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​ = 5 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​9 VR2​15 ΩIR2​AR4​6 ΩB

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 9 VR1 = 5 ΩR2 = 15 ΩR3 = 15 ΩR4 = 6 Ω
IR2 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 10 ΩIR1​R3​ = 12 ΩR5​ = 12 Ω+−V1​10 VR2​12 ΩAR4​5 ΩBR6​15 Ω

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

V1 = 10 VR1 = 10 ΩR2 = 12 ΩR3 = 12 ΩR4 = 5 ΩR5 = 12 ΩR6 = 15 Ω
IR1 = A
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​ = 4 ΩIR1​R3​ = 10 Ω+−V1​10 VR2​20 ΩAR4​5 ΩBIs​5 A

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

V1 = 10 VIs = 5 AR1 = 4 ΩR2 = 20 ΩR3 = 10 ΩR4 = 5 Ω
IR1 = A
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 30 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​9 VR2​25 ΩAR4​6 ΩB0,1·VA​

Ромб — це джерело струму, кероване напругою, що подає струм 0,1·VA (в A, де VA у V) угору у вузол B. Методом вузлових потенціалів знайдіть вузлову напругу VA (відносно землі).

V1 = 9 VR1 = 30 ΩR2 = 25 ΩR3 = 5 ΩR4 = 6 Ωg = 0,1 A/V
VA = V
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 2 ΩR2​ = 4 ΩIR2​+−V1​24 VR3​12 ΩA+−V2​12 VI1​I2​

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

V1 = 24 VV2 = 12 VR1 = 2 ΩR2 = 4 ΩR3 = 12 Ω
IR2 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 2 ΩR2​ = 8 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​36 VR4​8 ΩAR5​8 ΩB+−V2​6 VI1​I2​I3​

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

V1 = 36 VV2 = 6 VR1 = 2 ΩR2 = 8 ΩR3 = 30 ΩR4 = 8 ΩR5 = 8 Ω
I1 = 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 = 5 mA I = 7 mA; при Vs = 12 V і Is = 10 mA I = 18 mA. Знайдіть струм навантаження I при Vs = 6 V і Is = 8 mA.

4 V, 5 mA → 7 mA12 V, 10 mA → 18 mAVs = 6 V, Is = 8 mA
I = mA
8.Метод накладанняСкладна
R1​ = 2 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​18 VR3​12 ΩIR3​AIs​1 AB−+V2​18 V

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

V1 = 18 VIs = 1 AV2 = 18 VR1 = 2 ΩR2 = 15 ΩR3 = 12 ΩR4 = 8 Ω
IR3 = A
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 4 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​18 VR2​20 ΩAab

Знайдіть опір Тевенена Rth з боку затискачів a–b.

V1 = 18 VR1 = 4 ΩR2 = 20 ΩR3 = 15 Ω
Rth = Ω
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 6 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​24 VR2​20 ΩAIs​6 ABRL​20 ΩIL​

До a–b підключено навантаження RL = 20 Ω. За допомогою еквівалента Тевенена знайдіть потужність PL, що передається навантаженню.

V1 = 24 VIs = 6 AR1 = 6 ΩR2 = 20 ΩR3 = 12 ΩRL = 20 Ω
PL = W
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 4,7 kΩR1​ = 1 kΩVin​ = 1,3 V

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

Vin = 1,3 VR1 = 1 kΩRf = 4,7 kΩ
Vout = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​Rf​ = 2 kΩV1​ = 0,2 VR1​ = 47 kΩV2​ = 0,8 VR2​ = 1 kΩ

Сумувальний підсилювач використовує ідеальний ОП, що живиться від ±15 V. Знайдіть вихідну напругу Vout.

