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​ = 2 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​6 VR2​4 ΩAR4​5 ΩB

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 6 VR1 = 2 ΩR2 = 4 ΩR3 = 4 ΩR4 = 5 Ω
Req = Ω
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 30 ΩR3​ = 5 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​6 ΩAR4​2 ΩBR6​2 Ω

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 30 VR1 = 30 ΩR2 = 6 ΩR3 = 5 ΩR4 = 2 ΩR5 = 8 ΩR6 = 2 Ω
Req = Ω
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​20 Ω+−V1​18 VR2​8 Ω+−V2​6 VR3​6 Ω+−V3​30 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 = 20 ΩV2 = 6 VR2 = 8 ΩV3 = 30 VR3 = 6 Ω
I3 = A
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 3 ΩR2​ = 10 ΩR4​ = 2 ΩIR4​+−V1​15 VR3​4 ΩAR5​5 ΩBIs​1 A+−V2​5 V

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

V1 = 15 VIs = 1 AV2 = 5 VR1 = 3 ΩR2 = 10 ΩR3 = 4 ΩR4 = 2 ΩR5 = 5 Ω
IR4 = A
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 10 ΩIR1​R2​ = 4 Ω+−V1​24 VR3​3 ΩA+−V2​24 VI1​I2​

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

V1 = 24 VV2 = 24 VR1 = 10 ΩR2 = 4 ΩR3 = 3 Ω
IR1 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 12 ΩR2​ = 10 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​15 VR4​3 ΩAR5​30 ΩIR5​B+−V2​5 VI1​I2​I3​

Скористайтеся методом контурних струмів, щоб знайти струм IR5 через R5 у напрямку стрілки.

V1 = 15 VV2 = 5 VR1 = 12 ΩR2 = 10 ΩR3 = 8 ΩR4 = 3 ΩR5 = 30 Ω
IR5 = A
7.Метод накладанняСередня
R1​ = 10 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​18 VR2​5 Ω−+VR2​AR4​10 ΩBIs​3 A

Скористайтеся методом накладання, щоб знайти напругу VR2 на R2 з указаною полярністю.

V1 = 18 VIs = 3 AR1 = 10 ΩR2 = 5 ΩR3 = 2 ΩR4 = 10 Ω
VR2 = V
8.Метод накладанняСкладна
R1​ = 10 ΩR2​ = 10 ΩIR2​R4​ = 12 Ω+−V1​24 VR3​10 ΩAIs​2 AB−+V2​5 V

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

V1 = 24 VIs = 2 AV2 = 5 VR1 = 10 ΩR2 = 10 ΩR3 = 10 ΩR4 = 12 Ω
IR2 = A
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 3 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​10 VR2​4 ΩARL​15 ΩIL​B

До a–b підключено навантаження RL = 15 Ω. Замініть решту кола еквівалентом Тевенена і знайдіть струм навантаження IL.

V1 = 10 VR1 = 3 ΩR2 = 4 ΩR3 = 5 ΩRL = 15 Ω
IL = A
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 12 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​10 VR2​4 ΩAIs​1 ABab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 10 VIs = 1 AR1 = 12 ΩR2 = 4 ΩR3 = 25 Ω
Vth = V
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 4,7 kΩR1​ = 4,7 kΩVin​ = −1,9 V

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

Vin = −1,9 VR1 = 4,7 kΩRf = 4,7 kΩ
Vout = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​Rf​ = 2 kΩV1​ = −1,2 VR1​ = 2 kΩV2​ = −0,3 VR2​ = 4,7 kΩIf​

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

V1 = −1,2 VV2 = −0,3 VR1 = 2 kΩR2 = 4,7 kΩRf = 2 kΩ
If = mA
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​9 Vt = 0R = 20 ΩL33 mHi(t)

До замикання вимикача в момент t = 0 струму через котушку немає. Через який час після замикання вимикача струм досягне 75% кінцевого значення? Знайдіть t.

Vs = 9 VR = 20 ΩL = 33 mH
t = ms
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​24 Vрозмикається при t = 0R1​ = 3,3 kΩR2​ = 1 kΩC68 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 = 120 ms.

