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​ = 3 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​10 VR2​5 ΩAR4​2 ΩB

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

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

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 10 VR1 = 4 ΩR2 = 20 ΩR3 = 10 ΩR4 = 4 ΩR5 = 3 ΩR6 = 4 Ω
Req = Ω
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​ = 6 ΩIR1​R3​ = 10 Ω+−V1​24 VR2​15 ΩAR4​8 ΩBIs​2 A

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

V1 = 24 VIs = 2 AR1 = 6 ΩR2 = 15 ΩR3 = 10 ΩR4 = 8 Ω
IR1 = A
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 3 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​5 VR2​4 ΩAR4​5 ΩIR4​B0,5·VA​

Ромб — це джерело струму, кероване напругою, що подає струм 0,5·VA (в A, де VA у V) угору у вузол B. Методом вузлових потенціалів знайдіть струм IR4 через R4 у напрямку стрілки.

V1 = 5 VR1 = 3 ΩR2 = 4 ΩR3 = 12 ΩR4 = 5 Ωg = 0,5 A/V
IR4 = A
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 10 ΩR2​ = 6 Ω+−V1​24 VR3​4 Ω+−VR3​A+−V2​12 VI1​I2​

Скористайтеся методом контурних струмів, щоб знайти напругу VR3 на R3 з указаною полярністю.

V1 = 24 VV2 = 12 VR1 = 10 ΩR2 = 6 ΩR3 = 4 Ω
VR3 = V
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 6 ΩR2​ = 10 ΩIR2​R3​ = 3 Ω+−V1​24 VR4​15 ΩAR5​20 ΩB+−V2​9 VI1​I2​I3​

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

V1 = 24 VV2 = 9 VR1 = 6 ΩR2 = 10 ΩR3 = 3 ΩR4 = 15 ΩR5 = 20 Ω
IR2 = A
7.Метод накладанняСередня
R1​ = 3 ΩR3​ = 10 ΩIR3​+−V1​30 VR2​20 ΩAR4​8 ΩBIs​1 A

Скористайтеся методом накладання, щоб знайти струм IR3 через R3 у напрямку стрілки.

V1 = 30 VIs = 1 AR1 = 3 ΩR2 = 20 ΩR3 = 10 ΩR4 = 8 Ω
IR3 = A
8.Метод накладанняСкладна
R1​ = 4 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 30 Ω+−V1​24 VR3​5 Ω+−VR3​AIs​2 AB−+V2​24 V

Скористайтеся методом накладання, щоб знайти напругу VR3 на R3 з указаною полярністю.

V1 = 24 VIs = 2 AV2 = 24 VR1 = 4 ΩR2 = 15 ΩR3 = 5 ΩR4 = 30 Ω
VR3 = V
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 8 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​15 VR2​4 ΩAab

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

V1 = 15 VR1 = 8 ΩR2 = 4 ΩR3 = 6 Ω
IN = A
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 4 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​36 VR2​5 ΩAIs​1,5 ABab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 36 VIs = 1,5 AR1 = 4 ΩR2 = 5 ΩR3 = 5 Ω
Vth = V
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 22 kΩVin​

Підберіть резистор зворотного зв’язку Rf, щоб цей неінвертувальний підсилювач мав коефіцієнт підсилення за напругою 5.

R1 = 22 kΩAv = 5
Rf = kΩ
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​Rf​ = 100 kΩV1​ = 0,1 VR1​ = 1 kΩV2​ = −0,1 VR2​ = 2 kΩIf​

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

V1 = 0,1 VV2 = −0,1 VR1 = 1 kΩR2 = 2 kΩRf = 100 kΩ
If = mA
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​6 Vt = 0R = 22 ΩL100 mHi(t)

До замикання вимикача в момент t = 0 струму через котушку немає. Знайдіть струм i у момент t = 5 ms.

