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​ = 8 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​12 VR2​3 ΩIR2​AR4​20 ΩB

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 12 VR1 = 8 ΩR2 = 3 ΩR3 = 10 ΩR4 = 20 Ω
IR2 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 4 ΩR3​ = 30 ΩR5​ = 10 Ω+−V1​12 VR2​12 ΩIR2​AR4​12 ΩBR6​15 Ω

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 12 VR1 = 4 ΩR2 = 12 ΩR3 = 30 ΩR4 = 12 ΩR5 = 10 ΩR6 = 15 Ω
IR2 = A
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​ = 2 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​15 VR2​6 ΩAR4​5 ΩBIs​1 A

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

V1 = 15 VIs = 1 AR1 = 2 ΩR2 = 6 ΩR3 = 6 ΩR4 = 5 Ω
VB = V
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 8 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​10 VR2​3 ΩAR4​5 ΩB0,1·VA​

Ромб — це джерело струму, кероване напругою, що подає струм 0,1·VA (в A, де VA у V) угору у вузол B. Методом вузлових потенціалів знайдіть вузлову напругу VB (відносно землі).

V1 = 10 VR1 = 8 ΩR2 = 3 ΩR3 = 5 ΩR4 = 5 Ωg = 0,1 A/V
VB = V
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 2 ΩR2​ = 8 Ω+−V1​6 VR3​20 ΩA+−V2​9 VI1​I2​

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

V1 = 6 VV2 = 9 VR1 = 2 ΩR2 = 8 ΩR3 = 20 Ω
I2 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 20 ΩR2​ = 30 ΩIR2​R3​ = 6 Ω+−V1​10 VR4​3 ΩAR5​2 ΩB+−V2​36 VI1​I2​I3​

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

V1 = 10 VV2 = 36 VR1 = 20 ΩR2 = 30 ΩR3 = 6 ΩR4 = 3 ΩR5 = 2 Ω
IR2 = 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 = 8 V і Is = 8 mA I = 8,8 mA; при Vs = 12 V і Is = 6 mA I = 15,6 mA. Знайдіть струм навантаження I при Vs = 15 V і Is = 6 mA.

8 V, 8 mA → 8,8 mA12 V, 6 mA → 15,6 mAVs = 15 V, Is = 6 mA
I = mA
8.Метод накладанняСкладна
R1​ = 4 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 20 Ω+−V1​12 VR3​6 ΩIR3​AIs​4 AB+−V2​?

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

V1 = 12 VIs = 4 AR1 = 4 ΩR2 = 3 ΩR3 = 6 ΩR4 = 20 Ω
V2 = V
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 8 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​15 VR2​12 ΩARL​6 ΩIL​B

До a–b підключено навантаження RL = 6 Ω. Замініть решту кола еквівалентом Тевенена і знайдіть струм навантаження IL.

V1 = 15 VR1 = 8 ΩR2 = 12 ΩR3 = 8 ΩRL = 6 Ω
IL = A
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 4 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​36 VR2​6 ΩAIs​4 ABab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 36 VIs = 4 AR1 = 4 ΩR2 = 6 ΩR3 = 5 Ω
Vth = V
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 22 kΩR1​ = 2 kΩVin​ = 1 V

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

Vin = 1 VR1 = 2 kΩRf = 22 kΩ
Vout = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​C = 0,47 µFVin​ = −2 VR = 100 kΩ

Інтегратор використовує ідеальний ОП із живленням ±15 V; його вихід насичується на рівні ±13 V. Конденсатор розряджений, коли при t = 0 подається стала вхідна напруга Vin = −2 V. Знайдіть вихідну напругу Vout при t = 200 ms.

