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​ = 5 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​15 VR2​4 ΩAR4​8 ΩB

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 15 VR1 = 5 ΩR2 = 4 ΩR3 = 8 ΩR4 = 8 Ω
Req = Ω
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 20 ΩR3​ = 8 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​5 VR2​15 ΩAR4​8 ΩBR6​3 Ω

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 5 VR1 = 20 ΩR2 = 15 ΩR3 = 8 ΩR4 = 8 ΩR5 = 20 ΩR6 = 3 Ω
Req = Ω
3.Метод вузлових потенціалівСередня
−+Vs​ = 10 VIs​3 AAR1​2 ΩR2​12 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 VA (відносно землі).

Is = 3 AVs = 10 VR1 = 2 ΩR2 = 12 Ω
VA = V
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 4 ΩIR1​R2​ = 6 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​18 VR3​2 ΩAR5​12 ΩBIs​3 A−+V2​18 V

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

V1 = 18 VIs = 3 AV2 = 18 VR1 = 4 ΩR2 = 6 ΩR3 = 2 ΩR4 = 8 ΩR5 = 12 Ω
IR1 = A
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 20 ΩR2​ = 8 ΩIR2​+−V1​18 VR3​4 ΩA+−V2​30 VI1​I2​

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

V1 = 18 VV2 = 30 VR1 = 20 ΩR2 = 8 ΩR3 = 4 Ω
IR2 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 8 ΩR2​ = 10 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​30 VR4​5 ΩAR5​5 ΩB+−V2​18 VI1​I2​I3​

Скористайтеся методом контурних струмів, щоб знайти контурний струм I3 (за годинниковою стрілкою).

V1 = 30 VV2 = 18 VR1 = 8 ΩR2 = 10 ΩR3 = 8 ΩR4 = 5 ΩR5 = 5 Ω
I3 = A
7.Метод накладанняСередня
R1​ = 6 ΩR3​ = 6 ΩIR3​+−V1​24 VR2​4 ΩAR4​12 ΩBIs​?

Знайдіть значення джерела струму Is (напрямок як на схемі), за якого струм IR3 через R3 дорівнює нулю.

V1 = 24 VR1 = 6 ΩR2 = 4 ΩR3 = 6 ΩR4 = 12 Ω
Is = A
8.Метод накладанняСкладна
R1​ = 15 ΩR2​ = 25 ΩR4​ = 30 ΩIR4​+−V1​36 VR3​15 ΩAIs​5 AB−+V2​12 V

Скористайтеся методом накладання, щоб знайти струм IR4 через R4 у напрямку стрілки.

V1 = 36 VIs = 5 AV2 = 12 VR1 = 15 ΩR2 = 25 ΩR3 = 15 ΩR4 = 30 Ω
IR4 = A
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 5 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​10 VR2​3 ΩARL​5 ΩIL​B

До a–b підключено навантаження RL = 5 Ω. Замініть решту кола еквівалентом Тевенена і знайдіть струм навантаження IL.

V1 = 10 VR1 = 5 ΩR2 = 3 ΩR3 = 5 ΩRL = 5 Ω
IL = A
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 30 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​18 VR2​30 ΩAIs​3 ABRL​25 ΩIL​

До a–b підключено навантаження RL = 25 Ω. Замініть решту кола еквівалентом Тевенена і знайдіть струм навантаження IL.

V1 = 18 VIs = 3 AR1 = 30 ΩR2 = 30 ΩR3 = 12 ΩRL = 25 Ω
IL = A
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 100 kΩR1​ = 22 kΩVin​ = −0,4 V

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

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

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

V1 = −1 VV2 = 1,2 VR1 = 10 kΩR2 = 4,7 kΩRf = 2 kΩ
Vout = V
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​20 Vt = 0R = 68 ΩL22 mHi(t)

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

Vs = 20 VR = 68 ΩL = 22 mHt = 1 ms
i = A
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​5 Vt = 0R = ?C4,7 µF+−vC​

Таймер при t = 0 починає заряджати незаряджений конденсатор через резистор від джерела 5 V. Він має спрацювати, коли напруга на конденсаторі досягне 4,5 V, рівно через 200 ms після старту. При C = 4,7 µF знайдіть потрібний опір R.

