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​ = 4 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​9 VR2​12 ΩAR4​10 ΩB

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 9 VR1 = 4 ΩR2 = 12 ΩR3 = 5 ΩR4 = 10 Ω
Req = Ω
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 20 ΩIR1​R3​ = 20 ΩR5​ = 5 Ω+−V1​12 VR2​3 ΩAR4​10 ΩBR6​3 Ω

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

V1 = 12 VR1 = 20 ΩR2 = 3 ΩR3 = 20 ΩR4 = 10 ΩR5 = 5 ΩR6 = 3 Ω
IR1 = A
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​10 Ω+−V1​12 VR2​5 Ω+−V2​15 VR3​3 Ω+−V3​24 VI3​A

Між вузлом A і землею ввімкнено три вітки, як показано на схемі. Методом вузлових потенціалів знайдіть струм I3 у вітці 3, що тече вгору у вузол A в напрямку стрілки.

V1 = 12 VR1 = 10 ΩV2 = 15 VR2 = 5 ΩV3 = 24 VR3 = 3 Ω
I3 = A
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 12 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 20 ΩIR4​+−V1​9 VR3​2 ΩAR5​8 ΩBIs​1 A−+V2​15 V

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

V1 = 9 VIs = 1 AV2 = 15 VR1 = 12 ΩR2 = 15 ΩR3 = 2 ΩR4 = 20 ΩR5 = 8 Ω
IR4 = A
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 10 ΩR2​ = 3 Ω+−V1​9 VR3​20 ΩA+−V2​12 VI1​I2​

Скористайтеся методом контурних струмів, щоб знайти контурний струм I2 (за годинниковою стрілкою).

V1 = 9 VV2 = 12 VR1 = 10 ΩR2 = 3 ΩR3 = 20 Ω
I2 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 3 ΩIR1​R2​ = 15 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​10 VR4​2 ΩAR5​2 ΩB+−V2​12 VI1​I2​I3​

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

V1 = 10 VV2 = 12 VR1 = 3 ΩR2 = 15 ΩR3 = 25 ΩR4 = 2 ΩR5 = 2 Ω
IR1 = A
7.Метод накладанняСередня
R1​ = 2 ΩR3​ = 5 ΩIR3​+−V1​10 VR2​6 ΩAR4​10 ΩBIs​?

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

V1 = 10 VR1 = 2 ΩR2 = 6 ΩR3 = 5 ΩR4 = 10 Ω
Is = 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 = 15 mA. Коли V1 подвоєне, а два інші без змін, I = 17,5 mA. Коли напрямок Is змінено на протилежний, а два інші без змін, I = 9 mA. Знайдіть струм навантаження I, коли V2 вимкнене, а V1 і Is мають звичайні значення.

звичайні значення: I = 15 mA2·V1: I = 17,5 mA−Is: I = 9 mA
I = mA
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 2 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​24 VR2​8 ΩAab

Знайдіть опір Тевенена Rth з боку затискачів a–b.

V1 = 24 VR1 = 2 ΩR2 = 8 ΩR3 = 2 Ω
Rth = Ω
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 20 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩAIs​2 ABRL​5 ΩIL​

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

V1 = 24 VIs = 2 AR1 = 20 ΩR2 = 4 ΩR3 = 10 ΩRL = 5 Ω
IL = A
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​R2​ = 4,7 kΩV1​ = 1,1 VR1​ = 1 kΩV2​ = 2,2 VR3​ = 1 kΩR4​ = 4,7 kΩ

Диференціальний підсилювач використовує ідеальний ОП із живленням ±15 V, R3 = R1 і R4 = R2. Знайдіть вихідну напругу Vout.

V1 = 1,1 VV2 = 2,2 VR1 = R3 = 1 kΩR2 = R4 = 4,7 kΩ
Vout = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​Rf​ = 10 kΩV1​ = 0,1 VR1​ = 1 kΩV2​ = 1,4 VR2​ = 22 kΩ

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

V1 = 0,1 VV2 = 1,4 VR1 = 1 kΩR2 = 22 kΩRf = 10 kΩ
Vout = V
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​24 Vt = 0R = 10 ΩL10 mHi(t)

До замикання вимикача в момент t = 0 струму через котушку немає. Знайдіть енергію W, накопичену в котушці при t = 1 ms, у mJ.

