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​ = 6 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​9 VR2​12 ΩIR2​AR4​8 ΩB

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 9 VR1 = 6 ΩR2 = 12 ΩR3 = 8 ΩR4 = 8 Ω
IR2 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 8 ΩR3​ = 4 ΩR5​ = 12 Ω+−V1​9 VR2​25 ΩAR4​6 ΩBR6​30 Ω

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 9 VR1 = 8 ΩR2 = 25 ΩR3 = 4 ΩR4 = 6 ΩR5 = 12 ΩR6 = 30 Ω
Req = Ω
3.Метод вузлових потенціалівСередня
−+Vs​ = 5 VIs​3 AAR1​15 ΩR2​2 ΩB

Джерело напруги Vₛ між A і B має затискач + біля B, тож забезпечує VB − VA = Vₛ. Методом вузлових потенціалів із надвузлом знайдіть вузлову напругу VA (відносно землі).

Is = 3 AVs = 5 VR1 = 15 ΩR2 = 2 Ω
VA = V
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 12 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​12 VR2​20 ΩAR4​25 ΩBIs​?

Джерело струму регулюють, доки вузлова напруга в A не стане VA = 11,5 V. Методом вузлових потенціалів знайдіть струм джерела Is (напрямок як на схемі).

V1 = 12 VR1 = 12 ΩR2 = 20 ΩR3 = 20 ΩR4 = 25 ΩVA = 11,5 V
Is = A
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 5 ΩR2​ = 15 Ω+−V1​18 VR3​3 ΩA+−V2​30 VI1​I2​

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

V1 = 18 VV2 = 30 VR1 = 5 ΩR2 = 15 ΩR3 = 3 Ω
I2 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 10 ΩR2​ = 30 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​30 VR4​12 ΩAR5​6 ΩB+−V2​10 VI1​I2​I3​

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

V1 = 30 VV2 = 10 VR1 = 10 ΩR2 = 30 ΩR3 = 8 ΩR4 = 12 ΩR5 = 6 Ω
I2 = A
7.Метод накладанняСередня
лінійне колоVs​Is​IRL​

Лінійне резистивне коло містить одне джерело напруги Vs і одне джерело струму Is. Струм I через резистор навантаження виміряли двічі: при Vs = 12 V і Is = 3 mA I = 12,75 mA; при Vs = 5 V і Is = 10 mA I = 7,5 mA. Знайдіть струм навантаження I при Vs = 20 V і Is = 6 mA.

12 V, 3 mA → 12,75 mA5 V, 10 mA → 7,5 mAVs = 20 V, Is = 6 mA
I = mA
8.Метод накладанняСкладна
R1​ = 20 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 25 Ω+−V1​5 VR3​4 ΩIR3​AIs​0,5 AB+−V2​?

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

V1 = 5 VIs = 0,5 AR1 = 20 ΩR2 = 2 ΩR3 = 4 ΩR4 = 25 Ω
V2 = V
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 10 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​12 VR2​4 ΩAab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 12 VR1 = 10 ΩR2 = 4 ΩR3 = 2 Ω
Vth = V
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 25 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​6 VR2​15 ΩAIs​6 ABab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 6 VIs = 6 AR1 = 25 ΩR2 = 15 ΩR3 = 12 Ω
Vth = V
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 22 kΩVin​R1​ = 10 kΩ

ОП ідеальний і живиться від ±15 V; його вихід насичується на рівні ±12 V. На інвертувальний підсилювач подається синусоїдальний сигнал. Знайдіть найбільшу амплітуду вхідного сигналу Vin,max (пікове значення), за якої вихідний сигнал не обмежується.

R1 = 10 kΩRf = 22 kΩVsat = ±12 V
Vin,max = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​C = 1 µFVin​ = −2,9 VR = 2,2 kΩ

Інтегратор використовує ідеальний ОП із живленням ±15 V; його вихід насичується на рівні ±14 V. Конденсатор розряджений, коли при t = 0 подається стала вхідна напруга Vin = −2,9 V. Знайдіть вихідну напругу Vout при t = 2 ms.

