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​ = 12 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩAR4​15 ΩB

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 24 VR1 = 6 ΩR2 = 4 ΩR3 = 12 ΩR4 = 15 Ω
Req = Ω
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 30 ΩR3​ = 6 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​36 VR2​20 ΩAR4​3 ΩBR6​4 Ω

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 36 VR1 = 30 ΩR2 = 20 ΩR3 = 6 ΩR4 = 3 ΩR5 = 6 ΩR6 = 4 Ω
Req = Ω
3.Метод вузлових потенціалівСередня
−+Vs​ = 9 VIs​1,5 AAR1​2 ΩR2​5 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 = 1,5 AVs = 9 VR1 = 2 ΩR2 = 5 Ω
VA = V
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 10 ΩR2​ = 6 ΩR4​ = 8 ΩIR4​+−V1​6 VR3​25 ΩAR5​5 ΩBIs​2,5 A−+V2​36 V

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

V1 = 6 VIs = 2,5 AV2 = 36 VR1 = 10 ΩR2 = 6 ΩR3 = 25 ΩR4 = 8 ΩR5 = 5 Ω
IR4 = A
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 15 ΩR2​ = 3 Ω+−V1​9 VR3​12 ΩA+−V2​10 VI1​I2​

Скористайтеся методом контурних струмів, щоб знайти контурний струм I1 (за годинниковою стрілкою).

V1 = 9 VV2 = 10 VR1 = 15 ΩR2 = 3 ΩR3 = 12 Ω
I1 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 5 ΩR2​ = 20 ΩR3​ = 6 ΩIR3​+−V1​10 VR4​2 ΩAR5​15 ΩB+−V2​9 VI1​I2​I3​

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

V1 = 10 VV2 = 9 VR1 = 5 ΩR2 = 20 ΩR3 = 6 ΩR4 = 2 ΩR5 = 15 Ω
IR3 = 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 = 2 V і Is = 2 mA I = 1 mA; при Vs = 10 V і Is = 4 mA I = 4,4 mA. Знайдіть струм навантаження I при Vs = 5 V і Is = 10 mA.

2 V, 2 mA → 1 mA10 V, 4 mA → 4,4 mAVs = 5 V, Is = 10 mA
I = mA
8.Метод накладанняСкладна
R1​ = 2 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 12 Ω+−V1​12 VR3​3 ΩIR3​AIs​0,5 AB−+V2​18 V

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

V1 = 12 VIs = 0,5 AV2 = 18 VR1 = 2 ΩR2 = 15 ΩR3 = 3 ΩR4 = 12 Ω
IR3 = A
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 15 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​6 VR2​12 ΩAab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 6 VR1 = 15 ΩR2 = 12 ΩR3 = 15 Ω
Vth = V
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 20 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​12 VR2​15 ΩAIs​4 ABab

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

V1 = 12 VIs = 4 AR1 = 20 ΩR2 = 15 ΩR3 = 6 Ω
IN = A
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 10 kΩVin​

Підберіть резистор зворотного зв’язку Rf, щоб цей неінвертувальний підсилювач мав коефіцієнт підсилення за напругою 20.

R1 = 10 kΩAv = 20
Rf = kΩ
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​C = 0,22 µFVin​ = 2,5 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 = 2,5 V. Знайдіть вихідну напругу Vout при t = 50 ms.

Vin = 2,5 VR = 100 kΩC = 0,22 µFVsat = ±13 Vt = 50 ms
Vout = V
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
R = 33 Ωt = 0L22 mHi(t)

Через котушку тече сталий струм 2 A. При t = 0 ключ замикає контур через R і джерело від’єднується, тож струм котушки спадає через R. Скільки часу потрібно, щоб струм зменшився до 0,4 A? Знайдіть t.

i(0) = 2 AR = 33 ΩL = 22 mH
t = ms
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​12 VR1​ = 22 ΩR2​ = 33 Ωрозмикається при t = 0L150 mHi(t)

Ключ паралельно R2 був замкнений тривалий час, тож струм котушки сталий. При t = 0 ключ розмикається. Знайдіть струм котушки i при t = 5 ms.

Vs = 12 VR1 = 22 ΩR2 = 33 ΩL = 150 mHt = 5 ms
i = A

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 9,484 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​ = 6 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩAR4​15 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 = 12 + 15 = 27 Ω
R2 ∥ 27 = 4·27/(4+27) = 3,484 Ω
Req = R1 + 3,484 = 6 + 3,484 = 9,484 Ω

Відповідь

Req = 9,484 Ω
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 35,87 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​ = 6 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​36 VR2​20 ΩAR4​3 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 = 6 + 4 = 10 Ω
R4 ∥ 10 = 2,308 Ω
R3 + 2,308 = 8,308 Ω
R2 ∥ 8,308 = 5,87 Ω
Req = R1 + 5,87 = 30 + 5,87 = 35,87 Ω

Відповідь

Req = 35,87 Ω
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VA = −0,4286 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 + 9
VA/R1 + VB/R2 = Is

Розв’яжіть

VA/2 + (VA + 9)/5 = 1,5
VA = (1,5 − 9/5)/(1/2 + 1/5) = −0,4286 V
VB = −0,4286 + 9 = 8,571 V

Відповідь

VA = −0,4286 V
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR4 = 3,978 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​ = 10 ΩR2​ = 6 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​6 VR3​25 ΩAR5​5 ΩBIs​2,5 A−+V2​36 V

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 6 V, V2 = −36 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/25 + (VA − 6)/10 + (VA − VB)/6 = 0
0,3067·VA − 0,1667·VB = 0,6

