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​ = 15 Ω+−V1​30 VR2​15 ΩAR4​8 ΩB

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 30 VR1 = 8 ΩR2 = 15 ΩR3 = 15 ΩR4 = 8 Ω
Req = Ω
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 10 ΩR3​ = 15 ΩR5​ = 30 Ω+−V1​6 VR2​5 ΩIR2​AR4​25 ΩBR6​20 Ω

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 6 VR1 = 10 ΩR2 = 5 ΩR3 = 15 ΩR4 = 25 ΩR5 = 30 ΩR6 = 20 Ω
IR2 = A
3.Метод вузлових потенціалівСередня
−+Vs​ = 8 VIs​2,5 AAR1​8 ΩR2​4 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 = 2,5 AVs = 8 VR1 = 8 ΩR2 = 4 Ω
VA = V
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 8 Ω+−Vs​ = 5 V+−V1​9 VR2​10 ΩAR3​4 ΩBIs​3 A

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

V1 = 9 VIs = 3 AVs = 5 VR1 = 8 ΩR2 = 10 ΩR3 = 4 Ω
VB = V
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 6 Ω+−VR1​R2​ = 4 Ω+−V1​10 VR3​15 ΩA+−V2​12 VI1​I2​

Скористайтеся методом контурних струмів, щоб знайти напругу VR1 на R1 з указаною полярністю.

V1 = 10 VV2 = 12 VR1 = 6 ΩR2 = 4 ΩR3 = 15 Ω
VR1 = V
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 4 ΩR2​ = 6 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​18 VR4​8 ΩIR4​AR5​5 ΩB+−V2​10 VI1​I2​I3​

Скористайтеся методом контурних струмів, щоб знайти струм IR4 через R4 у напрямку стрілки.

V1 = 18 VV2 = 10 VR1 = 4 ΩR2 = 6 ΩR3 = 12 ΩR4 = 8 ΩR5 = 5 Ω
IR4 = 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 = 6 V і Is = 1 mA I = 6,8 mA; при Vs = 2 V і Is = 10 mA I = −1,6 mA. Знайдіть струм навантаження I при Vs = 20 V і Is = 1 mA.

6 V, 1 mA → 6,8 mA2 V, 10 mA → −1,6 mAVs = 20 V, Is = 1 mA
I = mA
8.Метод накладанняСкладна
R1​ = 2 ΩR2​ = 8 ΩIR2​R4​ = 25 Ω+−V1​15 VR3​20 ΩAIs​3 AB+−V2​6 V

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

V1 = 15 VIs = 3 AV2 = 6 VR1 = 2 ΩR2 = 8 ΩR3 = 20 ΩR4 = 25 Ω
IR2 = A
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 10 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​12 VR2​15 ΩAab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 12 VR1 = 10 ΩR2 = 15 ΩR3 = 10 Ω
Vth = V
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 25 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​18 VR2​15 ΩAIs​4 ABRL​25 ΩIL​

До a–b підключено навантаження RL = 25 Ω. За допомогою еквівалента Тевенена знайдіть потужність PL, що передається навантаженню.

V1 = 18 VIs = 4 AR1 = 25 ΩR2 = 15 ΩR3 = 15 ΩRL = 25 Ω
PL = W
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 100 kΩVin​

Підберіть резистор зворотного зв’язку Rf, щоб цей неінвертувальний підсилювач мав коефіцієнт підсилення за напругою 3.

R1 = 100 kΩAv = 3
Rf = kΩ
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​R2​ = 1 kΩV1​ = −2 VR1​ = 10 kΩV2​ = 1,1 VR3​ = 4,7 kΩR4​ = 1 kΩ

ОП ідеальний і живиться від ±15 V. Відношення опорів не узгоджені. Знайдіть вихідну напругу Vout.