Vs = 24 VR1 = 3,3 kΩR2 = 1 kΩC = 68 µFt = 120 ms
vC = V

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 4,769 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​ = 2 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​6 VR2​4 ΩAR4​5 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 = 4 + 5 = 9 Ω
R2 ∥ 9 = 4·9/(4+9) = 2,769 Ω
Req = R1 + 2,769 = 2 + 2,769 = 4,769 Ω

Відповідь

Req = 4,769 Ω
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 33,16 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​ = 30 ΩR3​ = 5 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​6 ΩAR4​2 ΩBR6​2 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 = 8 + 2 = 10 Ω
R4 ∥ 10 = 1,667 Ω
R3 + 1,667 = 6,667 Ω
R2 ∥ 6,667 = 3,158 Ω
Req = R1 + 3,158 = 30 + 3,158 = 33,16 Ω

Відповідь

Req = 33,16 Ω
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: I3 = 1,756 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)/20 + (VA − 6)/8 + (VA − 30)/6 = 0

Знайдіть VA

VA = (18/20 + 6/8 + 30/6) / (1/20 + 1/8 + 1/6) = 6,65/0,3417 = 19,46 V

Струм гілки

Стрілка спрямована вгору вздовж вітки, у вузол A.

I3 = (30 − VA)/R3 = (30 − 19,46)/6 = 1,756 A

Відповідь

I3 = 1,756 A

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

4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR4 = −1,079 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​ = 3 ΩR2​ = 10 ΩR4​ = 2 Ω+−V1​15 VR3​4 ΩAR5​5 ΩBIs​1 A+−V2​5 V

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 15 V, V2 = 5 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/4 + (VA − 15)/3 + (VA − VB)/10 = 0
0,6833·VA − 0,1·VB = 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/5 + (VB − VA)/10 + (VB − 5)/2 = (−1)
−0,1·VA + 0,8·VB = 1,5

Розв’яжіть

Δ = (0,6833)(0,8) − (−0,1)(−0,1) = 0,5367
VA = Δ1/Δ = 4,15/0,5367 = 7,733 V
VB = Δ2/Δ = 1,525/0,5367 = 2,842 V

Відповідь

IR4 = (VB − V2)/R4 = (2,842 − 5)/2 = −1,079 A
5.Метод контурних струмів

Відповідь: IR1 = 1,171 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​ = 4 Ω+−V1​24 VR3​3 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
10·I1 + 3(I1 − I2) = 24
13·I1 − 3·I2 = 24

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 + 3(I2 − I1) = (−24)
−3·I1 + 7·I2 = −24

Розв’яжіть

Δ = (13)(7) − (−3)(−3) = 82
I1 = Δ1/Δ = 96/82 = 1,171 A
I2 = Δ2/Δ = −240/82 = −2,927 A

Відповідь

IR1 = I1 = 1,171 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: IR5 = 0,1209 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​ = 12 ΩR2​ = 10 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​15 VR4​3 ΩAR5​30 ΩB+−V2​5 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
12·I1 + 3(I1 − I2) = 15
15·I1 − 3·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 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
10·I2 + 3(I2 − I1) + 30(I2 − I3) = 0
−3·I1 + 43·I2 − 30·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 + 30(I3 − I2) = (−5)
−30·I2 + 38·I3 = −5

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 10668
I1 = Δ1/Δ = 10560/10668 = 0,9899 A
I2 = Δ2/Δ = −540/10668 = −0,05062 A
I3 = Δ3/Δ = −1830/10668 = −0,1715 A

Відповідь

IR5 = I2 − I3 = 0,1209 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: VR2 = 1,826 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​ = 10 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​18 VR2​5 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 = 2+10 = 12 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 5·12/(5+12) = 3,529 Ω
VA = 18·3,529/(10+3,529) = 4,696 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 4,696·10/12 = 3,913 V
VR2′ = 0 − VA = 0 − 4,696 = −4,696 V
R1​ = 10 ΩR3​ = 2 ΩКЗR2​5 ΩAR4​10 ΩBIs​3 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 = 10·5/(10+5) = 3,333 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 10 ∥ 5,333 = 3,478 Ω
VB = Is·Req = (−3)·3,478 = −10,43 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = −10,43·3,333/5,333 = −6,522 V
VR2″ = 0 − VA = 0 − −6,522 = 6,522 V

Додайте складові

VR2 = VR2′ + VR2″
VR2 = (−4,696) + 6,522 = 1,826 V

Від’ємний результат означає, що насправді полярність протилежна вказаній.

