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​ = 15 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​9 VR2​15 ΩIR2​AR4​2 ΩB

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 9 VR1 = 15 ΩR2 = 15 ΩR3 = 20 ΩR4 = 2 Ω
IR2 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 12 ΩIR1​R3​ = 20 ΩR5​ = 15 Ω+−V1​18 VR2​6 ΩAR4​30 ΩBR6​12 Ω

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

V1 = 18 VR1 = 12 ΩR2 = 6 ΩR3 = 20 ΩR4 = 30 ΩR5 = 15 ΩR6 = 12 Ω
IR1 = A
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​ = 3 ΩIR1​R3​ = 8 Ω+−V1​12 VR2​20 ΩAR4​5 ΩBIs​2,5 A

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

V1 = 12 VIs = 2,5 AR1 = 3 ΩR2 = 20 ΩR3 = 8 ΩR4 = 5 Ω
IR1 = A
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 4 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩAR4​10 ΩB0,25·VA​

Ромб — це джерело струму, кероване напругою, що подає струм 0,25·VA (в A, де VA у V) угору у вузол B. Методом вузлових потенціалів знайдіть вузлову напругу VA (відносно землі).

V1 = 24 VR1 = 4 ΩR2 = 4 ΩR3 = 5 ΩR4 = 10 Ωg = 0,25 A/V
VA = V
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 8 ΩR2​ = 20 Ω+−VR2​+−V1​9 VR3​10 ΩA+−V2​24 VI1​I2​

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

V1 = 9 VV2 = 24 VR1 = 8 ΩR2 = 20 ΩR3 = 10 Ω
VR2 = V
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 8 ΩR2​ = 20 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​24 VR4​30 ΩAR5​4 ΩB+−V2​24 VI1​I2​I3​

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

V1 = 24 VV2 = 24 VR1 = 8 ΩR2 = 20 ΩR3 = 3 ΩR4 = 30 ΩR5 = 4 Ω
I1 = A
7.Метод накладанняСередня
R1​ = 8 ΩR3​ = 6 ΩIR3​+−V1​24 VR2​3 ΩAR4​2 ΩBIs​?

Знайдіть значення джерела струму Is (напрямок як на схемі), за якого струм IR3 через R3 дорівнює нулю.

V1 = 24 VR1 = 8 ΩR2 = 3 ΩR3 = 6 ΩR4 = 2 Ω
Is = A
8.Метод накладанняСкладна
R1​ = 5 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 6 Ω+−V1​18 VR3​25 Ω+−VR3​AIs​6 AB−+V2​5 V

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

V1 = 18 VIs = 6 AV2 = 5 VR1 = 5 ΩR2 = 20 ΩR3 = 25 ΩR4 = 6 Ω
VR3 = V
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 15 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​15 VR2​2 ΩAab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 15 VR1 = 15 ΩR2 = 2 ΩR3 = 4 Ω
Vth = V
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 8 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​36 VR2​3 ΩAIs​5 ABab

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

V1 = 36 VIs = 5 AR1 = 8 ΩR2 = 3 ΩR3 = 2 Ω
IN = A
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 4,7 kΩVin​

Підберіть резистор зворотного зв’язку Rf, щоб цей неінвертувальний підсилювач мав коефіцієнт підсилення за напругою 11.

R1 = 4,7 kΩAv = 11
Rf = kΩ
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
Vin​V1​Vout​каскад 1: інвертувальнийR1​ = 2 kΩRf1​ = 4,7 kΩкаскад 2: неінвертувальнийR2​ = 4,7 kΩRf2​ = 2 kΩ

Два каскади на ідеальних ОП увімкнено послідовно: інвертувальний підсилювач (R1, Rf1), за ним неінвертувальний (R2 на землю, Rf2 у колі зворотного зв’язку). Обидва живляться від ±15 V. Знайдіть загальний коефіцієнт підсилення за напругою Av = Vout/Vin.

