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​ = 2 ΩIR1​R3​ = 6 Ω+−V1​15 VR2​15 ΩAR4​10 ΩB

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

V1 = 15 VR1 = 2 ΩR2 = 15 ΩR3 = 6 ΩR4 = 10 Ω
IR1 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 3 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​30 VR2​30 ΩIR2​AR4​25 ΩBR6​8 Ω

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 30 VR1 = 3 ΩR2 = 30 ΩR3 = 3 ΩR4 = 25 ΩR5 = 6 ΩR6 = 8 Ω
IR2 = A
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​ = 3 ΩIR1​R3​ = 3 Ω+−V1​24 VR2​6 ΩAR4​4 ΩBIs​3 A

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

V1 = 24 VIs = 3 AR1 = 3 ΩR2 = 6 ΩR3 = 3 ΩR4 = 4 Ω
IR1 = A
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 20 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​36 VR2​10 ΩAR4​3 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 = 36 VR1 = 20 ΩR2 = 10 ΩR3 = 5 ΩR4 = 3 Ωg = 0,05 A/V
VB = V
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 2 ΩR2​ = 4 ΩIR2​+−V1​15 VR3​12 ΩA+−V2​24 VI1​I2​

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

V1 = 15 VV2 = 24 VR1 = 2 ΩR2 = 4 ΩR3 = 12 Ω
IR2 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 6 ΩR2​ = 20 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​18 VR4​4 ΩAR5​2 ΩB+−V2​6 VI1​I2​I3​

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

V1 = 18 VV2 = 6 VR1 = 6 ΩR2 = 20 ΩR3 = 4 ΩR4 = 4 ΩR5 = 2 Ω
I1 = A
7.Метод накладанняСередня
R1​ = 12 ΩIR1​R3​ = 20 Ω+−V1​15 VR2​2 ΩAR4​6 ΩBIs​2 A

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

V1 = 15 VIs = 2 AR1 = 12 ΩR2 = 2 ΩR3 = 20 ΩR4 = 6 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 = 1 mA. Коли V1 подвоєне, а два інші без змін, I = −10 mA. Коли напрямок Is змінено на протилежний, а два інші без змін, I = −6 mA. Знайдіть струм навантаження I, коли V2 вимкнене, а V1 і Is мають звичайні значення.

звичайні значення: I = 1 mA2·V1: I = −10 mA−Is: I = −6 mA
I = mA
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 5 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​18 VR2​15 ΩAab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 18 VR1 = 5 ΩR2 = 15 ΩR3 = 8 Ω
Vth = V
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 5 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​30 VR2​25 ΩAIs​2,5 ABab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 30 VIs = 2,5 AR1 = 5 ΩR2 = 25 ΩR3 = 20 Ω
Vth = V
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 22 kΩR1​ = 22 kΩVin​ = 3,5 VRa​ = 1 kΩRb​ = 100 kΩ

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

Vin = 3,5 VRa = 1 kΩRb = 100 kΩR1 = 22 kΩRf = 22 kΩ
Vout = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​Rf​ = 4,7 kΩV1​ = 1,8 VR1​ = 22 kΩV2​ = 0,4 VR2​ = 100 kΩ

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

V1 = 1,8 VV2 = 0,4 VR1 = 22 kΩR2 = 100 kΩRf = 4,7 kΩ
Vout = V
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
R = 100 Ωt = 0L220 mHi(t)

Через котушку тече сталий струм 1,5 A. При t = 0 ключ замикає контур через R і джерело від’єднується, тож струм котушки спадає через R. Знайдіть напругу vR на R при t = 5 ms.

i(0) = 1,5 AR = 100 ΩL = 220 mHt = 5 ms
vR = V
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​5 Vt = 0R = 4,7 kΩC220 µF+−vC​vC​(0) = 10 V

Безпосередньо перед замиканням вимикача в момент t = 0 конденсатор має 10 V з указаною полярністю. Знайдіть напругу на конденсаторі vC у момент t = 300 ms.

Vs = 5 VR = 4,7 kΩC = 220 µFvC(0) = 10 Vt = 300 ms
vC = V

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR1 = 1,54 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​ = 2 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​15 VR2​15 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 = 15·16/(15+16) = 7,742 Ω
Req = R1 + 7,742 = 2 + 7,742 = 9,742 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 15/9,742 = 1,54 A

Відповідь

IR1 = 1,54 A
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 0,7404 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​ = 3 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​30 VR2​30 ΩAR4​25 ΩBR6​8 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 + 8 = 14 Ω
R4 ∥ 14 = 8,974 Ω
R3 + 8,974 = 11,97 Ω
R2 ∥ 11,97 = 8,558 Ω
Req = R1 + 8,558 = 3 + 8,558 = 11,56 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 30/11,56 = 2,596 A

Струм через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 30 − 2,596·3 = 22,21 V
IR2 = VA/R2 = 22,21/30 = 0,7404 A

Відповідь

IR2 = 0,7404 A
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR1 = 2,963 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 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​24 VR2​6 ΩAR4​4 ΩBIs​3 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/6 + (VA − 24)/3 + (VA − VB)/3 = 0
0,8333·VA − 0,3333·VB = 8

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/4 + (VB − VA)/3 = 3
−0,3333·VA + 0,5833·VB = 3