8.Метод накладання

Відповідь: IR2 = −1,519 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​ = 10 ΩR2​ = 10 ΩR4​ = 12 Ω+−V1​24 VR3​10 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) = 10 ∥ 22 = 6,875 Ω
VA = 24·6,875/(10+6,875) = 9,778 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 9,778·12/22 = 5,333 V
IR2′ = (VB − VA)/R2 = (5,333 − 9,778)/10 = −0,4444 A
R1​ = 10 ΩR2​ = 10 ΩR4​ = 12 ΩКЗR3​10 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.

R1 ∥ R3 = 5 Ω, тож лівий шлях — R2+5 = 15 Ω
Req = R4 ∥ 15 = 6,667 Ω
VB = Is·Req = (−2)·6,667 = −13,33 V
VA = VB·5/15 = −4,444 V
IR2″ = (VB − VA)/R2 = (−13,33 − −4,444)/10 = −0,8889 A
R1​ = 10 ΩR2​ = 10 ΩR4​ = 12 ΩКЗR3​10 ΩAОБРИВB−+V2​5 V

Випадок 3 · діє лише V2

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

R1 ∥ R3 = 10·10/(10+10) = 5 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = (−5)·15/27 = −2,778 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = −2,778·5/15 = −0,9259 V
IR2‴ = (VB − VA)/R2 = (−2,778 − −0,9259)/10 = −0,1852 A

Додайте складові

IR2 = IR2′ + IR2″ + IR2‴
IR2 = (−0,4444) + (−0,8889) + (−0,1852) = −1,519 A

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

9.Тевенен і Нортон

Відповідь: IL = 0,2632 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​ = 3 ΩR3​ = 5 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 = 3·4/(3+4) = 1,714 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,714 + 5 = 6,714 Ω
R1​ = 3 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​10 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) = 10·4/(3+4) = 5,714 V
Rth​ = 6,714 Ω+−Vth​5,714 VRL​15 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) = 5,714/(6,714 + 15) = 0,2632 A
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = 30,5 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​ = 12 ΩR3​ = 25 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 = 12·4/(12+4) = 3 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3 + 25 = 28 Ω
R1​ = 12 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​10 VR2​4 ΩAIs​1 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) = 2,5 + 1·3 = 5,5 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 5,5 + 1·25 = 30,5 V
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −3,8 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₊ = −1,9 V
I = V₋/R1 = −1,9/4,7 = −0,4043 mA

Вихідна напруга

Струм через R₁ тече й через Rf.

Vout = V₋ + I·Rf = −1,9 + (−0,4043)·4,7 = −3,8 V

Відповідь

Vout = −3,8 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: If = −0,6638 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 = −1,2/2 = −0,6 mA
I2 = V2/R2 = −0,3/4,7 = −0,06383 mA
If = I1 + I2 = −0,6638 mA

Відповідь

If = −0,6638 mA
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: t = 2,287 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.

Стала часу і кінцевий струм

Через тривалий час після замикання котушка поводиться як коротке замикання, тож кінцевий струм визначає лише R.

τ = L/R = 33 mH / 20 Ω = 1,65 ms
i(∞) = Vs/R = 9/20 = 0,45 A

Виразіть час

0,75 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0,75)
t = −1,65·ln(0,25) = 2,287 ms

Відповідь

t = 2,287 ms
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: vC = 0,9557 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) = 24·1/(3,3 + 1) = 5,581 V

Стала часу після розмикання ключа

τ = R2·C = 1·68 = 68 ms

Розряджання

vC(t) = 5,581·e−120/68 = 0,9557 V

Відповідь

vC = 0,9557 V

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