R1 = 2 kΩRf1 = 4,7 kΩR2 = 4,7 kΩRf2 = 2 kΩ
Av =
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​6 Vt = 0R = 47 ΩL150 mHi(t)

До замикання вимикача в момент t = 0 струму через котушку немає. Через який час після замикання вимикача струм досягне 80% кінцевого значення? Знайдіть t.

Vs = 6 VR = 47 ΩL = 150 mH
t = ms
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​12 Vt = 0R = 6,8 kΩC100 µF+−vC​vC​(0) = 20 V

Безпосередньо перед замиканням вимикача в момент t = 0 конденсатор має 20 V з указаною полярністю. Знайдіть напругу на конденсаторі vC у момент t = 500 ms.

Vs = 12 VR = 6,8 kΩC = 100 µFvC(0) = 20 Vt = 500 ms
vC = V

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 0,2237 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​ = 15 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​9 VR2​15 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 = 15·22/(15+22) = 8,919 Ω
Req = R1 + 8,919 = 15 + 8,919 = 23,92 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 9/23,92 = 0,3763 A

Струм через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 9 − 0,3763·15 = 3,356 V
IR2 = VA/R2 = 3,356/15 = 0,2237 A

Відповідь

IR2 = 0,2237 A
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR1 = 1,052 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​ = 12 ΩR3​ = 20 ΩR5​ = 15 Ω+−V1​18 VR2​6 ΩAR4​30 ΩBR6​12 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 = 15 + 12 = 27 Ω
R4 ∥ 27 = 14,21 Ω
R3 + 14,21 = 34,21 Ω
R2 ∥ 34,21 = 5,105 Ω
Req = R1 + 5,105 = 12 + 5,105 = 17,1 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 18/17,1 = 1,052 A

Відповідь

IR1 = 1,052 A
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR1 = 0,4067 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 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​12 VR2​20 ΩAR4​5 ΩBIs​2,5 A

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 12 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/20 + (VA − 12)/3 + (VA − VB)/8 = 0
0,5083·VA − 0,125·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/5 + (VB − VA)/8 = 2,5
−0,125·VA + 0,325·VB = 2,5

Розв’яжіть

Δ = (0,5083)(0,325) − (−0,125)(−0,125) = 0,1496
VA = Δ1/Δ = 1,613/0,1496 = 10,78 V
VB = Δ2/Δ = 1,771/0,1496 = 11,84 V

Відповідь

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (12 − 10,78)/3 = 0,4067 A
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VA = 15 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.

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
0,7·VA − 0,2·VB = 6

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 = 0,25·VA
−0,45·VA + 0,3·VB = 0

Розв’яжіть

Δ = (0,7)(0,3) − (−0,2)(−0,45) = 0,12
VA = Δ1/Δ = 1,8/0,12 = 15 V
VB = Δ2/Δ = 2,7/0,12 = 22,5 V

Відповідь

VA = 15 V
5.Метод контурних струмів

Відповідь: VR2 = −15,55 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​ = 8 ΩR2​ = 20 Ω+−V1​9 VR3​10 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
8·I1 + 10(I1 − I2) = 9
18·I1 − 10·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
20·I2 + 10(I2 − I1) = (−24)
−10·I1 + 30·I2 = −24

Розв’яжіть

Δ = (18)(30) − (−10)(−10) = 440
I1 = Δ1/Δ = 30/440 = 0,06818 A
I2 = Δ2/Δ = −342/440 = −0,7773 A

Відповідь

IR2 = I2 = −0,7773 A
VR2 = IR2·R2 = −0,7773·20 = −15,55 V

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: I1 = 0,779 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​ = 8 ΩR2​ = 20 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​24 VR4​30 ΩAR5​4 ΩB+−V2​24 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
8·I1 + 30(I1 − I2) = 24
38·I1 − 30·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
20·I2 + 30(I2 − I1) + 4(I2 − I3) = 0
−30·I1 + 54·I2 − 4·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 + 4(I3 − I2) = (−24)
−4·I2 + 7·I3 = −24

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 7456
I1 = Δ1/Δ = 5808/7456 = 0,779 A
I2 = Δ2/Δ = 1392/7456 = 0,1867 A
I3 = Δ3/Δ = −24768/7456 = −3,322 A

