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​ = 2 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​15 VR2​3 ΩIR2​AR4​8 ΩB

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 15 VR1 = 2 ΩR2 = 3 ΩR3 = 12 ΩR4 = 8 Ω
IR2 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 5 ΩR3​ = 6 ΩR5​ = 2 Ω+−V1​15 VR2​20 ΩAR4​2 ΩBR6​25 Ω

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 15 VR1 = 5 ΩR2 = 20 ΩR3 = 6 ΩR4 = 2 ΩR5 = 2 ΩR6 = 25 Ω
Req = Ω
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​ = 15 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​30 VR2​12 ΩAR4​3 ΩBIs​4 A

Методом вузлових потенціалів знайдіть потужність PIs, яку віддає джерело струму Is.

V1 = 30 VIs = 4 AR1 = 15 ΩR2 = 12 ΩR3 = 5 ΩR4 = 3 Ω
PIs = W
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 30 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​18 VR2​4 ΩAR4​6 ΩBIs​?

Джерело струму регулюють, доки вузлова напруга в A не стане VA = 6,5 V. Методом вузлових потенціалів знайдіть струм джерела Is (напрямок як на схемі).

V1 = 18 VR1 = 30 ΩR2 = 4 ΩR3 = 2 ΩR4 = 6 ΩVA = 6,5 V
Is = A
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 6 ΩR2​ = 4 ΩIR2​+−V1​30 VR3​8 ΩA+−V2​15 VI1​I2​

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

V1 = 30 VV2 = 15 VR1 = 6 ΩR2 = 4 ΩR3 = 8 Ω
IR2 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 25 ΩR2​ = 4 Ω+−VR2​R3​ = 15 Ω+−V1​10 VR4​15 ΩAR5​8 ΩB+−V2​15 VI1​I2​I3​

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

V1 = 10 VV2 = 15 VR1 = 25 ΩR2 = 4 ΩR3 = 15 ΩR4 = 15 ΩR5 = 8 Ω
VR2 = 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 = 6 V і Is = 8 mA I = 5 mA; при Vs = 10 V і Is = 8 mA I = 7 mA. Знайдіть струм навантаження I при Vs = 10 V і Is = 4 mA.

6 V, 8 mA → 5 mA10 V, 8 mA → 7 mAVs = 10 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 = 5,5 mA. Коли V1 подвоєне, а два інші без змін, I = 6,5 mA. Коли напрямок Is змінено на протилежний, а два інші без змін, I = 0,5 mA. Знайдіть струм навантаження I, коли V2 вимкнене, а V1 і Is мають звичайні значення.

звичайні значення: I = 5,5 mA2·V1: I = 6,5 mA−Is: I = 0,5 mA
I = mA
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 8 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR2​8 ΩAab

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

V1 = 15 VR1 = 8 ΩR2 = 8 ΩR3 = 10 Ω
IN = A
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 15 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​36 VR2​8 ΩAIs​2 ABab

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

V1 = 36 VIs = 2 AR1 = 15 ΩR2 = 8 ΩR3 = 2 Ω
IN = A
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 47 kΩR1​ = 22 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 = 22 kΩRf = 47 kΩVsat = ±14 V
Vin,max = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​R2​ = 47 kΩV1​ = 1,2 VR1​ = 4,7 kΩV2​ = 1,6 VR3​ = 10 kΩR4​ = 47 kΩ

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

V1 = 1,2 VV2 = 1,6 VR1 = 4,7 kΩR2 = 47 kΩR3 = 10 kΩR4 = 47 kΩ
Vout = V
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​5 Vt = 0R = 68 ΩL47 mHi(t)

До замикання вимикача в момент t = 0 струму через котушку немає. Знайдіть струм i у момент t = 1 ms.

Vs = 5 VR = 68 ΩL = 47 mHt = 1 ms
i = A
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​5 Vt = 0R = ?C47 µF+−vC​

Таймер при t = 0 починає заряджати незаряджений конденсатор через резистор від джерела 5 V. Він має спрацювати, коли напруга на конденсаторі досягне 3,16 V, рівно через 100 ms після старту. При C = 47 µF знайдіть потрібний опір R.

Vs = 5 VVth = 3,16 VT = 100 msC = 47 µF
R = kΩ

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 2,83 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​ = 2 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​15 VR2​3 ΩAR4​8 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 = 12 + 8 = 20 Ω
R2 ∥ 20 = 3·20/(3+20) = 2,609 Ω
Req = R1 + 2,609 = 2 + 2,609 = 4,609 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 15/4,609 = 3,255 A

Струм через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 15 − 3,255·2 = 8,491 V
IR2 = VA/R2 = 8,491/3 = 2,83 A

Відповідь

IR2 = 2,83 A
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 10,64 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​ = 5 ΩR3​ = 6 ΩR5​ = 2 Ω+−V1​15 VR2​20 ΩAR4​2 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 = 2 + 25 = 27 Ω
R4 ∥ 27 = 1,862 Ω
R3 + 1,862 = 7,862 Ω
R2 ∥ 7,862 = 5,644 Ω
Req = R1 + 5,644 = 5 + 5,644 = 10,64 Ω

Відповідь

Req = 10,64 Ω
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: PIs = 49,09 W

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 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/12 + (VA − 30)/15 + (VA − VB)/5 = 0
0,35·VA − 0,2·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)/5 = 4
−0,2·VA + 0,5333·VB = 4

Розв’яжіть

Δ = (0,35)(0,5333) − (−0,2)(−0,2) = 0,1467
VA = Δ1/Δ = 1,867/0,1467 = 12,73 V
VB = Δ2/Δ = 1,8/0,1467 = 12,27 V

Потужність, яку віддає джерело струму

Джерело подає Iₛ угору у вузол B, від землі (0 V) до VB. Джерело, струм якого виходить з його затискача +, віддає потужність P = V·I.