Vin = −2 VR = 100 kΩC = 0,47 µFVsat = ±13 Vt = 200 ms
Vout = V
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​24 Vt = 0R = 68 ΩL22 mHi(t)

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

Vs = 24 VR = 68 ΩL = 22 mHt = 1 ms
i = A
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​10 Vрозмикається при t = 0R1​ = 3,3 kΩR2​ = 4,7 kΩC22 µF+−vC​

Ключ був замкнений тривалий час, тож коло в усталеному режимі. При t = 0 ключ розмикається. Знайдіть напругу на конденсаторі vC у момент t = 200 ms.

Vs = 10 VR1 = 3,3 kΩR2 = 4,7 kΩC = 22 µFt = 200 ms
vC = V

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 1,017 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​ = 8 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​12 VR2​3 ΩAR4​20 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 = 10 + 20 = 30 Ω
R2 ∥ 30 = 3·30/(3+30) = 2,727 Ω
Req = R1 + 2,727 = 8 + 2,727 = 10,73 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 12/10,73 = 1,119 A

Струм через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 12 − 1,119·8 = 3,051 V
IR2 = VA/R2 = 3,051/3 = 1,017 A

Відповідь

IR2 = 1,017 A
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 0,6953 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​ = 4 ΩR3​ = 30 ΩR5​ = 10 Ω+−V1​12 VR2​12 ΩAR4​12 ΩBR6​15 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 = 10 + 15 = 25 Ω
R4 ∥ 25 = 8,108 Ω
R3 + 8,108 = 38,11 Ω
R2 ∥ 38,11 = 9,126 Ω
Req = R1 + 9,126 = 4 + 9,126 = 13,13 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 12/13,13 = 0,9142 A

Струм через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 12 − 0,9142·4 = 8,343 V
IR2 = VA/R2 = 8,343/12 = 0,6953 A

Відповідь

IR2 = 0,6953 A
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VB = 7,5 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​ = 2 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​15 VR2​6 ΩAR4​5 ΩBIs​1 A

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 15 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 − 15)/2 + (VA − VB)/6 = 0
0,8333·VA − 0,1667·VB = 7,5

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/5 + (VB − VA)/6 = 1
−0,1667·VA + 0,3667·VB = 1

Розв’яжіть

Δ = (0,8333)(0,3667) − (−0,1667)(−0,1667) = 0,2778
VA = Δ1/Δ = 2,917/0,2778 = 10,5 V
VB = Δ2/Δ = 2,083/0,2778 = 7,5 V

Відповідь

VB = 7,5 V
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VB = 1,844 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
0,6583·VA − 0,2·VB = 1,25

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 = 0,1·VA
−0,3·VA + 0,4·VB = 0

Розв’яжіть

Δ = (0,6583)(0,4) − (−0,2)(−0,3) = 0,2033
VA = Δ1/Δ = 0,5/0,2033 = 2,459 V
VB = Δ2/Δ = 0,375/0,2033 = 1,844 V

Відповідь

VB = 1,844 V
5.Метод контурних струмів

Відповідь: I2 = −0,3611 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​ = 8 Ω+−V1​6 VR3​20 ΩA+−V2​9 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 + 20(I1 − I2) = 6
22·I1 − 20·I2 = 6

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
8·I2 + 20(I2 − I1) = (−9)
−20·I1 + 28·I2 = −9

Розв’яжіть

Δ = (22)(28) − (−20)(−20) = 216
I1 = Δ1/Δ = −12/216 = −0,05556 A
I2 = Δ2/Δ = −78/216 = −0,3611 A

Відповідь

I2 = −0,3611 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: IR2 = −0,2256 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​ = 20 ΩR2​ = 30 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​10 VR4​3 ΩAR5​2 ΩB+−V2​36 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
20·I1 + 3(I1 − I2) = 10
23·I1 − 3·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
30·I2 + 3(I2 − I1) + 2(I2 − I3) = 0
−3·I1 + 35·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
6·I3 + 2(I3 − I2) = (−36)
−2·I2 + 8·I3 = −36

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 6276
I1 = Δ1/Δ = 2544/6276 = 0,4054 A
I2 = Δ2/Δ = −1416/6276 = −0,2256 A
I3 = Δ3/Δ = −28596/6276 = −4,556 A