Vs = 24 VR = 10 ΩL = 10 mHt = 1 ms
W = mJ
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​10 Vt = 0R = 10 kΩC33 µF+−vC​vC​(0) = 5 V

Безпосередньо перед замиканням вимикача в момент t = 0 конденсатор має 5 V з указаною полярністю. Знайдіть напругу на конденсаторі vC у момент t = 500 ms.

Vs = 10 VR = 10 kΩC = 33 µFvC(0) = 5 Vt = 500 ms
vC = V

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 10,67 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​ = 4 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​9 VR2​12 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 = 5 + 10 = 15 Ω
R2 ∥ 15 = 12·15/(12+15) = 6,667 Ω
Req = R1 + 6,667 = 4 + 6,667 = 10,67 Ω

Відповідь

Req = 10,67 Ω
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR1 = 0,5293 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​ = 20 ΩR5​ = 5 Ω+−V1​12 VR2​3 ΩAR4​10 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 = 5 + 3 = 8 Ω
R4 ∥ 8 = 4,444 Ω
R3 + 4,444 = 24,44 Ω
R2 ∥ 24,44 = 2,672 Ω
Req = R1 + 2,672 = 20 + 2,672 = 22,67 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 12/22,67 = 0,5293 A

Відповідь

IR1 = 0,5293 A
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: I3 = 1,579 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

Нижній провід візьміть за землю. Кожна вітка проводить від A струм (VA − Vk)/Rk, де Vk — напруга її джерела (нуль для простого резистора). Сума струмів, що виходять з A, дорівнює нулю.

(VA − 12)/10 + (VA − 15)/5 + (VA − 24)/3 = 0

Знайдіть VA

VA = (12/10 + 15/5 + 24/3) / (1/10 + 1/5 + 1/3) = 12,2/0,6333 = 19,26 V

Струм гілки

Стрілка спрямована вгору вздовж вітки, у вузол A.

I3 = (24 − VA)/R3 = (24 − 19,26)/3 = 1,579 A

Відповідь

I3 = 1,579 A

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

4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR4 = 0,8196 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​ = 12 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 20 Ω+−V1​9 VR3​2 ΩAR5​8 ΩBIs​1 A−+V2​15 V

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 9 V, V2 = −15 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 − 9)/12 + (VA − VB)/15 = 0
0,65·VA − 0,06667·VB = 0,75

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/8 + (VB − VA)/15 + (VB − (−15))/20 = 1
−0,06667·VA + 0,2417·VB = 0,25

Розв’яжіть

Δ = (0,65)(0,2417) − (−0,06667)(−0,06667) = 0,1526
VA = Δ1/Δ = 0,1979/0,1526 = 1,297 V
VB = Δ2/Δ = 0,2125/0,1526 = 1,392 V

Відповідь

IR4 = (VB − V2)/R4 = (1,392 − −15)/20 = 0,8196 A
5.Метод контурних струмів

Відповідь: I2 = −0,6207 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​ = 10 ΩR2​ = 3 Ω+−V1​9 VR3​20 ΩA+−V2​12 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
10·I1 + 20(I1 − I2) = 9
30·I1 − 20·I2 = 9

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
3·I2 + 20(I2 − I1) = (−12)
−20·I1 + 23·I2 = −12

Розв’яжіть

Δ = (30)(23) − (−20)(−20) = 290
I1 = Δ1/Δ = −33/290 = −0,1138 A
I2 = Δ2/Δ = −180/290 = −0,6207 A

Відповідь

I2 = −0,6207 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: IR1 = 2,069 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​ = 3 ΩR2​ = 15 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​10 VR4​2 ΩAR5​2 ΩB+−V2​12 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
3·I1 + 2(I1 − I2) = 10
5·I1 − 2·I2 = 10