PIs = VB·Is = 12,27·4 = 49,09 W

Відповідь

PIs = 49,09 W
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: Is = 2,739 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.

ЗСК для вузла A

VA відоме, тож це рівняння дає VB.

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
(6,5 − 18)/30 + 6,5/4 = (VB − 6,5)/2
1,242 = (VB − 6,5)/2 → VB = 8,983 V

ЗСК для вузла B

Струми, що виходять з B через резистори, дорівнюють струму, який джерела подають у B.

Is = (VB − VA)/R3 + VB/R4 = (8,983 − 6,5)/2 + 8,983/6 = 2,739 A

Відповідь

Is = 2,739 A
5.Метод контурних струмів

Відповідь: IR2 = 0,2885 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​ = 4 Ω+−V1​30 VR3​8 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
6·I1 + 8(I1 − I2) = 30
14·I1 − 8·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
4·I2 + 8(I2 − I1) = (−15)
−8·I1 + 12·I2 = −15

Розв’яжіть

Δ = (14)(12) − (−8)(−8) = 104
I1 = Δ1/Δ = 240/104 = 2,308 A
I2 = Δ2/Δ = 30/104 = 0,2885 A

Відповідь

IR2 = I2 = 0,2885 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: VR2 = −0,3157 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​ = 25 ΩR2​ = 4 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​10 VR4​15 ΩAR5​8 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
25·I1 + 15(I1 − I2) = 10
40·I1 − 15·I2 = 10

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
4·I2 + 15(I2 − I1) + 8(I2 − I3) = 0
−15·I1 + 27·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
15·I3 + 8(I3 − I2) = (−15)
−8·I2 + 23·I3 = −15

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 17105
I1 = Δ1/Δ = 3770/17105 = 0,2204 A
I2 = Δ2/Δ = −1350/17105 = −0,07892 A
I3 = Δ3/Δ = −11625/17105 = −0,6796 A

Відповідь

IR2 = I2 = −0,07892 A
VR2 = IR2·R2 = −0,07892·4 = −0,3157 V

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: I = 6 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
6·k₁ + 8·k₂ = 5
10·k₁ + 8·k₂ = 7

Знайдіть коефіцієнти

Δ = (6)(8) − (8)(10) = −32
k₁ = Δ1/Δ = −16/−32 = 0,5
k₂ = Δ2/Δ = −8/−32 = 0,25
k₁ = 0,5 mA/V, k₂ = 0,25

Обчисліть новий струм

I = 0,5·10 + 0,25·4 = 6 mA

Відповідь

I = 6 mA
8.Метод накладання

Відповідь: I = 3,5 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 = 5,5
2·I₁ + I₂ + I₃ = 6,5
I₁ + I₂ − I₃ = 0,5

Знайдіть внески

I₁ = 6,5 − 5,5 = 1 mA
I₃ = (5,5 − 0,5)/2 = 2,5 mA
I₂ = 5,5 − 1 − 2,5 = 2 mA

Вимкніть V₂

I = I₁ + I₃ = 1 + 2,5 = 3,5 mA

Відповідь

I = 3,5 mA
9.Тевенен і Нортон

Відповідь: IN = 0,5357 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​ = 10 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 = 8·8/(8+8) = 4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4 + 10 = 14 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 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) = 15·8/(8+8) = 7,5 V
IN​0,5357 ARth​14 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 = 7,5/14 = 0,5357 A
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: IN = 3,735 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​ = 15 ΩR3​ = 2 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 = 15·8/(15+8) = 5,217 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 5,217 + 2 = 7,217 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​36 VR2​8 ΩAIs​2 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) = 12,52 + 2·5,217 = 22,96 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 22,96 + 2·2 = 26,96 V
IN​3,735 ARth​7,217 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 = 26,96/7,217 = 3,735 A
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vin,max = 4,464 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 + 47/22 = 3,136

Найбільший вхідний сигнал без обмеження

Vin,max = Vsat/|Av| = 14/3,136 = 4,464 V

Відповідь

Vin,max = 4,464 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = 2,512 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) = 1,6·47/(10 + 47) = 1,319 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 = −(47/4,7)·1,2 + (1 + 47/4,7)·1,319 = −12 + 14,51 = 2,512 V

Відповідь

Vout = 2,512 V
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: i = 0,05623 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 / 68 Ω = 0,6912 ms
i(∞) = Vs/R = 5/68 = 0,07353 A

Струм у заданий момент

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0,07353·(1 − e−1/0,6912) = 0,05623 A

Відповідь

i = 0,05623 A
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: R = 2,128 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

3,16 = 5·(1 − e−100/τ) → τ = 100/ln(5/(5 − 3,16))
τ = 100/0,9997 = 100 ms

Опір

kΩ помножити на µF дає мілісекунди.

R = τ/C = 100/47 = 2,128 kΩ

Відповідь

R = 2,128 kΩ

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