Vin = −2,9 VR = 2,2 kΩC = 1 µFVsat = ±14 Vt = 2 ms
Vout = V
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​24 Vt = 0R = 15 ΩL10 mHi(t)

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

Vs = 24 VR = 15 ΩL = 10 mHt = 1 ms
i = A
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​10 Vt = 0R = 6,8 kΩC47 µF+−vC​vC​(0) = 4 V

Безпосередньо перед замиканням вимикача в момент t = 0 конденсатор має 4 V з указаною полярністю. Знайдіть напругу на конденсаторі vC у момент t = 750 ms.

Vs = 10 VR = 6,8 kΩC = 47 µFvC(0) = 4 Vt = 750 ms
vC = V

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 0,4 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​ = 6 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​9 VR2​12 ΩAR4​8 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 = 8 + 8 = 16 Ω
R2 ∥ 16 = 12·16/(12+16) = 6,857 Ω
Req = R1 + 6,857 = 6 + 6,857 = 12,86 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 9/12,86 = 0,7 A

Струм через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 9 − 0,7·6 = 4,8 V
IR2 = VA/R2 = 4,8/12 = 0,4 A

Відповідь

IR2 = 0,4 A
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 14,75 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​ = 8 ΩR3​ = 4 ΩR5​ = 12 Ω+−V1​9 VR2​25 ΩAR4​6 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 = 12 + 30 = 42 Ω
R4 ∥ 42 = 5,25 Ω
R3 + 5,25 = 9,25 Ω
R2 ∥ 9,25 = 6,752 Ω
Req = R1 + 6,752 = 8 + 6,752 = 14,75 Ω

Відповідь

Req = 14,75 Ω
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VA = 0,8824 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.

Утворіть надвузол

Струм через джерело напруги між A і B невідомий, тож ЗСК не можна записати для A чи B окремо. Об’єднайте A, B і джерело в один надвузол: струм, що входить у нього, дорівнює струму, що виходить.

VB = VA + Vs = VA + 5
VA/R1 + VB/R2 = Is

Розв’яжіть

VA/15 + (VA + 5)/2 = 3
VA = (3 − 5/2)/(1/15 + 1/2) = 0,8824 V
VB = 0,8824 + 5 = 5,882 V

Відповідь

VA = 0,8824 V
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: Is = 1,42 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

VA відоме, тож це рівняння дає VB.

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
(11,5 − 12)/12 + 11,5/20 = (VB − 11,5)/20
0,5333 = (VB − 11,5)/20 → VB = 22,17 V

ЗСК для вузла B

Струми, що виходять з B через резистори, дорівнюють струму, який джерела подають у B.

Is = (VB − VA)/R3 + VB/R4 = (22,17 − 11,5)/20 + 22,17/25 = 1,42 A

Відповідь

Is = 1,42 A
5.Метод контурних струмів

Відповідь: I2 = −1,378 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​ = 5 ΩR2​ = 15 Ω+−V1​18 VR3​3 ΩA+−V2​30 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
5·I1 + 3(I1 − I2) = 18
8·I1 − 3·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 + R3(I2 − I1) = −V2
15·I2 + 3(I2 − I1) = (−30)
−3·I1 + 18·I2 = −30

Розв’яжіть

Δ = (8)(18) − (−3)(−3) = 135
I1 = Δ1/Δ = 234/135 = 1,733 A
I2 = Δ2/Δ = −186/135 = −1,378 A

Відповідь

I2 = −1,378 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: I2 = 0,3106 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​ = 30 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​30 VR4​12 ΩAR5​6 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
10·I1 + 12(I1 − I2) = 30
22·I1 − 12·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 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
30·I2 + 12(I2 − I1) + 6(I2 − I3) = 0
−12·I1 + 48·I2 − 6·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
8·I3 + 6(I3 − I2) = (−10)
−6·I2 + 14·I3 = −10

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 11976
I1 = Δ1/Δ = 18360/11976 = 1,533 A
I2 = Δ2/Δ = 3720/11976 = 0,3106 A
I3 = Δ3/Δ = −6960/11976 = −0,5812 A

Відповідь

I2 = 0,3106 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: I = 21,5 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 відгук як суму внесків

Кожен внесок пропорційний своєму джерелу з коефіцієнтом, що залежить лише від резисторів.

