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​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​12 ΩIR2​AR4​2 ΩB

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 24 VR1 = 6 ΩR2 = 12 ΩR3 = 20 ΩR4 = 2 Ω
IR2 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 3 ΩIR1​R3​ = 8 ΩR5​ = 25 Ω+−V1​30 VR2​4 ΩAR4​8 ΩBR6​25 Ω

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

V1 = 30 VR1 = 3 ΩR2 = 4 ΩR3 = 8 ΩR4 = 8 ΩR5 = 25 ΩR6 = 25 Ω
IR1 = A
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​ = 15 ΩIR1​R3​ = 6 Ω+−V1​24 VR2​20 ΩAR4​15 ΩBIs​2,5 A

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

V1 = 24 VIs = 2,5 AR1 = 15 ΩR2 = 20 ΩR3 = 6 ΩR4 = 15 Ω
IR1 = A
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 10 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​5 VR2​8 ΩAR4​8 ΩB0,2·VA​

Ромб — це джерело струму, кероване напругою, що подає струм 0,2·VA (в A, де VA у V) угору у вузол B. Методом вузлових потенціалів знайдіть вузлову напругу VB (відносно землі).

V1 = 5 VR1 = 10 ΩR2 = 8 ΩR3 = 10 ΩR4 = 8 Ωg = 0,2 A/V
VB = V
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 12 ΩR2​ = 12 Ω+−V1​30 VR3​4 ΩA+−V2​24 VI1​I2​

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

V1 = 30 VV2 = 24 VR1 = 12 ΩR2 = 12 ΩR3 = 4 Ω
I2 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 20 ΩR2​ = 10 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​18 VR4​4 Ω+−VR4​AR5​2 ΩB+−V2​24 VI1​I2​I3​

Скористайтеся методом контурних струмів, щоб знайти напругу VR4 на R4 з указаною полярністю.

V1 = 18 VV2 = 24 VR1 = 20 ΩR2 = 10 ΩR3 = 25 ΩR4 = 4 ΩR5 = 2 Ω
VR4 = V
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 = 15 V і Is = 2 mA I = 14,4 mA; при Vs = 4 V і Is = 5 mA I = 2,5 mA. Знайдіть струм навантаження I при Vs = 6 V і Is = 4 mA.

15 V, 2 mA → 14,4 mA4 V, 5 mA → 2,5 mAVs = 6 V, Is = 4 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 mA. Коли V1 подвоєне, а два інші без змін, I = 23,5 mA. Коли напрямок Is змінено на протилежний, а два інші без змін, I = 3 mA. Знайдіть струм навантаження I, коли V2 вимкнене, а V1 і Is мають звичайні значення.

звичайні значення: I = 15 mA2·V1: I = 23,5 mA−Is: I = 3 mA
I = mA
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 2 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​30 VR2​8 ΩAab

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

V1 = 30 VR1 = 2 ΩR2 = 8 ΩR3 = 4 Ω
IN = A
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 3 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​6 VR2​20 ΩAIs​2,5 ABab

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

V1 = 6 VIs = 2,5 AR1 = 3 ΩR2 = 20 ΩR3 = 4 Ω
IN = A
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 22 kΩR1​ = 2 kΩVin​

ОП ідеальний і живиться від ±15 V; його вихід насичується на рівні ±14 V. На неінвертувальний підсилювач подається синусоїдальний сигнал. Знайдіть найбільшу амплітуду вхідного сигналу Vin,max (пікове значення), за якої вихідний сигнал не обмежується.

R1 = 2 kΩRf = 22 kΩVsat = ±14 V
Vin,max = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​R2​ = 2 kΩV1​ = 1,6 VR1​ = 1 kΩV2​ = 1,2 VR3​ = 4,7 kΩR4​ = 1 kΩ

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

V1 = 1,6 VV2 = 1,2 VR1 = 1 kΩR2 = 2 kΩR3 = 4,7 kΩR4 = 1 kΩ
Vout = V
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​6 Vt = 0R = 47 ΩL220 mHi(t)

До замикання вимикача в момент t = 0 струму через котушку немає. Знайдіть енергію W(∞), накопичену в котушці після встановлення режиму, у mJ.

Vs = 6 VR = 47 ΩL = 220 mH
W(∞) = mJ
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​20 VR1​ = 47 ΩR2​ = 33 Ωзамикається при t = 0L47 mHi(t)

Ключ паралельно R2 був розімкнений тривалий час, тож струм котушки сталий. При t = 0 ключ замикається й закорочує R2. Знайдіть струм котушки i при t = 1 ms.

Vs = 20 VR1 = 47 ΩR2 = 33 ΩL = 47 mHt = 1 ms
i = A

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 1,128 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​ = 6 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​12 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 = 12·22/(12+22) = 7,765 Ω
Req = R1 + 7,765 = 6 + 7,765 = 13,76 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 24/13,76 = 1,744 A

Струм через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 24 − 1,744·6 = 13,54 V
IR2 = VA/R2 = 13,54/12 = 1,128 A

Відповідь

IR2 = 1,128 A
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR1 = 4,875 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​ = 3 ΩR3​ = 8 ΩR5​ = 25 Ω+−V1​30 VR2​4 ΩAR4​8 ΩBR6​25 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 = 25 + 25 = 50 Ω
R4 ∥ 50 = 6,897 Ω
R3 + 6,897 = 14,9 Ω
R2 ∥ 14,9 = 3,153 Ω
Req = R1 + 3,153 = 3 + 3,153 = 6,153 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 30/6,153 = 4,875 A

Відповідь

IR1 = 4,875 A
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR1 = 0,2261 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​ = 15 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​24 VR2​20 ΩAR4​15 ΩBIs​2,5 A