Відповідь

IR2 = I2 = −0,2256 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: I = 20,1 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
8·k₁ + 8·k₂ = 8,8
12·k₁ + 6·k₂ = 15,6

Знайдіть коефіцієнти

Δ = (8)(6) − (8)(12) = −48
k₁ = Δ1/Δ = −72/−48 = 1,5
k₂ = Δ2/Δ = 19,2/−48 = −0,4
k₁ = 1,5 mA/V, k₂ = −0,4

Обчисліть новий струм

I = 1,5·15 + (−0,4)·6 = 20,1 mA

Відповідь

I = 20,1 mA
8.Метод накладання

Відповідь: V2 = 11 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​ = 4 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 20 Ω+−V1​12 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 ∥ 23 = 4,759 Ω
VA = 12·4,759/(4+4,759) = 6,52 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 6,52·20/23 = 5,669 V
R1​ = 4 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 20 ΩКЗR3​6 ΩAIs​4 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 = 2,4 Ω, тож лівий шлях — R2+2,4 = 5,4 Ω
Req = R4 ∥ 5,4 = 4,252 Ω
VB = −Is·Req = −4·4,252 = −17,01 V
VA = VB·2,4/5,4 = −7,559 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 = 2,4 Ω
VA‴ = V2·2,4/(20 + 3 + 2,4) = 0,09449·V2

Прирівняйте VA до нуля

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

VA′ + VA″ + VA‴ = 6,52 + (−7,559) + 0,09449·V2 = 0
V2 = 1,039/0,09449 = 11 V

Відповідь

V2 = 11 V
9.Тевенен і Нортон

Відповідь: IL = 0,4787 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​ = 8 ΩR3​ = 8 ΩКЗR2​12 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 = 8·12/(8+12) = 4,8 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4,8 + 8 = 12,8 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​15 VR2​12 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) = 15·12/(8+12) = 9 V
Rth​ = 12,8 Ω+−Vth​9 VRL​6 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) = 9/(12,8 + 6) = 0,4787 A
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = 51,2 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​ = 4 ΩR3​ = 5 ΩКЗR2​6 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 = 4·6/(4+6) = 2,4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,4 + 5 = 7,4 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​36 VR2​6 ΩAIs​4 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) = 21,6 + 4·2,4 = 31,2 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 31,2 + 4·5 = 51,2 V
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = 12 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.

Інвертувальний вхід повторює вхід

V₋ = V₊ = 1 V
I = V₋/R1 = 1/2 = 0,5 mA

Вихідна напруга

Струм через R₁ тече й через Rf.

Vout = V₋ + I·Rf = 1 + 0,5·22 = 12 V

Відповідь

Vout = 12 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = 8,511 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 = 100 kΩ · 0,47 µF = 47 ms
швидкість наростання = −Vin/(RC) = −(−2)/47 = 0,04255 V/ms

Вихідна напруга в заданий момент

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

Vout = −Vin·t/(RC) = −(−2)·200/47 = 8,511 V

Відповідь

Vout = 8,511 V
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: i = 0,3369 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 = 22 mH / 68 Ω = 0,3235 ms
i(∞) = Vs/R = 24/68 = 0,3529 A

Струм у заданий момент

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0,3529·(1 − e−1/0,3235) = 0,3369 A

Відповідь

i = 0,3369 A
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: vC = 0,8491 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.

Початкова напруга на конденсаторі

В усталеному режимі конденсатор — розрив кола, тож R₁ і R₂ утворюють подільник напруги. Напруга на конденсаторі не може змінитися стрибком у момент розмикання ключа.

vC(0) = 10·4,7/(3,3 + 4,7) = 5,875 V

Стала часу після розмикання ключа

τ = R2·C = 4,7·22 = 103,4 ms

Розряджання

vC(t) = 5,875·e−200/103,4 = 0,8491 V

Відповідь

vC = 0,8491 V

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