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 ΩIR1​R3​ = 20 Ω+−V1​30 VR2​6 ΩAR4​10 ΩB

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

V1 = 30 VR1 = 5 ΩR2 = 6 ΩR3 = 20 ΩR4 = 10 Ω
IR1 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 10 ΩR3​ = 2 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​10 VR2​10 ΩAR4​8 ΩBR6​2 Ω

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 10 VR1 = 10 ΩR2 = 10 ΩR3 = 2 ΩR4 = 8 ΩR5 = 8 ΩR6 = 2 Ω
Req = Ω
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​ = 12 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​18 VR2​4 ΩAR4​10 ΩBIs​1 A

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

V1 = 18 VIs = 1 AR1 = 12 ΩR2 = 4 ΩR3 = 5 ΩR4 = 10 Ω
VA = V
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 4 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​12 VR2​15 ΩAR4​4 ΩB0,05·VA​

Ромб — це джерело струму, кероване напругою, що подає струм 0,05·VA (в A, де VA у V) угору у вузол B. Методом вузлових потенціалів знайдіть вузлову напругу VA (відносно землі).

V1 = 12 VR1 = 4 ΩR2 = 15 ΩR3 = 5 ΩR4 = 4 Ωg = 0,05 A/V
VA = V
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 8 ΩR2​ = 5 ΩIR2​+−V1​30 VR3​6 ΩA+−V2​10 VI1​I2​

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

V1 = 30 VV2 = 10 VR1 = 8 ΩR2 = 5 ΩR3 = 6 Ω
IR2 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 4 ΩR2​ = 25 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​30 VR4​30 ΩAR5​30 ΩB+−V2​18 VI1​I2​I3​

Скористайтеся методом контурних струмів, щоб знайти контурний струм I2 (за годинниковою стрілкою).

V1 = 30 VV2 = 18 VR1 = 4 ΩR2 = 25 ΩR3 = 4 ΩR4 = 30 ΩR5 = 30 Ω
I2 = A
7.Метод накладанняСередня
R1​ = 15 ΩIR1​R3​ = 10 Ω+−V1​30 VR2​15 ΩAR4​2 ΩBIs​4 A

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

V1 = 30 VIs = 4 AR1 = 15 ΩR2 = 15 ΩR3 = 10 ΩR4 = 2 Ω
IR1 = A
8.Метод накладанняСкладна
R1​ = 4 ΩR2​ = 12 ΩR4​ = 30 Ω+−V1​6 VR3​5 ΩIR3​AIs​0,5 AB+−V2​10 V

За методом накладання знайдіть потужність PR3, яку споживає R3.

V1 = 6 VIs = 0,5 AV2 = 10 VR1 = 4 ΩR2 = 12 ΩR3 = 5 ΩR4 = 30 Ω
PR3 = W
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 15 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​12 VR2​4 ΩAab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 12 VR1 = 15 ΩR2 = 4 ΩR3 = 15 Ω
Vth = V
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 4 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​6 VR2​20 ΩAIs​2,5 ABab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 6 VIs = 2,5 AR1 = 4 ΩR2 = 20 ΩR3 = 8 Ω
Vth = V
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 100 kΩR1​ = 47 kΩVin​ = 2,5 VRa​ = 47 kΩRb​ = 2 kΩ

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

Vin = 2,5 VRa = 47 kΩRb = 2 kΩR1 = 47 kΩRf = 100 kΩ
Vout = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​Rf​ = 4,7 kΩV1​ = 1,1 VR1​ = 1 kΩV2​ = −0,9 VR2​ = 22 kΩ

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

V1 = 1,1 VV2 = −0,9 VR1 = 1 kΩR2 = 22 kΩRf = 4,7 kΩ
Vout = V
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​6 Vt = 0R1​ = 4,7 kΩR2​ = 10 kΩC33 µF+−vC​

Джерело Vₛ заряджає конденсатор через R₁, а R₂ під’єднано паралельно C. Конденсатор розряджений, коли вимикач замикається в момент t = 0. Знайдіть напругу на конденсаторі vC у момент t = 200 ms.

Vs = 6 VR1 = 4,7 kΩR2 = 10 kΩC = 33 µFt = 200 ms
vC = V
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​15 Vt = 0R = ?C47 µF+−vC​

Таймер при t = 0 починає заряджати незаряджений конденсатор через резистор від джерела 15 V. Він має спрацювати, коли напруга на конденсаторі досягне 7,5 V, рівно через 20 ms після старту. При C = 47 µF знайдіть потрібний опір R.

