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
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).
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
Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.
V1 = 18 VR1 = 5 ΩR2 = 15 ΩR3 = 8 Ω
Vth = V
10.Тевенен і НортонСкладна
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
ОП ідеальний і живиться від ±15 V. Знайдіть вихідну напругу Vout.
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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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
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.
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
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.
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
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.
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.