Vs = 5 VVth = 4,5 VT = 200 msC = 4,7 µF
R = kΩ

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 8,2 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​ = 5 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​15 VR2​4 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 = 8 + 8 = 16 Ω
R2 ∥ 16 = 4·16/(4+16) = 3,2 Ω
Req = R1 + 3,2 = 5 + 3,2 = 8,2 Ω

Відповідь

Req = 8,2 Ω
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 27,22 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​ = 20 ΩR3​ = 8 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​5 VR2​15 ΩAR4​8 ΩBR6​3 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 + 3 = 23 Ω
R4 ∥ 23 = 5,935 Ω
R3 + 5,935 = 13,94 Ω
R2 ∥ 13,94 = 7,224 Ω
Req = R1 + 7,224 = 20 + 7,224 = 27,22 Ω

Відповідь

Req = 27,22 Ω
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VA = 3,714 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 + 10
VA/R1 + VB/R2 = Is

Розв’яжіть

VA/2 + (VA + 10)/12 = 3
VA = (3 − 10/12)/(1/2 + 1/12) = 3,714 V
VB = 3,714 + 10 = 13,71 V

Відповідь

VA = 3,714 V
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR1 = 3,066 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​ = 4 ΩR2​ = 6 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​18 VR3​2 ΩAR5​12 ΩBIs​3 A−+V2​18 V

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 18 V, V2 = −18 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/2 + (VA − 18)/4 + (VA − VB)/6 = 0
0,9167·VA − 0,1667·VB = 4,5

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/12 + (VB − VA)/6 + (VB − (−18))/8 = 3
−0,1667·VA + 0,375·VB = 0,75

Розв’яжіть

Δ = (0,9167)(0,375) − (−0,1667)(−0,1667) = 0,316
VA = Δ1/Δ = 1,813/0,316 = 5,736 V
VB = Δ2/Δ = 1,438/0,316 = 4,549 V

Відповідь

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (18 − 5,736)/4 = 3,066 A
5.Метод контурних струмів

Відповідь: IR2 = −2,382 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​ = 8 Ω+−V1​18 VR3​4 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
20·I1 + 4(I1 − I2) = 18
24·I1 − 4·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
8·I2 + 4(I2 − I1) = (−30)
−4·I1 + 12·I2 = −30

Розв’яжіть

Δ = (24)(12) − (−4)(−4) = 272
I1 = Δ1/Δ = 96/272 = 0,3529 A
I2 = Δ2/Δ = −648/272 = −2,382 A

Відповідь

IR2 = I2 = −2,382 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: I3 = −1,275 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​ = 8 ΩR2​ = 10 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​30 VR4​5 ΩAR5​5 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
8·I1 + 5(I1 − I2) = 30
13·I1 − 5·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
10·I2 + 5(I2 − I1) + 5(I2 − I3) = 0
−5·I1 + 20·I2 − 5·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
8·I3 + 5(I3 − I2) = (−18)
−5·I2 + 13·I3 = −18

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 2730
I1 = Δ1/Δ = 6600/2730 = 2,418 A
I2 = Δ2/Δ = 780/2730 = 0,2857 A
I3 = Δ3/Δ = −3480/2730 = −1,275 A

Відповідь

I3 = −1,275 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: Is = 0,8 A

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 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩAR4​12 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 = 6+12 = 18 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 4·18/(4+18) = 3,273 Ω
VA = 24·3,273/(6+3,273) = 8,471 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 8,471·12/18 = 5,647 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (8,471 − 5,647)/6 = 0,4706 A

Випадок 2 · діє лише Is

V₁ стає коротким замиканням, тож R₁ ∥ R₂ з’єднує A із землею. Iₛ розгалужується у вузлі B між R₄ і шляхом R₃ + R₁∥R₂; частина через R₃ тече від B до A, проти стрілки.