V1 = −2 VV2 = 1,1 VR1 = 10 kΩR2 = 1 kΩR3 = 4,7 kΩR4 = 1 kΩ
Vout = V
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​5 Vt = 0R = 33 ΩL33 mHi(t)

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

Vs = 5 VR = 33 ΩL = 33 mHt = 1 ms
i = A
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​6 Vt = 0R = 4,7 kΩC100 µF+−vC​vC​(0) = 2 V

Безпосередньо перед замиканням вимикача в момент t = 0 конденсатор має 2 V з указаною полярністю. За який час vC досягне 5,2 V? Знайдіть t.

Vs = 6 VR = 4,7 kΩC = 100 µFvC(0) = 2 V
t = ms

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 17,08 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​ = 15 Ω+−V1​30 VR2​15 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 = 15 + 8 = 23 Ω
R2 ∥ 23 = 15·23/(15+23) = 9,079 Ω
Req = R1 + 9,079 = 8 + 9,079 = 17,08 Ω

Відповідь

Req = 17,08 Ω
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 0,3619 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​ = 10 ΩR3​ = 15 ΩR5​ = 30 Ω+−V1​6 VR2​5 ΩAR4​25 ΩBR6​20 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 = 30 + 20 = 50 Ω
R4 ∥ 50 = 16,67 Ω
R3 + 16,67 = 31,67 Ω
R2 ∥ 31,67 = 4,318 Ω
Req = R1 + 4,318 = 10 + 4,318 = 14,32 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 6/14,32 = 0,419 A

Струм через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 6 − 0,419·10 = 1,81 V
IR2 = VA/R2 = 1,81/5 = 0,3619 A

Відповідь

IR2 = 0,3619 A
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VA = 1,333 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 + 8
VA/R1 + VB/R2 = Is

Розв’яжіть

VA/8 + (VA + 8)/4 = 2,5
VA = (2,5 − 8/4)/(1/8 + 1/4) = 1,333 V
VB = 1,333 + 8 = 9,333 V

Відповідь

VA = 1,333 V
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VB = 6,316 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 − 5
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + VB/R3 = Is

Розв’яжіть

(VA − 9)/8 + VA/10 + (VA − 5)/4 = 3
VA·(1/8 + 1/10 + 1/4) = 3 + 9/8 + 5/4 = 5,375
VA = 5,375/0,475 = 11,32 V
VB = 6,316 V

Відповідь

VB = 6,316 V
5.Метод контурних струмів

Відповідь: VR1 = 0,3448 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​ = 6 ΩR2​ = 4 Ω+−V1​10 VR3​15 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
6·I1 + 15(I1 − I2) = 10
21·I1 − 15·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 + R3(I2 − I1) = −V2
4·I2 + 15(I2 − I1) = (−12)
−15·I1 + 19·I2 = −12

Розв’яжіть

Δ = (21)(19) − (−15)(−15) = 174
I1 = Δ1/Δ = 10/174 = 0,05747 A
I2 = Δ2/Δ = −102/174 = −0,5862 A

Відповідь

IR1 = I1 = 0,05747 A
VR1 = IR1·R1 = 0,05747·6 = 0,3448 V

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: IR4 = 1,252 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​ = 4 ΩR2​ = 6 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​18 VR4​8 ΩAR5​5 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
4·I1 + 8(I1 − I2) = 18
12·I1 − 8·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
6·I2 + 8(I2 − I1) + 5(I2 − I3) = 0
−8·I1 + 19·I2 − 5·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
12·I3 + 5(I3 − I2) = (−10)
−5·I2 + 17·I3 = −10

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 2488
I1 = Δ1/Δ = 4964/2488 = 1,995 A
I2 = Δ2/Δ = 1848/2488 = 0,7428 A
I3 = Δ3/Δ = −920/2488 = −0,3698 A

Відповідь

IR4 = I1 − I2 = 1,252 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: I = 23,6 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
6·k₁ + 1·k₂ = 6,8
2·k₁ + 10·k₂ = −1,6

Знайдіть коефіцієнти

Δ = (6)(10) − (1)(2) = 58
k₁ = Δ1/Δ = 69,6/58 = 1,2
k₂ = Δ2/Δ = −23,2/58 = −0,4
k₁ = 1,2 mA/V, k₂ = −0,4

