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 ΩIR1​R3​ = 20 Ω+−V1​9 VR2​20 ΩAR4​20 ΩB

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

V1 = 9 VR1 = 15 ΩR2 = 20 ΩR3 = 20 ΩR4 = 20 Ω
IR1 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 25 ΩR3​ = 8 ΩR5​ = 10 Ω+−V1​12 VR2​12 ΩAR4​4 ΩBR6​30 Ω

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 12 VR1 = 25 ΩR2 = 12 ΩR3 = 8 ΩR4 = 4 ΩR5 = 10 ΩR6 = 30 Ω
Req = Ω
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​ = 8 ΩR3​ = 3 ΩIR3​+−V1​24 VR2​3 ΩAR4​8 ΩBIs​2 A

Скористайтеся методом вузлових потенціалів, щоб знайти струм IR3 через R3 у напрямку стрілки.

V1 = 24 VIs = 2 AR1 = 8 ΩR2 = 3 ΩR3 = 3 ΩR4 = 8 Ω
IR3 = A
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 6 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​18 VR2​20 ΩAR4​12 ΩB0,25·VA​

Ромб — це джерело струму, кероване напругою, що подає струм 0,25·VA (в A, де VA у V) угору у вузол B. Методом вузлових потенціалів знайдіть вузлову напругу VA (відносно землі).

V1 = 18 VR1 = 6 ΩR2 = 20 ΩR3 = 6 ΩR4 = 12 Ωg = 0,25 A/V
VA = V
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 4 ΩR2​ = 15 Ω+−V1​6 VR3​20 ΩIR3​A+−V2​9 VI1​I2​

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

V1 = 6 VV2 = 9 VR1 = 4 ΩR2 = 15 ΩR3 = 20 Ω
IR3 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 15 ΩR2​ = 15 Ω+−VR2​R3​ = 20 Ω+−V1​18 VR4​4 ΩAR5​3 ΩB+−V2​6 VI1​I2​I3​

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

V1 = 18 VV2 = 6 VR1 = 15 ΩR2 = 15 ΩR3 = 20 ΩR4 = 4 ΩR5 = 3 Ω
VR2 = V
7.Метод накладанняСередня
R1​ = 5 ΩIR1​R3​ = 20 Ω+−V1​12 VR2​10 ΩAR4​10 ΩBIs​3 A

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

V1 = 12 VIs = 3 AR1 = 5 ΩR2 = 10 ΩR3 = 20 ΩR4 = 10 Ω
IR1 = A
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 = 18 mA. Коли V1 подвоєне, а два інші без змін, I = 24 mA. Коли напрямок Is змінено на протилежний, а два інші без змін, I = 2 mA. Знайдіть струм навантаження I, коли V2 вимкнене, а V1 і Is мають звичайні значення.

звичайні значення: I = 18 mA2·V1: I = 24 mA−Is: I = 2 mA
I = mA
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 12 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR2​8 ΩAab

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

V1 = 15 VR1 = 12 ΩR2 = 8 ΩR3 = 10 Ω
IN = A
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 30 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​10 VR2​20 ΩAIs​5 ABab

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

V1 = 10 VIs = 5 AR1 = 30 ΩR2 = 20 ΩR3 = 4 Ω
IN = A
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 2 kΩR1​ = 1 kΩVin​

ОП ідеальний і живиться від ±15 V; його вихід насичується на рівні ±14 V. На неінвертувальний підсилювач подається синусоїдальний сигнал. Знайдіть найбільшу амплітуду вхідного сигналу Vin,max (пікове значення), за якої вихідний сигнал не обмежується.

R1 = 1 kΩRf = 2 kΩVsat = ±14 V
Vin,max = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​Rf​ = 10 kΩV1​ = 0,8 VR1​ = 2 kΩV2​ = 1,9 VR2​ = 10 kΩ

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

V1 = 0,8 VV2 = 1,9 VR1 = 2 kΩR2 = 10 kΩRf = 10 kΩ
Vout = V
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​20 Vt = 0R = 50 ΩL150 mHi(t)

До замикання вимикача в момент t = 0 струму через котушку немає. Знайдіть струм i у момент t = 5 ms.

