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​ = 8 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​24 VR2​2 ΩIR2​AR4​8 ΩB

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 24 VR1 = 8 ΩR2 = 2 ΩR3 = 12 ΩR4 = 8 Ω
IR2 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 20 ΩR3​ = 4 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​5 VR2​15 ΩIR2​AR4​8 ΩBR6​4 Ω

Знайдіть струм IR2 через R2.

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

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

V1 = 15 VIs = 4 AR1 = 4 ΩR2 = 6 ΩR3 = 10 ΩR4 = 10 Ω
VB = V
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 4 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​5 VR2​20 ΩAR4​25 ΩBIs​?

Джерело струму регулюють, доки вузлова напруга в A не стане VA = 7,5 V. Методом вузлових потенціалів знайдіть струм джерела Is (напрямок як на схемі).

V1 = 5 VR1 = 4 ΩR2 = 20 ΩR3 = 20 ΩR4 = 25 ΩVA = 7,5 V
Is = A
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 15 ΩR2​ = 10 Ω+−V1​18 VR3​2 ΩIR3​A+−V2​10 VI1​I2​

Скористайтеся методом контурних струмів, щоб знайти струм IR3 через R3 у напрямку стрілки.

V1 = 18 VV2 = 10 VR1 = 15 ΩR2 = 10 ΩR3 = 2 Ω
IR3 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 8 Ω+−VR1​R2​ = 6 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​36 VR4​10 ΩAR5​25 ΩB+−V2​24 VI1​I2​I3​

Скористайтеся методом контурних струмів, щоб знайти напругу VR1 на R1 з указаною полярністю.

V1 = 36 VV2 = 24 VR1 = 8 ΩR2 = 6 ΩR3 = 10 ΩR4 = 10 ΩR5 = 25 Ω
VR1 = V
7.Метод накладанняСередня
R1​ = 8 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​6 VR2​10 Ω+−VR2​AR4​6 ΩBIs​2,5 A

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

V1 = 6 VIs = 2,5 AR1 = 8 ΩR2 = 10 ΩR3 = 15 ΩR4 = 6 Ω
VR2 = V
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 = 2,5 mA. Коли V1 подвоєне, а два інші без змін, I = 11,5 mA. Коли напрямок Is змінено на протилежний, а два інші без змін, I = −2,5 mA. Знайдіть струм навантаження I, коли V2 вимкнене, а V1 і Is мають звичайні значення.

звичайні значення: I = 2,5 mA2·V1: I = 11,5 mA−Is: I = −2,5 mA
I = mA
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 20 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​15 VR2​10 ΩAab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 15 VR1 = 20 ΩR2 = 10 ΩR3 = 5 Ω
Vth = V
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 2 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​30 VR2​10 ΩAIs​0,5 ABab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 30 VIs = 0,5 AR1 = 2 ΩR2 = 10 ΩR3 = 5 Ω
Vth = V
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 100 kΩR1​ = 22 kΩVin​ = −0,2 V

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

Vin = −0,2 VR1 = 22 kΩRf = 100 kΩ
Vout = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​Rf​ = 4,7 kΩV1​ = −1,8 VR1​ = 1 kΩV2​ = −0,1 VR2​ = 10 kΩIf​

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

V1 = −1,8 VV2 = −0,1 VR1 = 1 kΩR2 = 10 kΩRf = 4,7 kΩ
If = mA
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​15 Vt = 0R1​ = 10 kΩR2​ = 4,7 kΩC100 µF+−vC​

Джерело Vₛ заряджає конденсатор через R₁, а R₂ під’єднано паралельно C. Конденсатор розряджений, коли вимикач замикається в момент t = 0. Знайдіть сталу часу τ кола після замикання ключа.

Vs = 15 VR1 = 10 kΩR2 = 4,7 kΩC = 100 µF
τ = ms
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​20 Vt = 0R = 2,2 kΩC22 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 22,8 V? Знайдіть t.

Vs = 20 VR = 2,2 kΩC = 22 µFvC(0) = 24 V
t = ms

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 2,222 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​ = 8 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​24 VR2​2 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 = 12 + 8 = 20 Ω
R2 ∥ 20 = 2·20/(2+20) = 1,818 Ω
Req = R1 + 1,818 = 8 + 1,818 = 9,818 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 24/9,818 = 2,444 A

Струм через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 24 − 2,444·8 = 4,444 V
IR2 = VA/R2 = 4,444/2 = 2,222 A

Відповідь

IR2 = 2,222 A
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 0,0709 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​ = 4 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​5 VR2​15 ΩAR4​8 ΩBR6​4 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 + 4 = 10 Ω
R4 ∥ 10 = 4,444 Ω
R3 + 4,444 = 8,444 Ω
R2 ∥ 8,444 = 5,403 Ω
Req = R1 + 5,403 = 20 + 5,403 = 25,4 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 5/25,4 = 0,1968 A

Струм через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 5 − 0,1968·20 = 1,063 V
IR2 = VA/R2 = 1,063/15 = 0,0709 A

Відповідь

IR2 = 0,0709 A
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VB = −18,12 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​ = 4 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR2​6 ΩAR4​10 ΩBIs​4 A

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 15 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/6 + (VA − 15)/4 + (VA − VB)/10 = 0
0,5167·VA − 0,1·VB = 3,75

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)/10 = (−4)
−0,1·VA + 0,2·VB = −4