Розв’яжіть

Δ = (0,8333)(0,5833) − (−0,3333)(−0,3333) = 0,375
VA = Δ1/Δ = 5,667/0,375 = 15,11 V
VB = Δ2/Δ = 5,167/0,375 = 13,78 V

Відповідь

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (24 − 15,11)/3 = 2,963 A
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VB = 3,293 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
0,35·VA − 0,2·VB = 1,8

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
−0,25·VA + 0,5333·VB = 0

Розв’яжіть

Δ = (0,35)(0,5333) − (−0,2)(−0,25) = 0,1367
VA = Δ1/Δ = 0,96/0,1367 = 7,024 V
VB = Δ2/Δ = 0,45/0,1367 = 3,293 V

Відповідь

VB = 3,293 V
5.Метод контурних струмів

Відповідь: IR2 = −1,95 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​ = 4 Ω+−V1​15 VR3​12 ΩA+−V2​24 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
2·I1 + 12(I1 − I2) = 15
14·I1 − 12·I2 = 15

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
4·I2 + 12(I2 − I1) = (−24)
−12·I1 + 16·I2 = −24

Розв’яжіть

Δ = (14)(16) − (−12)(−12) = 80
I1 = Δ1/Δ = −48/80 = −0,6 A
I2 = Δ2/Δ = −156/80 = −1,95 A

Відповідь

IR2 = I2 = −1,95 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: I1 = 1,888 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 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​18 VR4​4 ΩAR5​2 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
6·I1 + 4(I1 − I2) = 18
10·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
20·I2 + 4(I2 − I1) + 2(I2 − I3) = 0
−4·I1 + 26·I2 − 2·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
4·I3 + 2(I3 − I2) = (−6)
−2·I2 + 6·I3 = −6

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 1424
I1 = Δ1/Δ = 2688/1424 = 1,888 A
I2 = Δ2/Δ = 312/1424 = 0,2191 A
I3 = Δ3/Δ = −1320/1424 = −0,927 A

Відповідь

I1 = 1,888 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: IR1 = 1,021 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​ = 12 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​15 VR2​2 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 = 20+6 = 26 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 2·26/(2+26) = 1,857 Ω
VA = 15·1,857/(12+1,857) = 2,01 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 2,01·6/26 = 0,4639 V
IR1′ = (V1 − VA)/R1 = (15 − 2,01)/12 = 1,082 A
R1​ = 12 ΩR3​ = 20 ΩКЗR2​2 ΩAR4​6 ΩBIs​2 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 = 12·2/(12+2) = 1,714 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 6 ∥ 21,71 = 4,701 Ω
VB = Is·Req = 2·4,701 = 9,402 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 9,402·1,714/21,71 = 0,7423 V
IR1″ = (V1 − VA)/R1 = (0 − 0,7423)/12 = −0,06186 A

Додайте складові

IR1 = IR1′ + IR1″
IR1 = 1,082 + (−0,06186) = 1,021 A

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

8.Метод накладання

Відповідь: I = −7,5 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 = 1
2·I₁ + I₂ + I₃ = −10
I₁ + I₂ − I₃ = −6

Знайдіть внески

I₁ = −10 − 1 = −11 mA
I₃ = (1 − (−6))/2 = 3,5 mA
I₂ = 1 − (−11) − 3,5 = 8,5 mA

Вимкніть V₂

I = I₁ + I₃ = (−11) + 3,5 = −7,5 mA

Відповідь

I = −7,5 mA
9.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = 13,5 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​ = 5 ΩR3​ = 8 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 = 5·15/(5+15) = 3,75 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,75 + 8 = 11,75 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​18 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) = 18·15/(5+15) = 13,5 V
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = 85,42 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​ = 5 ΩR3​ = 20 ΩКЗR2​25 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 = 5·25/(5+25) = 4,167 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4,167 + 20 = 24,17 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​30 VR2​25 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) = 25 + 2,5·4,167 = 35,42 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 35,42 + 2,5·20 = 85,42 V
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = 6,931 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₊ = Vin·Rb/(Ra + Rb) = 3,5·100/(1 + 100) = 3,465 V

Коефіцієнт підсилення неінвертувального підсилювача

V₋ = V₊, і струм через R₁ тече також через Rf.

Vout = V₊·(1 + Rf/R1) = 3,465·(1 + 22/22) = 6,931 V

Відповідь

Vout = 6,931 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −0,4033 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 = 1,8/22 = 0,08182 mA
I2 = V2/R2 = 0,4/100 = 0,004 mA
If = I1 + I2 = 0,08582 mA

Вихідна напруга

Vout = −Rf·If = −4,7·0,08582 = −0,4033 V

Відповідь

Vout = −0,4033 V
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: vR = 15,45 V

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

τ = L/R = 220 mH / 100 Ω = 2,2 ms

Спадання струму

i(t) = 1,5·e−5/2,2 = 0,1545 A
vR = R·i = 100·0,1545 = 15,45 V

Відповідь

vR = 15,45 V
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: vC = 8,741 V

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) = 10 V, vC(∞) = Vs = 5 V
τ = R·C = 4,7 kΩ · 220 µF = 1034 ms
vC(t) = 5 + (10 − 5)·e−t/τ

Напруга в заданий момент

vC(300) = 5 + (5)·e−300/1034 = 8,741 V

Відповідь

vC = 8,741 V

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