Обчисліть новий струм

I = 1,2·20 + (−0,4)·1 = 23,6 mA

Відповідь

I = 23,6 mA
8.Метод накладання

Відповідь: IR2 = −1,935 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​ = 2 ΩR2​ = 8 ΩR4​ = 25 Ω+−V1​15 VR3​20 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) = 20 ∥ 33 = 12,45 Ω
VA = 15·12,45/(2+12,45) = 12,92 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 12,92·25/33 = 9,791 V
IR2′ = (VA − VB)/R2 = (12,92 − 9,791)/8 = 0,3916 A
R1​ = 2 ΩR2​ = 8 ΩR4​ = 25 ΩКЗR3​20 ΩAIs​3 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 = 1,818 Ω, тож лівий шлях — R2+1,818 = 9,818 Ω
Req = R4 ∥ 9,818 = 7,05 Ω
VB = Is·Req = 3·7,05 = 21,15 V
VA = VB·1,818/9,818 = 3,916 V
IR2″ = (VA − VB)/R2 = (3,916 − 21,15)/8 = −2,154 A
R1​ = 2 ΩR2​ = 8 ΩR4​ = 25 ΩКЗR3​20 ΩAОБРИВB+−V2​6 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 = 2·20/(2+20) = 1,818 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 6·9,818/34,82 = 1,692 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 1,692·1,818/9,818 = 0,3133 V
IR2‴ = (VA − VB)/R2 = (0,3133 − 1,692)/8 = −0,1723 A

Додайте складові

IR2 = IR2′ + IR2″ + IR2‴
IR2 = 0,3916 + (−2,154) + (−0,1723) = −1,935 A

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

9.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = 7,2 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​ = 10 ΩR3​ = 10 ΩКЗR2​15 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 = 10·15/(10+15) = 6 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6 + 10 = 16 Ω
R1​ = 10 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​12 VR2​15 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) = 12·15/(10+15) = 7,2 V
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: PL = 111,4 W

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​ = 15 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 + 15 = 24,38 Ω
R1​ = 25 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​18 VR2​15 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) = 6,75 + 4·9,375 = 44,25 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 44,25 + 4·15 = 104,2 V
Rth​ = 24,38 Ω+−Vth​104,2 VRL​25 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) = 104,2/(24,38 + 25) = 2,111 A
PL = IL²·RL = 2,111²·25 = 111,4 W
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Rf = 200 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 = (3 − 1)·100 = 200 kΩ

Відповідь

Rf = 200 kΩ
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = 0,4123 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₊ = V2·R4/(R3 + R4) = 1,1·1/(4,7 + 1) = 0,193 V

Накладіть дію двох входів

При V₂ = 0 для V₁ схема — інвертувальний підсилювач. При V₁ = 0 V₊ підсилюється з коефіцієнтом неінвертувального підсилювача 1 + R₂/R₁.

Vout = −(1/10)·(−2) + (1 + 1/10)·0,193 = 0,2 + 0,2123 = 0,4123 V

Відповідь

Vout = 0,4123 V
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: i = 0,09578 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 = 33 mH / 33 Ω = 1 ms
i(∞) = Vs/R = 5/33 = 0,1515 A

Струм у заданий момент

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0,1515·(1 − e−1/1) = 0,09578 A

Відповідь

i = 0,09578 A
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: t = 756,4 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) = 2 V, vC(∞) = Vs = 6 V
τ = R·C = 4,7 kΩ · 100 µF = 470 ms
vC(t) = 6 + (2 − 6)·e−t/τ

Виразіть час

5,2 = 6 + (−4)·e−t/τ → e−t/τ = (5,2 − 6)/(2 − 6) = 0,2
t = τ·ln((2 − 6)/(5,2 − 6)) = 470·ln(5) = 756,4 ms

Відповідь

t = 756,4 ms

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