Vs = 20 VR = 50 ΩL = 150 mHt = 5 ms
i = A
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​15 VR1​ = 22 ΩR2​ = 47 Ωрозмикається при t = 0L150 mHi(t)

Ключ паралельно R2 був замкнений тривалий час, тож струм котушки сталий. При t = 0 ключ розмикається. Знайдіть струм котушки i при t = 5 ms.

Vs = 15 VR1 = 22 ΩR2 = 47 ΩL = 150 mHt = 5 ms
i = A

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR1 = 0,3176 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​ = 20 Ω+−V1​9 VR2​20 ΩAR4​20 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 = 20 + 20 = 40 Ω
R2 ∥ 40 = 20·40/(20+40) = 13,33 Ω
Req = R1 + 13,33 = 15 + 13,33 = 28,33 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 9/28,33 = 0,3176 A

Відповідь

IR1 = 0,3176 A
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 30,91 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​ = 25 ΩR3​ = 8 ΩR5​ = 10 Ω+−V1​12 VR2​12 ΩAR4​4 ΩBR6​30 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 = 10 + 30 = 40 Ω
R4 ∥ 40 = 3,636 Ω
R3 + 3,636 = 11,64 Ω
R2 ∥ 11,64 = 5,908 Ω
Req = R1 + 5,908 = 25 + 5,908 = 30,91 Ω

Відповідь

Req = 30,91 Ω
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR3 = 1,71 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​ = 8 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​24 VR2​3 ΩAR4​8 ΩBIs​2 A

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 24 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/3 + (VA − 24)/8 + (VA − VB)/3 = 0
0,7917·VA − 0,3333·VB = 3

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/8 + (VB − VA)/3 = (−2)
−0,3333·VA + 0,4583·VB = −2

Розв’яжіть

Δ = (0,7917)(0,4583) − (−0,3333)(−0,3333) = 0,2517
VA = Δ1/Δ = 0,7083/0,2517 = 2,814 V
VB = Δ2/Δ = −0,5833/0,2517 = −2,317 V

Відповідь

IR3 = (VA − VB)/R3 = (2,814 − −2,317)/3 = 1,71 A
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VA = 28,42 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
0,3833·VA − 0,1667·VB = 3

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 = 0,25·VA
−0,4167·VA + 0,25·VB = 0

Розв’яжіть

Δ = (0,3833)(0,25) − (−0,1667)(−0,4167) = 0,02639
VA = Δ1/Δ = 0,75/0,02639 = 28,42 V
VB = Δ2/Δ = 1,25/0,02639 = 47,37 V

Відповідь

VA = 28,42 V
5.Метод контурних струмів

Відповідь: IR3 = 0,2864 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​ = 15 Ω+−V1​6 VR3​20 ΩA+−V2​9 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 + 20(I1 − I2) = 6
24·I1 − 20·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
15·I2 + 20(I2 − I1) = (−9)
−20·I1 + 35·I2 = −9

Розв’яжіть

Δ = (24)(35) − (−20)(−20) = 440
I1 = Δ1/Δ = 30/440 = 0,06818 A
I2 = Δ2/Δ = −96/440 = −0,2182 A

Відповідь

IR3 = I1 − I2 = 0,2864 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: VR2 = 2,172 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​ = 15 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​18 VR4​4 ΩAR5​3 ΩB+−V2​6 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
15·I1 + 4(I1 − I2) = 18
19·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 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
15·I2 + 4(I2 − I1) + 3(I2 − I3) = 0
−4·I1 + 22·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
20·I3 + 3(I3 − I2) = (−6)
−3·I2 + 23·I3 = −6

