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​ = 12 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​8 ΩAR4​6 ΩB

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 6 VR1 = 12 ΩR2 = 8 ΩR3 = 3 ΩR4 = 6 Ω
Req = Ω
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 6 ΩR3​ = 6 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​24 VR2​30 ΩAR4​4 ΩBR6​8 Ω

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 24 VR1 = 6 ΩR2 = 30 ΩR3 = 6 ΩR4 = 4 ΩR5 = 4 ΩR6 = 8 Ω
Req = Ω
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​6 Ω+−V1​18 VR2​20 Ω+−V2​12 VR3​4 Ω+−V3​12 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 = 18 VR1 = 6 ΩV2 = 12 VR2 = 20 ΩV3 = 12 VR3 = 4 Ω
I3 = A
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 8 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​12 VR3​15 ΩAR5​20 ΩBIs​1 A+−V2​36 V

Скористайтеся методом вузлових потенціалів, щоб знайти вузлову напругу VA (відносно землі).

V1 = 12 VIs = 1 AV2 = 36 VR1 = 8 ΩR2 = 15 ΩR3 = 15 ΩR4 = 8 ΩR5 = 20 Ω
VA = V
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 6 ΩR2​ = 10 ΩIR2​+−V1​30 VR3​4 ΩA+−V2​24 VI1​I2​

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

V1 = 30 VV2 = 24 VR1 = 6 ΩR2 = 10 ΩR3 = 4 Ω
IR2 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 3 ΩR2​ = 25 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​18 VR4​5 ΩAR5​8 ΩB+−V2​10 VI1​I2​I3​

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

V1 = 18 VV2 = 10 VR1 = 3 ΩR2 = 25 ΩR3 = 4 ΩR4 = 5 ΩR5 = 8 Ω
I2 = A
7.Метод накладанняСередня
R1​ = 20 ΩIR1​R3​ = 15 Ω+−V1​15 VR2​6 ΩAR4​12 ΩBIs​1 A

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

V1 = 15 VIs = 1 AR1 = 20 ΩR2 = 6 ΩR3 = 15 ΩR4 = 12 Ω
IR1 = A
8.Метод накладанняСкладна
R1​ = 8 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 4 Ω+−V1​5 VR3​6 ΩIR3​AIs​2 AB+−V2​?

Знайдіть значення джерела напруги V2 (полярність як на схемі), за якого струм IR3 через R3 дорівнює нулю.

V1 = 5 VIs = 2 AR1 = 8 ΩR2 = 2 ΩR3 = 6 ΩR4 = 4 Ω
V2 = V
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 6 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR2​8 ΩARL​8 ΩIL​B

До a–b підключено навантаження RL = 8 Ω. Замініть решту кола еквівалентом Тевенена і знайдіть струм навантаження IL.

V1 = 15 VR1 = 6 ΩR2 = 8 ΩR3 = 10 ΩRL = 8 Ω
IL = A
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 15 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​5 VR2​12 ΩAIs​3 ABab

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

V1 = 5 VIs = 3 AR1 = 15 ΩR2 = 12 ΩR3 = 20 Ω
IN = A
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 47 kΩR1​ = 47 kΩVin​ = 1,5 VRa​ = 4,7 kΩRb​ = 10 kΩ

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

Vin = 1,5 VRa = 4,7 kΩRb = 10 kΩR1 = 47 kΩRf = 47 kΩ
Vout = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​Rf​ = 100 kΩV1​ = 0,4 VR1​ = 22 kΩV2​ = 2 VR2​ = 47 kΩIf​

Сумувальний підсилювач використовує ідеальний ОП, що живиться від ±15 V. Знайдіть струм If через резистор зворотного зв’язку, що тече до виходу.

V1 = 0,4 VV2 = 2 VR1 = 22 kΩR2 = 47 kΩRf = 100 kΩ
If = mA
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​10 Vt = 0R = 50 ΩL10 mHi(t)

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

Vs = 10 VR = 50 ΩL = 10 mHt = 1 ms
i = A
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​6 Vt = 0R = 6,8 kΩC47 µF+−vC​vC​(0) = 10 V

Безпосередньо перед замиканням вимикача в момент t = 0 конденсатор має 10 V з указаною полярністю. За який час vC досягне 7,2 V? Знайдіть t.