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)/6 + (VB − (−36))/8 = 2,5
−0,1667·VA + 0,4917·VB = −2

Розв’яжіть

Δ = (0,3067)(0,4917) − (−0,1667)(−0,1667) = 0,123
VA = Δ1/Δ = −0,03833/0,123 = −0,3117 V
VB = Δ2/Δ = −0,5133/0,123 = −4,173 V

Відповідь

IR4 = (VB − V2)/R4 = (−4,173 − −36)/8 = 3,978 A
5.Метод контурних струмів

Відповідь: I1 = 0,05747 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​ = 15 ΩR2​ = 3 Ω+−V1​9 VR3​12 ΩA+−V2​10 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
15·I1 + 12(I1 − I2) = 9
27·I1 − 12·I2 = 9

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
3·I2 + 12(I2 − I1) = (−10)
−12·I1 + 15·I2 = −10

Розв’яжіть

Δ = (27)(15) − (−12)(−12) = 261
I1 = Δ1/Δ = 15/261 = 0,05747 A
I2 = Δ2/Δ = −162/261 = −0,6207 A

Відповідь

I1 = 0,05747 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: IR3 = −0,5278 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​ = 20 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​10 VR4​2 ΩAR5​15 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
5·I1 + 2(I1 − I2) = 10
7·I1 − 2·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
20·I2 + 2(I2 − I1) + 15(I2 − I3) = 0
−2·I1 + 37·I2 − 15·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 + 15(I3 − I2) = (−9)
−15·I2 + 21·I3 = −9

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 3780
I1 = Δ1/Δ = 5250/3780 = 1,389 A
I2 = Δ2/Δ = −525/3780 = −0,1389 A
I3 = Δ3/Δ = −1995/3780 = −0,5278 A

Відповідь

IR3 = I3 = −0,5278 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: I = 3 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
2·k₁ + 2·k₂ = 1
10·k₁ + 4·k₂ = 4,4

Знайдіть коефіцієнти

Δ = (2)(4) − (2)(10) = −12
k₁ = Δ1/Δ = −4,8/−12 = 0,4
k₂ = Δ2/Δ = −1,2/−12 = 0,1
k₁ = 0,4 mA/V, k₂ = 0,1

Обчисліть новий струм

I = 0,4·5 + 0,1·10 = 3 mA

Відповідь

I = 3 mA
8.Метод накладання

Відповідь: IR3 = −2,128 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​ = 15 ΩR4​ = 12 Ω+−V1​12 VR3​3 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) = 3 ∥ 27 = 2,7 Ω
VA = 12·2,7/(2+2,7) = 6,894 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 6,894·12/27 = 3,064 V
IR3′ = (0 − VA)/R3 = (0 − 6,894)/3 = −2,298 A
R1​ = 2 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 12 ΩКЗR3​3 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.

R1 ∥ R3 = 1,2 Ω, тож лівий шлях — R2+1,2 = 16,2 Ω
Req = R4 ∥ 16,2 = 6,894 Ω
VB = Is·Req = 0,5·6,894 = 3,447 V
VA = VB·1,2/16,2 = 0,2553 V
IR3″ = (0 − VA)/R3 = (0 − 0,2553)/3 = −0,08511 A
R1​ = 2 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 12 ΩКЗR3​3 ΩAОБРИВB−+V2​18 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 = 2·3/(2+3) = 1,2 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = (−18)·16,2/28,2 = −10,34 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = −10,34·1,2/16,2 = −0,766 V
IR3‴ = (0 − VA)/R3 = (0 − −0,766)/3 = 0,2553 A

Додайте складові

IR3 = IR3′ + IR3″ + IR3‴
IR3 = (−2,298) + (−0,08511) + 0,2553 = −2,128 A

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

9.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = 2,667 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​ = 15 ΩR3​ = 15 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 = 15·12/(15+12) = 6,667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6,667 + 15 = 21,67 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​6 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) = 6·12/(15+12) = 2,667 V
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: IN = −3,647 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​ = 20 ΩR3​ = 6 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 = 20·15/(20+15) = 8,571 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 8,571 + 6 = 14,57 Ω
R1​ = 20 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​12 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) = 5,143 + (−4)·8,571 = −29,14 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −29,14 + (−4)·6 = −53,14 V
IN​3,647 ARth​14,57 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 = −53,14/14,57 = −3,647 A
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Rf = 190 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 = (20 − 1)·10 = 190 kΩ

Відповідь

Rf = 190 kΩ
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −5,682 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 · 0,22 µF = 22 ms
швидкість наростання = −Vin/(RC) = −2,5/22 = −0,1136 V/ms

Вихідна напруга в заданий момент

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

Vout = −Vin·t/(RC) = −2,5·50/22 = −5,682 V

Відповідь

Vout = −5,682 V
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: t = 1,073 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

τ = L/R = 22 mH / 33 Ω = 0,6667 ms

Виразіть час

0,4 = 2·e−t/τ → t = τ·ln(2/0,4)
t = 0,6667·ln(5) = 1,073 ms

Відповідь

t = 1,073 ms
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: i = 0,2705 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.

Початкове значення, кінцеве значення, стала часу

До t = 0 замкнений ключ шунтує R₂; після цього в контурі обидва резистори, R₁ і R₂.

i(0) = 12/22 = 0,5455 A
i(∞) = 12/(22 + 33) = 0,2182 A
τ = L/R = 150/55 = 2,727 ms
i(t) = 0,2182 + (0,5455 − 0,2182)·e−t/τ

Струм у заданий момент

i(5) = 0,2182 + (0,3273)·e−5/2,727 = 0,2705 A

Відповідь

i = 0,2705 A

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