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​ = 4 ΩIR1​R3​ = 5 Ω+−V1​15 VR2​2 ΩAR4​15 ΩB

Знайдіть струм IR1, який віддає джерело і який тече через R1.

V1 = 15 VR1 = 4 ΩR2 = 2 ΩR3 = 5 ΩR4 = 15 Ω
IR1 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 10 ΩIR1​R3​ = 2 ΩR5​ = 2 Ω+−V1​6 VR2​5 ΩAR4​10 ΩBR6​20 Ω

Знайдіть струм IR1, який віддає джерело і який тече через R1.

V1 = 6 VR1 = 10 ΩR2 = 5 ΩR3 = 2 ΩR4 = 10 ΩR5 = 2 ΩR6 = 20 Ω
IR1 = A
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​ = 3 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​6 VR2​15 ΩAR4​3 ΩBIs​4 A

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

V1 = 6 VIs = 4 AR1 = 3 ΩR2 = 15 ΩR3 = 2 ΩR4 = 3 Ω
VB = V
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 3 ΩR2​ = 25 ΩIR2​R4​ = 25 Ω+−V1​10 VR3​12 ΩAR5​12 ΩBIs​1,5 A+−V2​24 V

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

V1 = 10 VIs = 1,5 AV2 = 24 VR1 = 3 ΩR2 = 25 ΩR3 = 12 ΩR4 = 25 ΩR5 = 12 Ω
IR2 = A
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 20 ΩR2​ = 12 Ω+−V1​6 VR3​20 ΩA+−V2​15 VI1​I2​

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

V1 = 6 VV2 = 15 VR1 = 20 ΩR2 = 12 ΩR3 = 20 Ω
I1 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 6 ΩR2​ = 20 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​36 VR4​25 ΩAR5​10 ΩIR5​B+−V2​15 VI1​I2​I3​

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

V1 = 36 VV2 = 15 VR1 = 6 ΩR2 = 20 ΩR3 = 25 ΩR4 = 25 ΩR5 = 10 Ω
IR5 = 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 = 4 V і Is = 6 mA I = 3,8 mA; при Vs = 20 V і Is = 10 mA I = 17 mA. Знайдіть струм навантаження I при Vs = 15 V і Is = 1 mA.

4 V, 6 mA → 3,8 mA20 V, 10 mA → 17 mAVs = 15 V, Is = 1 mA
I = mA
8.Метод накладанняСкладна
лінійне колоV1​V2​Is​IRL​

Лінійне резистивне коло містить три незалежні джерела: V1, V2 і Is. Струм I через навантаження виміряли тричі. Коли всі джерела мають звичайні значення, I = 15,5 mA. Коли V1 подвоєне, а два інші без змін, I = 17,5 mA. Коли напрямок Is змінено на протилежний, а два інші без змін, I = −1,5 mA. Знайдіть струм навантаження I, коли V2 вимкнене, а V1 і Is мають звичайні значення.

звичайні значення: I = 15,5 mA2·V1: I = 17,5 mA−Is: I = −1,5 mA
I = mA
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 10 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​10 VR2​5 ΩAab

Знайдіть опір Тевенена Rth з боку затискачів a–b.

V1 = 10 VR1 = 10 ΩR2 = 5 ΩR3 = 10 Ω
Rth = Ω
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 8 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​12 VR2​8 ΩAIs​1,5 ABab

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

V1 = 12 VIs = 1,5 AR1 = 8 ΩR2 = 8 ΩR3 = 25 Ω
IN = A
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 10 kΩR1​ = 10 kΩVin​ = 1,3 V

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

Vin = 1,3 VR1 = 10 kΩRf = 10 kΩ
Vout = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​R2​ = 100 kΩV1​ = 0,3 VR1​ = 22 kΩV2​ = −0,5 VR3​ = 1 kΩR4​ = 10 kΩ

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

V1 = 0,3 VV2 = −0,5 VR1 = 22 kΩR2 = 100 kΩR3 = 1 kΩR4 = 10 kΩ
Vout = V
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​9 Vt = 0R = 22 ΩL22 mHi(t)

До замикання вимикача в момент t = 0 струму через котушку немає. Знайдіть енергію W, накопичену в котушці при t = 1 ms, у mJ.

Vs = 9 VR = 22 ΩL = 22 mHt = 1 ms
W = mJ
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​20 Vрозмикається при t = 0R1​ = 3,3 kΩR2​ = 3,3 kΩi2​C22 µF+−vC​

Ключ був замкнений тривалий час, тож коло в усталеному режимі. При t = 0 ключ розмикається. Знайдіть струм i2 через R2 при t = 40 ms.

Vs = 20 VR1 = 3,3 kΩR2 = 3,3 kΩC = 22 µFt = 40 ms
i2 = mA

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR1 = 2,578 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​ = 5 Ω+−V1​15 VR2​2 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 = 5 + 15 = 20 Ω
R2 ∥ 20 = 2·20/(2+20) = 1,818 Ω
Req = R1 + 1,818 = 4 + 1,818 = 5,818 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 15/5,818 = 2,578 A

Відповідь

IR1 = 2,578 A
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR1 = 0,4546 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​ = 2 ΩR5​ = 2 Ω+−V1​6 VR2​5 ΩAR4​10 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 = 2 + 20 = 22 Ω
R4 ∥ 22 = 6,875 Ω
R3 + 6,875 = 8,875 Ω
R2 ∥ 8,875 = 3,198 Ω
Req = R1 + 3,198 = 10 + 3,198 = 13,2 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 6/13,2 = 0,4546 A

Відповідь

IR1 = 0,4546 A
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VB = −5,2 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​ = 3 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​6 VR2​15 ΩAR4​3 ΩBIs​4 A