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 24 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 − 24)/15 + (VA − VB)/6 = 0
0,2833·VA − 0,1667·VB = 1,6

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/15 + (VB − VA)/6 = 2,5
−0,1667·VA + 0,2333·VB = 2,5

Розв’яжіть

Δ = (0,2833)(0,2333) − (−0,1667)(−0,1667) = 0,03833
VA = Δ1/Δ = 0,79/0,03833 = 20,61 V
VB = Δ2/Δ = 0,975/0,03833 = 25,43 V

Відповідь

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (24 − 20,61)/15 = 0,2261 A
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VB = 3,478 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
0,325·VA − 0,1·VB = 0,5

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 = 0,2·VA
−0,3·VA + 0,225·VB = 0

Розв’яжіть

Δ = (0,325)(0,225) − (−0,1)(−0,3) = 0,04313
VA = Δ1/Δ = 0,1125/0,04313 = 2,609 V
VB = Δ2/Δ = 0,15/0,04313 = 3,478 V

Відповідь

VB = 3,478 V
5.Метод контурних струмів

Відповідь: I2 = −1,1 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​ = 12 ΩR2​ = 12 Ω+−V1​30 VR3​4 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
12·I1 + 4(I1 − I2) = 30
16·I1 − 4·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
12·I2 + 4(I2 − I1) = (−24)
−4·I1 + 16·I2 = −24

Розв’яжіть

Δ = (16)(16) − (−4)(−4) = 240
I1 = Δ1/Δ = 384/240 = 1,6 A
I2 = Δ2/Δ = −264/240 = −1,1 A

Відповідь

I2 = −1,1 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: VR4 = 2,732 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​ = 20 ΩR2​ = 10 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​18 VR4​4 ΩAR5​2 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
20·I1 + 4(I1 − I2) = 18
24·I1 − 4·I2 = 18

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
10·I2 + 4(I2 − I1) + 2(I2 − I3) = 0
−4·I1 + 16·I2 − 2·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 + 2(I3 − I2) = (−24)
−2·I2 + 27·I3 = −24

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 9840
I1 = Δ1/Δ = 7512/9840 = 0,7634 A
I2 = Δ2/Δ = 792/9840 = 0,08049 A
I3 = Δ3/Δ = −8688/9840 = −0,8829 A

Відповідь

IR4 = I1 − I2 = 0,6829 A
VR4 = IR4·R4 = 0,6829·4 = 2,732 V

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: I = 4,8 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
15·k₁ + 2·k₂ = 14,4
4·k₁ + 5·k₂ = 2,5

Знайдіть коефіцієнти

Δ = (15)(5) − (2)(4) = 67
k₁ = Δ1/Δ = 67/67 = 1
k₂ = Δ2/Δ = −20,1/67 = −0,3
k₁ = 1 mA/V, k₂ = −0,3

Обчисліть новий струм

I = 1·6 + (−0,3)·4 = 4,8 mA

Відповідь

I = 4,8 mA
8.Метод накладання

Відповідь: I = 14,5 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
2·I₁ + I₂ + I₃ = 23,5
I₁ + I₂ − I₃ = 3

Знайдіть внески

I₁ = 23,5 − 15 = 8,5 mA
I₃ = (15 − 3)/2 = 6 mA
I₂ = 15 − 8,5 − 6 = 0,5 mA

Вимкніть V₂

I = I₁ + I₃ = 8,5 + 6 = 14,5 mA

Відповідь

I = 14,5 mA
9.Тевенен і Нортон

Відповідь: IN = 4,286 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​ = 2 ΩR3​ = 4 ΩКЗR2​8 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 = 2·8/(2+8) = 1,6 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,6 + 4 = 5,6 Ω
R1​ = 2 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​30 VR2​8 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) = 30·8/(2+8) = 24 V
IN​4,286 ARth​5,6 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 = 24/5,6 = 4,286 A
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: IN = −1,711 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​ = 3 ΩR3​ = 4 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 = 3·20/(3+20) = 2,609 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,609 + 4 = 6,609 Ω
R1​ = 3 ΩR3​ = 4 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) = 5,217 + (−2,5)·2,609 = −1,304 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −1,304 + (−2,5)·4 = −11,3 V
IN​1,711 ARth​6,609 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 = −11,3/6,609 = −1,711 A
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vin,max = 1,167 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.

Коефіцієнт підсилення

Av = 1 + Rf/R1 = 1 + 22/2 = 12

Найбільший вхідний сигнал без обмеження

Vin,max = Vsat/|Av| = 14/12 = 1,167 V

Відповідь

Vin,max = 1,167 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −2,568 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) = 1,2·1/(4,7 + 1) = 0,2105 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 = −(2/1)·1,6 + (1 + 2/1)·0,2105 = −3,2 + 0,6316 = −2,568 V

Відповідь

Vout = −2,568 V
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: W(∞) = 1,793 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 = 220 mH / 47 Ω = 4,681 ms
i(∞) = Vs/R = 6/47 = 0,1277 A

Накопичена енергія

W(∞) = ½·L·i(∞)² = ½·220·0,1277² = 1,793 mJ

Відповідь

W(∞) = 1,793 mJ
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: i = 0,361 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 у контурі обидва резистори; після цього замкнений ключ шунтує R₂.

i(0) = 20/(47 + 33) = 0,25 A
i(∞) = 20/47 = 0,4255 A
τ = L/R = 47/47 = 1 ms
i(t) = 0,4255 + (0,25 − 0,4255)·e−t/τ

Струм у заданий момент

i(1) = 0,4255 + (−0,1755)·e−1/1 = 0,361 A

Відповідь

i = 0,361 A

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