V1 = 0,2 VV2 = 0,8 VR1 = 47 kΩR2 = 1 kΩRf = 2 kΩ
Vout = V
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​20 Vt = 0R = 15 ΩL47 mHi(t)

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

Vs = 20 VR = 15 ΩL = 47 mHt = 5 ms
i = A
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​24 Vt = 0R = 1 kΩC47 µF+−vC​vC​(0) = 2 V

Безпосередньо перед замиканням вимикача в момент t = 0 конденсатор має 2 V з указаною полярністю. Знайдіть напругу на конденсаторі vC у момент t = 100 ms.

Vs = 24 VR = 1 kΩC = 47 µFvC(0) = 2 Vt = 100 ms
vC = V

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 0,3818 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​ = 5 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​9 VR2​15 ΩAR4​6 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 + 6 = 21 Ω
R2 ∥ 21 = 15·21/(15+21) = 8,75 Ω
Req = R1 + 8,75 = 5 + 8,75 = 13,75 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 9/13,75 = 0,6545 A

Струм через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 9 − 0,6545·5 = 5,727 V
IR2 = VA/R2 = 5,727/15 = 0,3818 A

Відповідь

IR2 = 0,3818 A
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR1 = 0,5918 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​ = 12 ΩR5​ = 12 Ω+−V1​10 VR2​12 ΩAR4​5 ΩBR6​15 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 = 12 + 15 = 27 Ω
R4 ∥ 27 = 4,219 Ω
R3 + 4,219 = 16,22 Ω
R2 ∥ 16,22 = 6,897 Ω
Req = R1 + 6,897 = 10 + 6,897 = 16,9 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 10/16,9 = 0,5918 A

Відповідь

IR1 = 0,5918 A
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR1 = −0,3409 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​ = 4 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​10 VR2​20 ΩAR4​5 ΩBIs​5 A

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 10 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 − 10)/4 + (VA − VB)/10 = 0
0,4·VA − 0,1·VB = 2,5

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)/10 = 5
−0,1·VA + 0,3·VB = 5

Розв’яжіть

Δ = (0,4)(0,3) − (−0,1)(−0,1) = 0,11
VA = Δ1/Δ = 1,25/0,11 = 11,36 V
VB = Δ2/Δ = 2,25/0,11 = 20,45 V

Відповідь

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (10 − 11,36)/4 = −0,3409 A
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VA = 2,735 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
0,2733·VA − 0,2·VB = 0,3

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 = 0,1·VA
−0,3·VA + 0,3667·VB = 0

Розв’яжіть

Δ = (0,2733)(0,3667) − (−0,2)(−0,3) = 0,04022
VA = Δ1/Δ = 0,11/0,04022 = 2,735 V
VB = Δ2/Δ = 0,09/0,04022 = 2,238 V

Відповідь

VA = 2,735 V
5.Метод контурних струмів

Відповідь: IR2 = 1,5 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​ = 2 ΩR2​ = 4 Ω+−V1​24 VR3​12 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
2·I1 + 12(I1 − I2) = 24
14·I1 − 12·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
4·I2 + 12(I2 − I1) = (−12)
−12·I1 + 16·I2 = −12

Розв’яжіть

Δ = (14)(16) − (−12)(−12) = 80
I1 = Δ1/Δ = 240/80 = 3 A
I2 = Δ2/Δ = 120/80 = 1,5 A

Відповідь

IR2 = I2 = 1,5 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: I1 = 4,984 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​ = 2 ΩR2​ = 8 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​36 VR4​8 ΩAR5​8 ΩB+−V2​6 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
2·I1 + 8(I1 − I2) = 36
10·I1 − 8·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
8·I2 + 8(I2 − I1) + 8(I2 − I3) = 0
−8·I1 + 24·I2 − 8·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
30·I3 + 8(I3 − I2) = (−6)
−8·I2 + 38·I3 = −6

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 6048
I1 = Δ1/Δ = 30144/6048 = 4,984 A
I2 = Δ2/Δ = 10464/6048 = 1,73 A
I3 = Δ3/Δ = 1248/6048 = 0,2063 A

Відповідь

I1 = 4,984 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: I = 10,8 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 + 5·k₂ = 7
12·k₁ + 10·k₂ = 18

