 15 ΩR2 = 4 ΩR3 = 5 Ω
Vth = V
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 100 kΩR1​ = 100 kΩVin​ = −0,9 V

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

Vin = −0,9 VR1 = 100 kΩRf = 100 kΩ
Vout = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​Rf​ = 2 kΩV1​ = −0,9 VR1​ = 100 kΩV2​ = 1,7 VR2​ = 4,7 kΩIf​

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

V1 = −0,9 VV2 = 1,7 VR1 = 100 kΩR2 = 4,7 kΩRf = 2 kΩ
If = mA
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​5 Vt = 0R = 50 ΩL68 mHi(t)

До замикання вимикача в момент t = 0 струму через котушку немає. Знайдіть струм i у момент t = 1 ms.

Vs = 5 VR = 50 ΩL = 68 mHt = 1 ms
i = A
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​9 Vt = 0R = ?C1 µF+−vC​

Таймер при t = 0 починає заряджати незаряджений конденсатор через резистор від джерела 9 V. Він має спрацювати, коли напруга на конденсаторі досягне 5,69 V, рівно через 1000 ms після старту. При C = 1 µF знайдіть потрібний опір R.

Vs = 9 VVth = 5,69 VT = 1000 msC = 1 µF
R = kΩ

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 0,1674 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​ = 6 Ω+−V1​9 VR2​20 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 = 6 + 10 = 16 Ω
R2 ∥ 16 = 20·16/(20+16) = 8,889 Ω
Req = R1 + 8,889 = 15 + 8,889 = 23,89 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 9/23,89 = 0,3767 A

Струм через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 9 − 0,3767·15 = 3,349 V
IR2 = VA/R2 = 3,349/20 = 0,1674 A

Відповідь

IR2 = 0,1674 A
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 0,8678 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​ = 6 ΩR3​ = 4 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​15 VR2​6 ΩAR4​3 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 = 20 + 25 = 45 Ω
R4 ∥ 45 = 2,813 Ω
R3 + 2,813 = 6,813 Ω
R2 ∥ 6,813 = 3,19 Ω
Req = R1 + 3,19 = 6 + 3,19 = 9,19 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 15/9,19 = 1,632 A

Струм через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 15 − 1,632·6 = 5,207 V
IR2 = VA/R2 = 5,207/6 = 0,8678 A

Відповідь

IR2 = 0,8678 A
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR1 = 0,9147 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​ = 6 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​12 VR2​8 ΩAR4​5 ΩBIs​1 A

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 12 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/8 + (VA − 12)/6 + (VA − VB)/10 = 0
0,3917·VA − 0,1·VB = 2

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)/10 = 1
−0,1·VA + 0,3·VB = 1

Розв’яжіть

Δ = (0,3917)(0,3) − (−0,1)(−0,1) = 0,1075
VA = Δ1/Δ = 0,7/0,1075 = 6,512 V
VB = Δ2/Δ = 0,5917/0,1075 = 5,504 V

Відповідь

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (12 − 6,512)/6 = 0,9147 A
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VB = 12,85 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.

ЗСК для вузла A

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

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
0,3583·VA − 0,1667·VB = 2,25

ЗСК для вузла B

Залежне джерело подає g·VA у вузол B. Розглядайте його як незалежне джерело, потім перенесіть доданок з VA у ліву частину.

(VB − VA)/R3 + VB/R4 = 0,05·VA
−0,2167·VA + 0,2067·VB = 0

Розв’яжіть

Δ = (0,3583)(0,2067) − (−0,1667)(−0,2167) = 0,03794
VA = Δ1/Δ = 0,465/0,03794 = 12,25 V
VB = Δ2/Δ = 0,4875/0,03794 = 12,85 V

Відповідь

VB = 12,85 V
5.Метод контурних струмів

Відповідь: I1 = 0,2941 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​ = 20 Ω+−V1​12 VR3​15 ΩA+−V2​18 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
6·I1 + 15(I1 − I2) = 12
21·I1 − 15·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
20·I2 + 15(I2 − I1) = (−18)
−15·I1 + 35·I2 = −18

Розв’яжіть

Δ = (21)(35) − (−15)(−15) = 510
I1 = Δ1/Δ = 150/510 = 0,2941 A
I2 = Δ2/Δ = −198/510 = −0,3882 A

Відповідь

I1 = 0,2941 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: I1 = 1,093 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​ = 2 ΩR2​ = 6 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​9 VR4​8 ΩAR5​30 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
2·I1 + 8(I1 − I2) = 9
10·I1 − 8·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
6·I2 + 8(I2 − I1) + 30(I2 − I3) = 0
−8·I1 + 44·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
6·I3 + 30(I3 − I2) = (−5)
−30·I2 + 36·I3 = −5