R1 ∥ R2 = 2,4 Ω
IR3″ = −Is·R4/(R4 + R3 + R1∥R2) = −Is·12/20,4 = −0,5882·Is

Прирівняйте суму до нуля

IR3′ + IR3″ = 0,4706 − 0,5882·Is = 0
Is = 0,4706/0,5882 = 0,8 A

Відповідь

Is = 0,8 A
8.Метод накладання

Відповідь: IR4 = 3,08 A

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​ = 15 ΩR2​ = 25 ΩR4​ = 30 Ω+−V1​36 VR3​15 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) = 15 ∥ 55 = 11,79 Ω
VA = 36·11,79/(15+11,79) = 15,84 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 15,84·30/55 = 8,64 V
IR4′ = (VB − V2)/R4 = (8,64 − 0)/30 = 0,288 A
R1​ = 15 ΩR2​ = 25 ΩR4​ = 30 ΩКЗR3​15 ΩAIs​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.

R1 ∥ R3 = 7,5 Ω, тож лівий шлях — R2+7,5 = 32,5 Ω
Req = R4 ∥ 32,5 = 15,6 Ω
VB = Is·Req = 5·15,6 = 78 V
VA = VB·7,5/32,5 = 18 V
IR4″ = (VB − V2)/R4 = (78 − 0)/30 = 2,6 A
R1​ = 15 ΩR2​ = 25 ΩR4​ = 30 ΩКЗR3​15 ΩAОБРИВB−+V2​12 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 = 15·15/(15+15) = 7,5 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = (−12)·32,5/62,5 = −6,24 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = −6,24·7,5/32,5 = −1,44 V
IR4‴ = (VB − V2)/R4 = (−6,24 − −12)/30 = 0,192 A

Додайте складові

IR4 = IR4′ + IR4″ + IR4‴
IR4 = 0,288 + 2,6 + 0,192 = 3,08 A

Від’ємний результат означає, що насправді струм тече проти стрілки.

9.Тевенен і Нортон

Відповідь: IL = 0,3158 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​ = 5 ΩR3​ = 5 ΩКЗR2​3 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 = 5·3/(5+3) = 1,875 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,875 + 5 = 6,875 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​10 VR2​3 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) = 10·3/(5+3) = 3,75 V
Rth​ = 6,875 Ω+−Vth​3,75 VRL​5 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) = 3,75/(6,875 + 5) = 0,3158 A
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: IL = 1,731 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​ = 30 ΩR3​ = 12 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 = 30·30/(30+30) = 15 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 15 + 12 = 27 Ω
R1​ = 30 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​18 VR2​30 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) = 9 + 3·15 = 54 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 54 + 3·12 = 90 V
Rth​ = 27 Ω+−Vth​90 VRL​25 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) = 90/(27 + 25) = 1,731 A
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −2,218 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₊ = −0,4 V
I = V₋/R1 = −0,4/22 = −0,01818 mA

Вихідна напруга

Струм через R₁ тече й через Rf.

Vout = V₋ + I·Rf = −0,4 + (−0,01818)·100 = −2,218 V

Відповідь

Vout = −2,218 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −0,3106 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 = −1/10 = −0,1 mA
I2 = V2/R2 = 1,2/4,7 = 0,2553 mA
If = I1 + I2 = 0,1553 mA

Вихідна напруга

Vout = −Rf·If = −2·0,1553 = −0,3106 V

Відповідь

Vout = −0,3106 V
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: i = 0,2807 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 = 22 mH / 68 Ω = 0,3235 ms
i(∞) = Vs/R = 20/68 = 0,2941 A

Струм у заданий момент

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0,2941·(1 − e−1/0,3235) = 0,2807 A

Відповідь

i = 0,2807 A
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: R = 18,48 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

4,5 = 5·(1 − e−200/τ) → τ = 200/ln(5/(5 − 4,5))
τ = 200/2,303 = 86,86 ms

Опір

kΩ помножити на µF дає мілісекунди.

R = τ/C = 86,86/4,7 = 18,48 kΩ

Відповідь

R = 18,48 kΩ

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