Vs = 6 VR = 6,8 kΩC = 47 µFvC(0) = 10 V
t = ms

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 16,24 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​ = 12 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​8 ΩAR4​6 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 = 3 + 6 = 9 Ω
R2 ∥ 9 = 8·9/(8+9) = 4,235 Ω
Req = R1 + 4,235 = 12 + 4,235 = 16,24 Ω

Відповідь

Req = 16,24 Ω
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 12,92 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​ = 6 ΩR3​ = 6 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​24 VR2​30 ΩAR4​4 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 = 4 + 8 = 12 Ω
R4 ∥ 12 = 3 Ω
R3 + 3 = 9 Ω
R2 ∥ 9 = 6,923 Ω
Req = R1 + 6,923 = 6 + 6,923 = 12,92 Ω

Відповідь

Req = 12,92 Ω
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: I3 = −0,5357 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 − 18)/6 + (VA − 12)/20 + (VA − 12)/4 = 0

Знайдіть VA

VA = (18/6 + 12/20 + 12/4) / (1/6 + 1/20 + 1/4) = 6,6/0,4667 = 14,14 V

Струм гілки

Стрілка спрямована вгору вздовж вітки, у вузол A.

I3 = (12 − VA)/R3 = (12 − 14,14)/4 = −0,5357 A

Відповідь

I3 = −0,5357 A

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

4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VA = 12,57 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.

R1​ = 8 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​12 VR3​15 ΩAR5​20 ΩBIs​1 A+−V2​36 V

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 12 V, V2 = 36 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/15 + (VA − 12)/8 + (VA − VB)/15 = 0
0,2583·VA − 0,06667·VB = 1,5

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/20 + (VB − VA)/15 + (VB − 36)/8 = 1
−0,06667·VA + 0,2417·VB = 5,5

Розв’яжіть

Δ = (0,2583)(0,2417) − (−0,06667)(−0,06667) = 0,05799
VA = Δ1/Δ = 0,7292/0,05799 = 12,57 V
VB = Δ2/Δ = 1,521/0,05799 = 26,23 V

Відповідь

VA = 12,57 V
5.Метод контурних струмів

Відповідь: IR2 = −0,9677 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​ = 10 Ω+−V1​30 VR3​4 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
6·I1 + 4(I1 − I2) = 30
10·I1 − 4·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 + R3(I2 − I1) = −V2
10·I2 + 4(I2 − I1) = (−24)
−4·I1 + 14·I2 = −24

Розв’яжіть

Δ = (10)(14) − (−4)(−4) = 124
I1 = Δ1/Δ = 324/124 = 2,613 A
I2 = Δ2/Δ = −120/124 = −0,9677 A

Відповідь

IR2 = I2 = −0,9677 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: I2 = 0,1551 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​ = 25 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​18 VR4​5 ΩAR5​8 ΩB+−V2​10 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 + 5(I1 − I2) = 18
8·I1 − 5·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
25·I2 + 5(I2 − I1) + 8(I2 − I3) = 0
−5·I1 + 38·I2 − 8·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 + 8(I3 − I2) = (−10)
−8·I2 + 12·I3 = −10

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 2836
I1 = Δ1/Δ = 6656/2836 = 2,347 A
I2 = Δ2/Δ = 440/2836 = 0,1551 A
I3 = Δ3/Δ = −2070/2836 = −0,7299 A

Відповідь

I2 = 0,1551 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: IR1 = 0,5146 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​ = 20 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​15 VR2​6 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 = 15+12 = 27 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 6·27/(6+27) = 4,909 Ω
VA = 15·4,909/(20+4,909) = 2,956 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 2,956·12/27 = 1,314 V
IR1′ = (V1 − VA)/R1 = (15 − 2,956)/20 = 0,6022 A
R1​ = 20 ΩR3​ = 15 ΩКЗR2​6 ΩAR4​12 ΩBIs​1 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 = 20·6/(20+6) = 4,615 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 12 ∥ 19,62 = 7,445 Ω
VB = Is·Req = 1·7,445 = 7,445 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 7,445·4,615/19,62 = 1,752 V
IR1″ = (V1 − VA)/R1 = (0 − 1,752)/20 = −0,08759 A