Знайдіть коефіцієнти

Δ = (4)(10) − (5)(12) = −20
k₁ = Δ1/Δ = −20/−20 = 1
k₂ = Δ2/Δ = −12/−20 = 0,6
k₁ = 1 mA/V, k₂ = 0,6

Обчисліть новий струм

I = 1·6 + 0,6·8 = 10,8 mA

Відповідь

I = 10,8 mA
8.Метод накладання

Відповідь: IR3 = 1,046 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​ = 8 Ω+−V1​18 VR3​12 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) = 12 ∥ 23 = 7,886 Ω
VA = 18·7,886/(2+7,886) = 14,36 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 14,36·8/23 = 4,994 V
IR3′ = (VA − 0)/R3 = (14,36 − 0)/12 = 1,197 A
R1​ = 2 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 8 ΩКЗR3​12 ΩAIs​1 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 = 1,714 Ω, тож лівий шлях — R2+1,714 = 16,71 Ω
Req = R4 ∥ 16,71 = 5,41 Ω
VB = Is·Req = (−1)·5,41 = −5,41 V
VA = VB·1,714/16,71 = −0,5549 V
IR3″ = (VA − 0)/R3 = (−0,5549 − 0)/12 = −0,04624 A
R1​ = 2 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 8 ΩКЗR3​12 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 = 2·12/(2+12) = 1,714 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = (−18)·16,71/24,71 = −12,17 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = −12,17·1,714/16,71 = −1,249 V
IR3‴ = (VA − 0)/R3 = (−1,249 − 0)/12 = −0,104 A

Додайте складові

IR3 = IR3′ + IR3″ + IR3‴
IR3 = 1,197 + (−0,04624) + (−0,104) = 1,046 A

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

9.Тевенен і Нортон

Відповідь: Rth = 18,33 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​ = 4 ΩR3​ = 15 ΩКЗR2​20 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 = 4·20/(4+20) = 3,333 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,333 + 15 = 18,33 Ω
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: PL = 208,3 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​ = 6 ΩR3​ = 12 ΩКЗR2​20 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 = 6·20/(6+20) = 4,615 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4,615 + 12 = 16,62 Ω
R1​ = 6 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​24 VR2​20 ΩAIs​6 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) = 18,46 + 6·4,615 = 46,15 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 46,15 + 6·12 = 118,2 V
Rth​ = 16,62 Ω+−Vth​118,2 VRL​20 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) = 118,2/(16,62 + 20) = 3,227 A
PL = IL²·RL = 3,227²·20 = 208,3 W
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = 7,41 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 = 1,3/1 = 1,3 mA

Вихідна напруга

Струм через R₁ тече й через Rf.

Vout = V₋ + I·Rf = 1,3 + 1,3·4,7 = 7,41 V

Відповідь

Vout = 7,41 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −1,609 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.

Вхідні струми

V₋ = 0, тож на кожному вхідному резисторі вся його вхідна напруга.

I1 = V1/R1 = 0,2/47 = 0,004255 mA
I2 = V2/R2 = 0,8/1 = 0,8 mA
If = I1 + I2 = 0,8043 mA

Вихідна напруга

Vout = −Rf·If = −2·0,8043 = −1,609 V

Відповідь

Vout = −1,609 V
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: i = 1,063 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 = 47 mH / 15 Ω = 3,133 ms
i(∞) = Vs/R = 20/15 = 1,333 A

Струм у заданий момент

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 1,333·(1 − e−5/3,133) = 1,063 A

Відповідь

i = 1,063 A
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: vC = 21,38 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) = 2 V, vC(∞) = Vs = 24 V
τ = R·C = 1 kΩ · 47 µF = 47 ms
vC(t) = 24 + (2 − 24)·e−t/τ

Напруга в заданий момент

vC(100) = 24 + (−22)·e−100/47 = 21,38 V

Відповідь

vC = 21,38 V

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