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 + 2(I2 − I1) + 2(I2 − I3) = 0
−2·I1 + 19·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
25·I3 + 2(I3 − I2) = (−12)
−2·I2 + 27·I3 = −12

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 2437
I1 = Δ1/Δ = 5042/2437 = 2,069 A
I2 = Δ2/Δ = 420/2437 = 0,1723 A
I3 = Δ3/Δ = −1052/2437 = −0,4317 A

Відповідь

IR1 = I1 = 2,069 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: Is = 0,75 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​ = 2 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​10 VR2​6 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 = 5+10 = 15 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 6·15/(6+15) = 4,286 Ω
VA = 10·4,286/(2+4,286) = 6,818 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 6,818·10/15 = 4,545 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (6,818 − 4,545)/5 = 0,4545 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 = 1,5 Ω
IR3″ = −Is·R4/(R4 + R3 + R1∥R2) = −Is·10/16,5 = −0,6061·Is

Прирівняйте суму до нуля

IR3′ + IR3″ = 0,4545 − 0,6061·Is = 0
Is = 0,4545/0,6061 = 0,75 A

Відповідь

Is = 0,75 A
8.Метод накладання

Відповідь: I = 5,5 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 = 15
2·I₁ + I₂ + I₃ = 17,5
I₁ + I₂ − I₃ = 9

Знайдіть внески

I₁ = 17,5 − 15 = 2,5 mA
I₃ = (15 − 9)/2 = 3 mA
I₂ = 15 − 2,5 − 3 = 9,5 mA

Вимкніть V₂

I = I₁ + I₃ = 2,5 + 3 = 5,5 mA

Відповідь

I = 5,5 mA
9.Тевенен і Нортон

Відповідь: Rth = 3,6 Ω

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​ = 2 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 = 2·8/(2+8) = 1,6 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,6 + 2 = 3,6 Ω
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: IL = −1,236 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​ = 20 ΩR3​ = 10 ΩКЗR2​4 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 = 20·4/(20+4) = 3,333 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,333 + 10 = 13,33 Ω
R1​ = 20 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩAIs​2 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 + (−2)·3,333 = −2,667 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −2,667 + (−2)·10 = −22,67 V
Rth​ = 13,33 Ω−+Vth​22,67 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) = −22,67/(13,33 + 5) = −1,236 A
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = 5,17 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 входах

Через R₃ і R₄ тече однаковий струм, тож вони утворюють подільник напруги; зворотний зв’язок забезпечує V₋ = V₊.

V₊ = V2·R4/(R3 + R4) = 2,2·4,7/(1 + 4,7) = 1,814 V
V₋ = V₊

ЗСК для інвертувального входу

(1,1 − 1,814)/1 = (1,814 − Vout)/4,7
Vout = (R2/R1)·(V2 − V1) = (4,7/1)·(2,2 − 1,1) = 5,17 V

Відповідь

Vout = 5,17 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −1,636 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 = 0,1/1 = 0,1 mA
I2 = V2/R2 = 1,4/22 = 0,06364 mA
If = I1 + I2 = 0,1636 mA

Вихідна напруга

Vout = −Rf·If = −10·0,1636 = −1,636 V

Відповідь

Vout = −1,636 V
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: W = 11,51 mJ

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 = 10 mH / 10 Ω = 1 ms
i(∞) = Vs/R = 24/10 = 2,4 A

Струм у заданий момент

i(t) = 2,4·(1 − e−1/1) = 1,517 A

Накопичена енергія

W = ½·L·i² = ½·10·1,517² = 11,51 mJ

Відповідь

W = 11,51 mJ
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: vC = 8,901 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) = 5 V, vC(∞) = Vs = 10 V
τ = R·C = 10 kΩ · 33 µF = 330 ms
vC(t) = 10 + (5 − 10)·e−t/τ

Напруга в заданий момент

vC(500) = 10 + (−5)·e−500/330 = 8,901 V

Відповідь

vC = 8,901 V

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