Vs = 6 VR = 22 ΩL = 100 mHt = 5 ms
i = A
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​6 Vt = 0R = 3,3 kΩC47 µF+−vC​vC​(0) = 18 V

Безпосередньо перед замиканням вимикача в момент t = 0 конденсатор має 18 V з указаною полярністю. Знайдіть напругу на конденсаторі vC у момент t = 150 ms.

Vs = 6 VR = 3,3 kΩC = 47 µFvC(0) = 18 Vt = 150 ms
vC = V

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 7,074 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​ = 3 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​10 VR2​5 ΩAR4​2 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 = 20 + 2 = 22 Ω
R2 ∥ 22 = 5·22/(5+22) = 4,074 Ω
Req = R1 + 4,074 = 3 + 4,074 = 7,074 Ω

Відповідь

Req = 7,074 Ω
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 11,71 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​ = 10 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​10 VR2​20 ΩAR4​4 ΩBR6​4 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 = 3 + 4 = 7 Ω
R4 ∥ 7 = 2,545 Ω
R3 + 2,545 = 12,55 Ω
R2 ∥ 12,55 = 7,709 Ω
Req = R1 + 7,709 = 4 + 7,709 = 11,71 Ω

Відповідь

Req = 11,71 Ω
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR1 = 1,179 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​ = 6 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​24 VR2​15 ΩAR4​8 ΩBIs​2 A

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 24 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/15 + (VA − 24)/6 + (VA − VB)/10 = 0
0,3333·VA − 0,1·VB = 4

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/8 + (VB − VA)/10 = 2
−0,1·VA + 0,225·VB = 2

Розв’яжіть

Δ = (0,3333)(0,225) − (−0,1)(−0,1) = 0,065
VA = Δ1/Δ = 1,1/0,065 = 16,92 V
VB = Δ2/Δ = 1,067/0,065 = 16,41 V

Відповідь

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (24 − 16,92)/6 = 1,179 A
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR4 = 1,386 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

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

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
0,6667·VA − 0,08333·VB = 1,667

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 = 0,5·VA
−0,5833·VA + 0,2833·VB = 0

Розв’яжіть

Δ = (0,6667)(0,2833) − (−0,08333)(−0,5833) = 0,1403
VA = Δ1/Δ = 0,4722/0,1403 = 3,366 V
VB = Δ2/Δ = 0,9722/0,1403 = 6,931 V

Струм через R₄

IR4 = VB/R4 = 6,931/5 = 1,386 A

Відповідь

IR4 = 1,386 A
5.Метод контурних струмів

Відповідь: VR3 = 8,516 V

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​ = 6 Ω+−V1​24 VR3​4 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 + 4(I1 − I2) = 24
14·I1 − 4·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
6·I2 + 4(I2 − I1) = (−12)
−4·I1 + 10·I2 = −12

Розв’яжіть

Δ = (14)(10) − (−4)(−4) = 124
I1 = Δ1/Δ = 192/124 = 1,548 A
I2 = Δ2/Δ = −72/124 = −0,5806 A

Відповідь

IR3 = I1 − I2 = 2,129 A
VR3 = IR3·R3 = 2,129·4 = 8,516 V

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: IR2 = 0,5515 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 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​24 VR4​15 ΩAR5​20 ΩB+−V2​9 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
6·I1 + 15(I1 − I2) = 24
21·I1 − 15·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 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
10·I2 + 15(I2 − I1) + 20(I2 − I3) = 0
−15·I1 + 45·I2 − 20·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
3·I3 + 20(I3 − I2) = (−9)
−20·I2 + 23·I3 = −9

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 8160
I1 = Δ1/Δ = 12540/8160 = 1,537 A
I2 = Δ2/Δ = 4500/8160 = 0,5515 A
I3 = Δ3/Δ = 720/8160 = 0,08824 A