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 9075
I1 = Δ1/Δ = 8874/9075 = 0,9779 A
I2 = Δ2/Δ = 1314/9075 = 0,1448 A
I3 = Δ3/Δ = −2196/9075 = −0,242 A

Відповідь

IR2 = I2 = 0,1448 A
VR2 = IR2·R2 = 0,1448·15 = 2,172 V

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: IR1 = 0,36 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​ = 5 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​12 VR2​10 ΩAR4​10 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 = 20+10 = 30 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 10·30/(10+30) = 7,5 Ω
VA = 12·7,5/(5+7,5) = 7,2 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 7,2·10/30 = 2,4 V
IR1′ = (V1 − VA)/R1 = (12 − 7,2)/5 = 0,96 A
R1​ = 5 ΩR3​ = 20 ΩКЗR2​10 ΩAR4​10 ΩBIs​3 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 = 5·10/(5+10) = 3,333 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 10 ∥ 23,33 = 7 Ω
VB = Is·Req = 3·7 = 21 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 21·3,333/23,33 = 3 V
IR1″ = (V1 − VA)/R1 = (0 − 3)/5 = −0,6 A

Додайте складові

IR1 = IR1′ + IR1″
IR1 = 0,96 + (−0,6) = 0,36 A

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

8.Метод накладання

Відповідь: I = 14 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 = 18
2·I₁ + I₂ + I₃ = 24
I₁ + I₂ − I₃ = 2

Знайдіть внески

I₁ = 24 − 18 = 6 mA
I₃ = (18 − 2)/2 = 8 mA
I₂ = 18 − 6 − 8 = 4 mA

Вимкніть V₂

I = I₁ + I₃ = 6 + 8 = 14 mA

Відповідь

I = 14 mA
9.Тевенен і Нортон

Відповідь: IN = 0,4054 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​ = 12 ΩR3​ = 10 ΩКЗR2​8 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 = 12·8/(12+8) = 4,8 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4,8 + 10 = 14,8 Ω
R1​ = 12 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR2​8 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) = 15·8/(12+8) = 6 V
IN​0,4054 ARth​14,8 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 = 6/14,8 = 0,4054 A
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: IN = 5,25 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​ = 4 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 = 30·20/(30+20) = 12 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 12 + 4 = 16 Ω
R1​ = 30 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​10 VR2​20 ΩAIs​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) = 4 + 5·12 = 64 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 64 + 5·4 = 84 V
IN​5,25 ARth​16 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 = 84/16 = 5,25 A
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vin,max = 4,667 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.

Коефіцієнт підсилення

Av = 1 + Rf/R1 = 1 + 2/1 = 3

Найбільший вхідний сигнал без обмеження

Vin,max = Vsat/|Av| = 14/3 = 4,667 V

Відповідь

Vin,max = 4,667 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −5,9 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 = 0,8/2 = 0,4 mA
I2 = V2/R2 = 1,9/10 = 0,19 mA
If = I1 + I2 = 0,59 mA

Вихідна напруга

Vout = −Rf·If = −10·0,59 = −5,9 V

Відповідь

Vout = −5,9 V
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: i = 0,3244 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 = 150 mH / 50 Ω = 3 ms
i(∞) = Vs/R = 20/50 = 0,4 A

Струм у заданий момент

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0,4·(1 − e−5/3) = 0,3244 A

Відповідь

i = 0,3244 A
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: i = 0,264 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.

Початкове значення, кінцеве значення, стала часу

До t = 0 замкнений ключ шунтує R₂; після цього в контурі обидва резистори, R₁ і R₂.

i(0) = 15/22 = 0,6818 A
i(∞) = 15/(22 + 47) = 0,2174 A
τ = L/R = 150/69 = 2,174 ms
i(t) = 0,2174 + (0,6818 − 0,2174)·e−t/τ

Струм у заданий момент

i(5) = 0,2174 + (0,4644)·e−5/2,174 = 0,264 A

Відповідь

i = 0,264 A

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