Vs = 15 VVth = 7,5 VT = 20 msC = 47 µF
R = kΩ

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR1 = 3 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​ = 20 Ω+−V1​30 VR2​6 ΩAR4​10 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 + 10 = 30 Ω
R2 ∥ 30 = 6·30/(6+30) = 5 Ω
Req = R1 + 5 = 5 + 5 = 10 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 30/10 = 3 A

Відповідь

IR1 = 3 A
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 13,92 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​ = 10 ΩR3​ = 2 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​10 VR2​10 ΩAR4​8 ΩBR6​2 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 = 8 + 2 = 10 Ω
R4 ∥ 10 = 4,444 Ω
R3 + 4,444 = 6,444 Ω
R2 ∥ 6,444 = 3,919 Ω
Req = R1 + 3,919 = 10 + 3,919 = 13,92 Ω

Відповідь

Req = 13,92 Ω
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VA = 5,417 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​ = 12 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​18 VR2​4 ΩAR4​10 ΩBIs​1 A

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 18 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/4 + (VA − 18)/12 + (VA − VB)/5 = 0
0,5333·VA − 0,2·VB = 1,5

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/10 + (VB − VA)/5 = 1
−0,2·VA + 0,3·VB = 1

Розв’яжіть

Δ = (0,5333)(0,3) − (−0,2)(−0,2) = 0,12
VA = Δ1/Δ = 0,65/0,12 = 5,417 V
VB = Δ2/Δ = 0,8333/0,12 = 6,944 V

Відповідь

VA = 5,417 V
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VA = 7,397 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
0,5167·VA − 0,2·VB = 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 = 0,05·VA
−0,25·VA + 0,45·VB = 0

Розв’яжіть

Δ = (0,5167)(0,45) − (−0,2)(−0,25) = 0,1825
VA = Δ1/Δ = 1,35/0,1825 = 7,397 V
VB = Δ2/Δ = 0,75/0,1825 = 4,11 V

Відповідь

VA = 7,397 V
5.Метод контурних струмів

Відповідь: IR2 = 0,339 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​ = 5 Ω+−V1​30 VR3​6 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
8·I1 + 6(I1 − I2) = 30
14·I1 − 6·I2 = 30

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
5·I2 + 6(I2 − I1) = (−10)
−6·I1 + 11·I2 = −10

Розв’яжіть

Δ = (14)(11) − (−6)(−6) = 118
I1 = Δ1/Δ = 270/118 = 2,288 A
I2 = Δ2/Δ = 40/118 = 0,339 A

Відповідь

IR2 = I2 = 0,339 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: I2 = 0,3303 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​ = 25 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​30 VR4​30 ΩAR5​30 ΩB+−V2​18 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 + 30(I1 − I2) = 30
34·I1 − 30·I2 = 30

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
25·I2 + 30(I2 − I1) + 30(I2 − I3) = 0
−30·I1 + 85·I2 − 30·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
4·I3 + 30(I3 − I2) = (−18)
−30·I2 + 34·I3 = −18

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 37060
I1 = Δ1/Δ = 43500/37060 = 1,174 A
I2 = Δ2/Δ = 12240/37060 = 0,3303 A
I3 = Δ3/Δ = −8820/37060 = −0,238 A

Відповідь

I2 = 0,3303 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: IR1 = 1,179 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​ = 15 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​30 VR2​15 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 = 10+2 = 12 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 15·12/(15+12) = 6,667 Ω
VA = 30·6,667/(15+6,667) = 9,231 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 9,231·2/12 = 1,538 V
IR1′ = (V1 − VA)/R1 = (30 − 9,231)/15 = 1,385 A
R1​ = 15 ΩR3​ = 10 ΩКЗR2​15 ΩAR4​2 ΩBIs​4 A

Випадок 2 · діє лише Is

V₁ стає коротким замиканням, тож R₁ паралельний R₂. Iₛ у точці B розгалужується між R₄ і шляхом через R₃.