Відповідь

I1 = 0,779 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: Is = 3,273 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​ = 8 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​24 VR2​3 ΩAR4​2 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 = 6+2 = 8 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 3·8/(3+8) = 2,182 Ω
VA = 24·2,182/(8+2,182) = 5,143 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 5,143·2/8 = 1,286 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (5,143 − 1,286)/6 = 0,6429 A

Випадок 2 · діє лише Is

V₁ стає коротким замиканням, тож R₁ ∥ R₂ з’єднує A із землею. Iₛ розгалужується у вузлі B між R₄ і шляхом R₃ + R₁∥R₂; частина через R₃ тече від B до A, проти стрілки.

R1 ∥ R2 = 2,182 Ω
IR3″ = −Is·R4/(R4 + R3 + R1∥R2) = −Is·2/10,18 = −0,1964·Is

Прирівняйте суму до нуля

IR3′ + IR3″ = 0,6429 − 0,1964·Is = 0
Is = 0,6429/0,1964 = 3,273 A

Відповідь

Is = 3,273 A
8.Метод накладання

Відповідь: VR3 = 7,265 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​ = 5 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 6 Ω+−V1​18 VR3​25 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) = 25 ∥ 26 = 12,75 Ω
VA = 18·12,75/(5+12,75) = 12,93 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 12,93·6/26 = 2,983 V
VR3′ = VA − 0 = 12,93 − 0 = 12,93 V
R1​ = 5 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 6 ΩКЗR3​25 ΩAIs​6 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 = 4,167 Ω, тож лівий шлях — R2+4,167 = 24,17 Ω
Req = R4 ∥ 24,17 = 4,807 Ω
VB = Is·Req = (−6)·4,807 = −28,84 V
VA = VB·4,167/24,17 = −4,972 V
VR3″ = VA − 0 = −4,972 − 0 = −4,972 V
R1​ = 5 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 6 ΩКЗR3​25 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 = 5·25/(5+25) = 4,167 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = (−5)·24,17/30,17 = −4,006 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = −4,006·4,167/24,17 = −0,6906 V
VR3‴ = VA − 0 = −0,6906 − 0 = −0,6906 V

Додайте складові

VR3 = VR3′ + VR3″ + VR3‴
VR3 = 12,93 + (−4,972) + (−0,6906) = 7,265 V

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

9.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = 1,765 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​ = 4 ΩКЗR2​2 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 = 15·2/(15+2) = 1,765 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,765 + 4 = 5,765 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​15 VR2​2 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) = 15·2/(15+2) = 1,765 V
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: IN = 7,348 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​ = 2 ΩКЗR2​3 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 = 8·3/(8+3) = 2,182 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,182 + 2 = 4,182 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​36 VR2​3 ΩAIs​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) = 9,818 + 5·2,182 = 20,73 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 20,73 + 5·2 = 30,73 V
IN​7,348 ARth​4,182 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 = 30,73/4,182 = 7,348 A
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Rf = 47 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 = (11 − 1)·4,7 = 47 kΩ

Відповідь

Rf = 47 kΩ
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Av = −3,35

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 кожного каскаду

A1 = −Rf1/R1 = −4,7/2 = −2,35
A2 = 1 + Rf2/R2 = 1 + 2/4,7 = 1,426

Загальний коефіцієнт підсилення

Av = A1·A2 = −2,35·1,426 = −3,35

Відповідь

Av = −3,35
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: t = 5,137 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 = 150 mH / 47 Ω = 3,191 ms
i(∞) = Vs/R = 6/47 = 0,1277 A

Виразіть час

0,8 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0,8)
t = −3,191·ln(0,2) = 5,137 ms

Відповідь

t = 5,137 ms
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: vC = 15,83 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) = 20 V, vC(∞) = Vs = 12 V
τ = R·C = 6,8 kΩ · 100 µF = 680 ms
vC(t) = 12 + (20 − 12)·e−t/τ

Напруга в заданий момент

vC(500) = 12 + (8)·e−500/680 = 15,83 V

Відповідь

vC = 15,83 V

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