I = k₁·Vs + k₂·Is
12·k₁ + 3·k₂ = 12,75
5·k₁ + 10·k₂ = 7,5

Знайдіть коефіцієнти

Δ = (12)(10) − (3)(5) = 105
k₁ = Δ1/Δ = 105/105 = 1
k₂ = Δ2/Δ = 26,25/105 = 0,25
k₁ = 1 mA/V, k₂ = 0,25

Обчисліть новий струм

I = 1·20 + 0,25·6 = 21,5 mA

Відповідь

I = 21,5 mA
8.Метод накладання

Відповідь: V2 = 5,75 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​ = 20 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 25 Ω+−V1​5 VR3​4 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) = 4 ∥ 27 = 3,484 Ω
VA = 5·3,484/(20+3,484) = 0,7418 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 0,7418·25/27 = 0,6868 V
R1​ = 20 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 25 ΩКЗR3​4 ΩAIs​0,5 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 = 3,333 Ω, тож лівий шлях — R2+3,333 = 5,333 Ω
Req = R4 ∥ 5,333 = 4,396 Ω
VB = −Is·Req = −0,5·4,396 = −2,198 V
VA = VB·3,333/5,333 = −1,374 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 = 3,333 Ω
VA‴ = V2·3,333/(25 + 2 + 3,333) = 0,1099·V2

Прирівняйте VA до нуля

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

VA′ + VA″ + VA‴ = 0,7418 + (−1,374) + 0,1099·V2 = 0
V2 = 0,6319/0,1099 = 5,75 V

Відповідь

V2 = 5,75 V
9.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = 3,429 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​ = 10 ΩR3​ = 2 ΩКЗR2​4 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 = 10·4/(10+4) = 2,857 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,857 + 2 = 4,857 Ω
R1​ = 10 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​12 VR2​4 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) = 12·4/(10+4) = 3,429 V
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = 130,5 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​ = 25 ΩR3​ = 12 ΩКЗR2​15 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 = 25·15/(25+15) = 9,375 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 9,375 + 12 = 21,38 Ω
R1​ = 25 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​6 VR2​15 ΩAIs​6 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) = 2,25 + 6·9,375 = 58,5 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 58,5 + 6·12 = 130,5 V
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vin,max = 5,455 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| = Rf/R1 = 22/10 = 2,2

Найбільший вхідний сигнал без обмеження

Vin,max = Vsat/|Av| = 12/2,2 = 5,455 V

Відповідь

Vin,max = 5,455 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = 2,636 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.

Вхідний струм і швидкість наростання

kΩ помножити на µF дає мілісекунди.

RC = 2,2 kΩ · 1 µF = 2,2 ms
швидкість наростання = −Vin/(RC) = −(−2,9)/2,2 = 1,318 V/ms

Вихідна напруга в заданий момент

Ідеальне значення лежить у межах ±Vsat, тож інтегратор ще не обмежує сигнал.

Vout = −Vin·t/(RC) = −(−2,9)·2/2,2 = 2,636 V

Відповідь

Vout = 2,636 V
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: i = 1,243 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 / 15 Ω = 0,6667 ms
i(∞) = Vs/R = 24/15 = 1,6 A

Струм у заданий момент

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 1,6·(1 − e−1/0,6667) = 1,243 A

Відповідь

i = 1,243 A
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: vC = 9,426 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) = 4 V, vC(∞) = Vs = 10 V
τ = R·C = 6,8 kΩ · 47 µF = 319,6 ms
vC(t) = 10 + (4 − 10)·e−t/τ

Напруга в заданий момент

vC(750) = 10 + (−6)·e−750/319,6 = 9,426 V

Відповідь

vC = 9,426 V

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