Додайте складові

IR1 = IR1′ + IR1″
IR1 = 0,6022 + (−0,08759) = 0,5146 A

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

8.Метод накладання

Відповідь: V2 = 4,25 V

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​ = 8 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 4 Ω+−V1​5 VR3​6 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) = 6 ∥ 6 = 3 Ω
VA = 5·3/(8+3) = 1,364 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 1,364·4/6 = 0,9091 V
R1​ = 8 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 4 ΩКЗR3​6 ΩAIs​2 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. Стрілка Iₛ спрямована вниз, від його вузла, тож Iₛ відбирає струм із цього вузла: його доданок входить зі знаком мінус.

R1 ∥ R3 = 3,429 Ω, тож лівий шлях — R2+3,429 = 5,429 Ω
Req = R4 ∥ 5,429 = 2,303 Ω
VB = −Is·Req = −2·2,303 = −4,606 V
VA = VB·3,429/5,429 = −2,909 V

Випадок 3 · діє лише V2, на один вольт

V₁ стає коротким замиканням, а Iₛ — розривом. R₁ ∥ R₃ відходить від A, послідовно з R₂ назад до B.

R1 ∥ R3 = 3,429 Ω
VA‴ = V2·3,429/(4 + 2 + 3,429) = 0,3636·V2

Прирівняйте VA до нуля

При VA = 0 напруга на R₃ відсутня, тож струм через нього дорівнює нулю.

VA′ + VA″ + VA‴ = 1,364 + (−2,909) + 0,3636·V2 = 0
V2 = 1,545/0,3636 = 4,25 V

Відповідь

V2 = 4,25 V
9.Тевенен і Нортон

Відповідь: IL = 0,4 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​ = 6 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 = 6·8/(6+8) = 3,429 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,429 + 10 = 13,43 Ω
R1​ = 6 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/(6+8) = 8,571 V
Rth​ = 13,43 Ω+−Vth​8,571 VRL​8 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) = 8,571/(13,43 + 8) = 0,4 A
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: IN = 3,083 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​ = 15 ΩR3​ = 20 ΩКЗR2​12 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 = 15·12/(15+12) = 6,667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6,667 + 20 = 26,67 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​5 VR2​12 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) = 2,222 + 3·6,667 = 22,22 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 22,22 + 3·20 = 82,22 V
IN​3,083 ARth​26,67 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 = 82,22/26,67 = 3,083 A
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = 2,041 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) = 1,5·10/(4,7 + 10) = 1,02 V

Коефіцієнт підсилення неінвертувального підсилювача

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

Vout = V₊·(1 + Rf/R1) = 1,02·(1 + 47/47) = 2,041 V

Відповідь

Vout = 2,041 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: If = 0,06074 mA

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 = 0,4/22 = 0,01818 mA
I2 = V2/R2 = 2/47 = 0,04255 mA
If = I1 + I2 = 0,06074 mA

Відповідь

If = 0,06074 mA
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: i = 0,1987 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 = 10 mH / 50 Ω = 0,2 ms
i(∞) = Vs/R = 10/50 = 0,2 A

Струм у заданий момент

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0,2·(1 − e−1/0,2) = 0,1987 A

Відповідь

i = 0,1987 A
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: t = 384,8 ms

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 = 6 V
τ = R·C = 6,8 kΩ · 47 µF = 319,6 ms
vC(t) = 6 + (10 − 6)·e−t/τ

Виразіть час

7,2 = 6 + (4)·e−t/τ → e−t/τ = (7,2 − 6)/(10 − 6) = 0,3
t = τ·ln((10 − 6)/(7,2 − 6)) = 319,6·ln(3,333) = 384,8 ms

Відповідь

t = 384,8 ms

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