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 4536
I1 = Δ1/Δ = 4956/4536 = 1,093 A
I2 = Δ2/Δ = 1092/4536 = 0,2407 A
I3 = Δ3/Δ = 280/4536 = 0,06173 A

Відповідь

I1 = 1,093 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.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 відгук як суму внесків

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

I = k₁·Vs + k₂·Is
2·k₁ + 10·k₂ = 4,4
5·k₁ + 2·k₂ = 6,4

Знайдіть коефіцієнти

Δ = (2)(2) − (10)(5) = −46
k₁ = Δ1/Δ = −55,2/−46 = 1,2
k₂ = Δ2/Δ = −9,2/−46 = 0,2
k₁ = 1,2 mA/V, k₂ = 0,2

Обчисліть новий струм

I = 1,2·2 + 0,2·8 = 4 mA

Відповідь

I = 4 mA
8.Метод накладання

Відповідь: PR2 = 5,159 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​ = 6 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 4 Ω+−V1​9 VR3​8 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) = 8 ∥ 6 = 3,429 Ω
VA = 9·3,429/(6+3,429) = 3,273 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 3,273·4/6 = 2,182 V
IR2′ = (VA − VB)/R2 = (3,273 − 2,182)/2 = 0,5455 A
R1​ = 6 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 4 ΩКЗR3​8 ΩAIs​2 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 = 3,429 Ω, тож лівий шлях — R2+3,429 = 5,429 Ω
Req = R4 ∥ 5,429 = 2,303 Ω
VB = Is·Req = 2·2,303 = 4,606 V
VA = VB·3,429/5,429 = 2,909 V
IR2″ = (VA − VB)/R2 = (2,909 − 4,606)/2 = −0,8485 A
R1​ = 6 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 4 ΩКЗR3​8 ΩAОБРИВB−+V2​18 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 = 6·8/(6+8) = 3,429 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = (−18)·5,429/9,429 = −10,36 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = −10,36·3,429/5,429 = −6,545 V
IR2‴ = (VA − VB)/R2 = (−6,545 − −10,36)/2 = 1,909 A

Додайте внески струму

IR2 = IR2′ + IR2″ + IR2‴ = 0,5455 + (−0,8485) + 1,909 = 1,606 A

Потужність у резисторі

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

PR2 = IR2²·R2 = 1,606²·2 = 5,159 W

Відповідь

PR2 = 5,159 W

Сума потужностей окремих випадків дала б 9,324 W, а це неправильно.

9.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = 18 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​ = 4 ΩR3​ = 20 ΩКЗR2​12 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 = 4·12/(4+12) = 3 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3 + 20 = 23 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​12 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) = 24·12/(4+12) = 18 V
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = 22,5 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​ = 15 ΩR3​ = 5 ΩКЗR2​4 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 = 15·4/(15+4) = 3,158 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,158 + 5 = 8,158 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​10 VR2​4 ΩAIs​2,5 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) = 2,105 + 2,5·3,158 = 10 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 10 + 2,5·5 = 22,5 V
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −1,8 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₊ = −0,9 V
I = V₋/R1 = −0,9/100 = −0,009 mA

Вихідна напруга

Струм через R₁ тече й через Rf.

Vout = V₋ + I·Rf = −0,9 + (−0,009)·100 = −1,8 V

Відповідь

Vout = −1,8 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: If = 0,3527 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 = −0,9/100 = −0,009 mA
I2 = V2/R2 = 1,7/4,7 = 0,3617 mA
If = I1 + I2 = 0,3527 mA

Відповідь

If = 0,3527 mA
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: i = 0,05206 A

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 / 50 Ω = 1,36 ms
i(∞) = Vs/R = 5/50 = 0,1 A

Струм у заданий момент

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0,1·(1 − e−1/1,36) = 0,05206 A

Відповідь

i = 0,05206 A
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: R = 999,7 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

5,69 = 9·(1 − e−1000/τ) → τ = 1000/ln(9/(9 − 5,69))
τ = 1000/1 = 999,7 ms

Опір

kΩ помножити на µF дає мілісекунди.

R = τ/C = 999,7/1 = 999,7 kΩ

Відповідь

R = 999,7 kΩ

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