Відповідь

IR2 = I2 = 0,5515 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: IR3 = −0,8776 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​ = 3 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​30 VR2​20 ΩAR4​8 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 = 10+8 = 18 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 20·18/(20+18) = 9,474 Ω
VA = 30·9,474/(3+9,474) = 22,78 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 22,78·8/18 = 10,13 V
IR3′ = (VB − VA)/R3 = (10,13 − 22,78)/10 = −1,266 A
R1​ = 3 ΩR3​ = 10 ΩКЗR2​20 ΩAR4​8 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 = 3·20/(3+20) = 2,609 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 8 ∥ 12,61 = 4,895 Ω
VB = Is·Req = 1·4,895 = 4,895 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 4,895·2,609/12,61 = 1,013 V
IR3″ = (VB − VA)/R3 = (4,895 − 1,013)/10 = 0,3882 A

Додайте складові

IR3 = IR3′ + IR3″
IR3 = (−1,266) + 0,3882 = −0,8776 A

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

8.Метод накладання

Відповідь: VR3 = 8,753 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​ = 15 ΩR4​ = 30 Ω+−V1​24 VR3​5 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) = 5 ∥ 45 = 4,5 Ω
VA = 24·4,5/(4+4,5) = 12,71 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 12,71·30/45 = 8,471 V
VR3′ = VA − 0 = 12,71 − 0 = 12,71 V
R1​ = 4 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 30 ΩКЗR3​5 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 = 2,222 Ω, тож лівий шлях — R2+2,222 = 17,22 Ω
Req = R4 ∥ 17,22 = 10,94 Ω
VB = Is·Req = (−2)·10,94 = −21,88 V
VA = VB·2,222/17,22 = −2,824 V
VR3″ = VA − 0 = −2,824 − 0 = −2,824 V
R1​ = 4 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 30 ΩКЗR3​5 ΩAОБРИВB−+V2​24 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 = 4·5/(4+5) = 2,222 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = (−24)·17,22/47,22 = −8,753 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = −8,753·2,222/17,22 = −1,129 V
VR3‴ = VA − 0 = −1,129 − 0 = −1,129 V

Додайте складові

VR3 = VR3′ + VR3″ + VR3‴
VR3 = 12,71 + (−2,824) + (−1,129) = 8,753 V

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

9.Тевенен і Нортон

Відповідь: IN = 0,5769 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​ = 6 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 = 8·4/(8+4) = 2,667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,667 + 6 = 8,667 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​15 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) = 15·4/(8+4) = 5 V
IN​0,5769 ARth​8,667 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 = 5/8,667 = 0,5769 A
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = 9,167 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​5 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 = 4·5/(4+5) = 2,222 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,222 + 5 = 7,222 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​36 VR2​5 ΩAIs​1,5 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) = 20 + (−1,5)·2,222 = 16,67 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 16,67 + (−1,5)·5 = 9,167 V
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Rf = 88 kΩ

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 неінвертувального підсилювача

V₋ = V₊ = Vin, а струм через R₁ тече й через Rf, тож Vout = Vin·(1 + Rf/R₁).

Av = 1 + Rf/R1
Rf = (5 − 1)·22 = 88 kΩ

Відповідь

Rf = 88 kΩ
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: If = 0,05 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 = 0,1/1 = 0,1 mA
I2 = V2/R2 = −0,1/2 = −0,05 mA
If = I1 + I2 = 0,05 mA

Відповідь

If = 0,05 mA
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: i = 0,1819 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 = 100 mH / 22 Ω = 4,545 ms
i(∞) = Vs/R = 6/22 = 0,2727 A

Струм у заданий момент

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0,2727·(1 − e−5/4,545) = 0,1819 A

Відповідь

i = 0,1819 A
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: vC = 10,56 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) = 18 V, vC(∞) = Vs = 6 V
τ = R·C = 3,3 kΩ · 47 µF = 155,1 ms
vC(t) = 6 + (18 − 6)·e−t/τ

Напруга в заданий момент

vC(150) = 6 + (12)·e−150/155,1 = 10,56 V

Відповідь

vC = 10,56 V

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