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 6 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 − 6)/3 + (VA − VB)/2 = 0
0,9·VA − 0,5·VB = 2

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/3 + (VB − VA)/2 = (−4)
−0,5·VA + 0,8333·VB = −4

Розв’яжіть

Δ = (0,9)(0,8333) − (−0,5)(−0,5) = 0,5
VA = Δ1/Δ = −0,3333/0,5 = −0,6667 V
VB = Δ2/Δ = −2,6/0,5 = −5,2 V

Відповідь

VB = −5,2 V
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR2 = 0,3486 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​ = 25 ΩR4​ = 25 Ω+−V1​10 VR3​12 ΩAR5​12 ΩBIs​1,5 A+−V2​24 V

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 10 V, V2 = 24 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/12 + (VA − 10)/3 + (VA − VB)/25 = 0
0,4567·VA − 0,04·VB = 3,333

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/12 + (VB − VA)/25 + (VB − 24)/25 = (−1,5)
−0,04·VA + 0,1633·VB = −0,54

Розв’яжіть

Δ = (0,4567)(0,1633) − (−0,04)(−0,04) = 0,07299
VA = Δ1/Δ = 0,5228/0,07299 = 7,163 V
VB = Δ2/Δ = −0,1133/0,07299 = −1,552 V

Відповідь

IR2 = (VA − VB)/R2 = (7,163 − −1,552)/25 = 0,3486 A
5.Метод контурних струмів

Відповідь: I1 = −0,1227 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​ = 12 Ω+−V1​6 VR3​20 ΩA+−V2​15 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
20·I1 + 20(I1 − I2) = 6
40·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
12·I2 + 20(I2 − I1) = (−15)
−20·I1 + 32·I2 = −15

Розв’яжіть

Δ = (40)(32) − (−20)(−20) = 880
I1 = Δ1/Δ = −108/880 = −0,1227 A
I2 = Δ2/Δ = −480/880 = −0,5455 A

Відповідь

I1 = −0,1227 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: IR5 = 0,9813 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​ = 20 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​36 VR4​25 ΩAR5​10 ΩB+−V2​15 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 + 25(I1 − I2) = 36
31·I1 − 25·I2 = 36

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 + 25(I2 − I1) + 10(I2 − I3) = 0
−25·I1 + 55·I2 − 10·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
25·I3 + 10(I3 − I2) = (−15)
−10·I2 + 35·I3 = −15

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 34700
I1 = Δ1/Δ = 61950/34700 = 1,785 A
I2 = Δ2/Δ = 26850/34700 = 0,7738 A
I3 = Δ3/Δ = −7200/34700 = −0,2075 A

Відповідь

IR5 = I2 − I3 = 0,9813 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: I = 12,1 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
4·k₁ + 6·k₂ = 3,8
20·k₁ + 10·k₂ = 17

Знайдіть коефіцієнти

Δ = (4)(10) − (6)(20) = −80
k₁ = Δ1/Δ = −64/−80 = 0,8
k₂ = Δ2/Δ = −8/−80 = 0,1
k₁ = 0,8 mA/V, k₂ = 0,1

Обчисліть новий струм

I = 0,8·15 + 0,1·1 = 12,1 mA

Відповідь

I = 12,1 mA
8.Метод накладання

Відповідь: I = 10,5 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 вимірювання через внески

Кожен внесок пропорційний своєму джерелу.

I₁ + I₂ + I₃ = 15,5
2·I₁ + I₂ + I₃ = 17,5
I₁ + I₂ − I₃ = −1,5

Знайдіть внески

I₁ = 17,5 − 15,5 = 2 mA
I₃ = (15,5 − (−1,5))/2 = 8,5 mA
I₂ = 15,5 − 2 − 8,5 = 5 mA

Вимкніть V₂

I = I₁ + I₃ = 2 + 8,5 = 10,5 mA

Відповідь

I = 10,5 mA
9.Тевенен і Нортон

Відповідь: Rth = 13,33 Ω

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​5 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 = 10·5/(10+5) = 3,333 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,333 + 10 = 13,33 Ω
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: IN = −1,293 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​ = 25 ΩКЗR2​8 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 = 8·8/(8+8) = 4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4 + 25 = 29 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​12 VR2​8 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) = 6 + (−1,5)·4 = 0 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 0 + (−1,5)·25 = −37,5 V
IN​1,293 ARth​29 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 = −37,5/29 = −1,293 A
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = 2,6 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₊ = 1,3 V
I = V₋/R1 = 1,3/10 = 0,13 mA

Вихідна напруга

Струм через R₁ тече й через Rf.

Vout = V₋ + I·Rf = 1,3 + 0,13·10 = 2,6 V

Відповідь

Vout = 2,6 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −3,884 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) = −0,5·10/(1 + 10) = −0,4545 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 = −(100/22)·0,3 + (1 + 100/22)·(−0,4545) = −1,364 + (−2,521) = −3,884 V

Відповідь

Vout = −3,884 V
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: W = 0,7356 mJ

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 / 22 Ω = 1 ms
i(∞) = Vs/R = 9/22 = 0,4091 A

Струм у заданий момент

i(t) = 0,4091·(1 − e−1/1) = 0,2586 A

Накопичена енергія

W = ½·L·i² = ½·22·0,2586² = 0,7356 mJ

Відповідь

W = 0,7356 mJ
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: i2 = 1,747 mA

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) = 20·3,3/(3,3 + 3,3) = 10 V

Стала часу після розмикання ключа

τ = R2·C = 3,3·22 = 72,6 ms

Розряджання

vC(t) = 10·e−40/72,6 = 5,764 V
i2 = vC/R2 = 5,764/3,3 = 1,747 mA

Відповідь

i2 = 1,747 mA

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