R1 ∥ R2 = 15·15/(15+15) = 7,5 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 2 ∥ 17,5 = 1,795 Ω
VB = Is·Req = 4·1,795 = 7,179 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 7,179·7,5/17,5 = 3,077 V
IR1″ = (V1 − VA)/R1 = (0 − 3,077)/15 = −0,2051 A

Додайте складові

IR1 = IR1′ + IR1″
IR1 = 1,385 + (−0,2051) = 1,179 A

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

8.Метод накладання

Відповідь: PR3 = 3,911 W

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​ = 4 ΩR2​ = 12 ΩR4​ = 30 Ω+−V1​6 VR3​5 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) = 5 ∥ 42 = 4,468 Ω
VA = 6·4,468/(4+4,468) = 3,166 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 3,166·30/42 = 2,261 V
IR3′ = (VA − 0)/R3 = (3,166 − 0)/5 = 0,6332 A
R1​ = 4 ΩR2​ = 12 ΩR4​ = 30 ΩКЗR3​5 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 = 2,222 Ω, тож лівий шлях — R2+2,222 = 14,22 Ω
Req = R4 ∥ 14,22 = 9,648 Ω
VB = Is·Req = 0,5·9,648 = 4,824 V
VA = VB·2,222/14,22 = 0,7538 V
IR3″ = (VA − 0)/R3 = (0,7538 − 0)/5 = 0,1508 A
R1​ = 4 ΩR2​ = 12 ΩR4​ = 30 ΩКЗR3​5 ΩAОБРИВB+−V2​10 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 = 4·5/(4+5) = 2,222 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 10·14,22/44,22 = 3,216 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 3,216·2,222/14,22 = 0,5025 V
IR3‴ = (VA − 0)/R3 = (0,5025 − 0)/5 = 0,1005 A

Додайте внески струму

IR3 = IR3′ + IR3″ + IR3‴ = 0,6332 + 0,1508 + 0,1005 = 0,8844 A

Потужність у резисторі

Потужність залежить від квадрата струму, тож метод накладання до неї не застосовний: спочатку додайте струми, потім піднесіть до квадрата.

PR3 = IR3²·R3 = 0,8844²·5 = 3,911 W

Відповідь

PR3 = 3,911 W

Сума потужностей окремих випадків дала б 2,169 W, а це неправильно.

9.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = 2,526 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​4 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 = 15·4/(15+4) = 3,158 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,158 + 15 = 18,16 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​12 VR2​4 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) = 12·4/(15+4) = 2,526 V
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = 33,33 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​ = 4 ΩR3​ = 8 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 = 4·20/(4+20) = 3,333 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,333 + 8 = 11,33 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​6 VR2​20 ΩAIs​2,5 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) = 5 + 2,5·3,333 = 13,33 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 13,33 + 2,5·8 = 33,33 V
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = 0,3191 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₊ = Vin·Rb/(Ra + Rb) = 2,5·2/(47 + 2) = 0,102 V

Коефіцієнт підсилення неінвертувального підсилювача

V₋ = V₊, і струм через R₁ тече також через Rf.

Vout = V₊·(1 + Rf/R1) = 0,102·(1 + 100/47) = 0,3191 V

Відповідь

Vout = 0,3191 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −4,978 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 = 1,1/1 = 1,1 mA
I2 = V2/R2 = −0,9/22 = −0,04091 mA
If = I1 + I2 = 1,059 mA

Вихідна напруга

Vout = −Rf·If = −4,7·1,059 = −4,978 V

Відповідь

Vout = −4,978 V
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: vC = 3,468 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.

Еквівалентна схема Тевенена з боку конденсатора

Закоротіть джерело, щоб знайти Rth; розімкніть конденсатор, щоб знайти напругу, до якої він зарядиться.

Rth = R1 ∥ R2 = 4,7·10/(4,7 + 10) = 3,197 kΩ
vC(∞) = 6·10/(4,7 + 10) = 4,082 V

Стала часу

τ = Rth·C = 3,197·33 = 105,5 ms

Крива заряджання

vC(t) = 4,082·(1 − e−200/105,5) = 3,468 V

Відповідь

vC = 3,468 V
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: R = 0,6139 kΩ

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.

Потрібна стала часу

7,5 = 15·(1 − e−20/τ) → τ = 20/ln(15/(15 − 7,5))
τ = 20/0,6931 = 28,85 ms

Опір

kΩ помножити на µF дає мілісекунди.

R = τ/C = 28,85/47 = 0,6139 kΩ

Відповідь

R = 0,6139 kΩ

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