Розв’яжіть

Δ = (0,5167)(0,2) − (−0,1)(−0,1) = 0,09333
VA = Δ1/Δ = 0,35/0,09333 = 3,75 V
VB = Δ2/Δ = −1,692/0,09333 = −18,13 V

Відповідь

VB = −18,12 V
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: Is = 2,1 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
(7,5 − 5)/4 + 7,5/20 = (VB − 7,5)/20
1 = (VB − 7,5)/20 → VB = 27,5 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 = (27,5 − 7,5)/20 + 27,5/25 = 2,1 A

Відповідь

Is = 2,1 A
5.Метод контурних струмів

Відповідь: IR3 = 1,65 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​ = 10 Ω+−V1​18 VR3​2 ΩA+−V2​10 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 + 2(I1 − I2) = 18
17·I1 − 2·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 + R3(I2 − I1) = −V2
10·I2 + 2(I2 − I1) = (−10)
−2·I1 + 12·I2 = −10

Розв’яжіть

Δ = (17)(12) − (−2)(−2) = 200
I1 = Δ1/Δ = 196/200 = 0,98 A
I2 = Δ2/Δ = −134/200 = −0,67 A

Відповідь

IR3 = I1 − I2 = 1,65 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: VR1 = 16,72 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​ = 8 ΩR2​ = 6 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​36 VR4​10 ΩAR5​25 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
8·I1 + 10(I1 − I2) = 36
18·I1 − 10·I2 = 36

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 + 10(I2 − I1) + 25(I2 − I3) = 0
−10·I1 + 41·I2 − 25·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 + 25(I3 − I2) = (−24)
−25·I2 + 35·I3 = −24

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 11080
I1 = Δ1/Δ = 23160/11080 = 2,09 A
I2 = Δ2/Δ = 1800/11080 = 0,1625 A
I3 = Δ3/Δ = −6312/11080 = −0,5697 A

Відповідь

IR1 = I1 = 2,09 A
VR1 = IR1·R1 = 2,09·8 = 16,72 V

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: VR2 = 5,371 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​ = 8 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​6 VR2​10 ΩAR4​6 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 = 15+6 = 21 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 10·21/(10+21) = 6,774 Ω
VA = 6·6,774/(8+6,774) = 2,751 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 2,751·6/21 = 0,786 V
VR2′ = VA − 0 = 2,751 − 0 = 2,751 V
R1​ = 8 ΩR3​ = 15 ΩКЗR2​10 ΩAR4​6 ΩBIs​2,5 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 = 8·10/(8+10) = 4,444 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 6 ∥ 19,44 = 4,585 Ω
VB = Is·Req = 2,5·4,585 = 11,46 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 11,46·4,444/19,44 = 2,62 V
VR2″ = VA − 0 = 2,62 − 0 = 2,62 V

Додайте складові

VR2 = VR2′ + VR2″
VR2 = 2,751 + 2,62 = 5,371 V

Від’ємний результат означає, що насправді полярність протилежна вказаній.

8.Метод накладання

Відповідь: I = 11,5 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 = 2,5
2·I₁ + I₂ + I₃ = 11,5
I₁ + I₂ − I₃ = −2,5

Знайдіть внески

I₁ = 11,5 − 2,5 = 9 mA
I₃ = (2,5 − (−2,5))/2 = 2,5 mA
I₂ = 2,5 − 9 − 2,5 = −9 mA

Вимкніть V₂

I = I₁ + I₃ = 9 + 2,5 = 11,5 mA

Відповідь

I = 11,5 mA
9.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = 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​ = 20 ΩR3​ = 5 ΩКЗR2​10 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 = 20·10/(20+10) = 6,667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6,667 + 5 = 11,67 Ω
R1​ = 20 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​15 VR2​10 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) = 15·10/(20+10) = 5 V
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = 28,33 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​ = 2 ΩR3​ = 5 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 = 2·10/(2+10) = 1,667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,667 + 5 = 6,667 Ω
R1​ = 2 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​30 VR2​10 ΩAIs​0,5 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) = 25 + 0,5·1,667 = 25,83 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 25,83 + 0,5·5 = 28,33 V
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −1,109 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₊ = −0,2 V
I = V₋/R1 = −0,2/22 = −0,009091 mA

Вихідна напруга

Струм через R₁ тече й через Rf.

Vout = V₋ + I·Rf = −0,2 + (−0,009091)·100 = −1,109 V

Відповідь

Vout = −1,109 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: If = −1,81 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 = −1,8/1 = −1,8 mA
I2 = V2/R2 = −0,1/10 = −0,01 mA
If = I1 + I2 = −1,81 mA

Відповідь

If = −1,81 mA
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: τ = 319,7 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.

Еквівалентна схема Тевенена з боку конденсатора

Закоротіть джерело, щоб знайти Rth; розімкніть конденсатор, щоб знайти напругу, до якої він зарядиться.

Rth = R1 ∥ R2 = 10·4,7/(10 + 4,7) = 3,197 kΩ
vC(∞) = 15·4,7/(10 + 4,7) = 4,796 V

Стала часу

τ = Rth·C = 3,197·100 = 319,7 ms

Відповідь

τ = 319,7 ms
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: t = 17,26 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 = 20 V
τ = R·C = 2,2 kΩ · 22 µF = 48,4 ms
vC(t) = 20 + (24 − 20)·e−t/τ

Виразіть час

22,8 = 20 + (4)·e−t/τ → e−t/τ = (22,8 − 20)/(24 − 20) = 0,7
t = τ·ln((24 − 20)/(22,8 − 20)) = 48,4·ln(1,429) = 17,26 ms

Відповідь

t = 17,26 ms

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